天然气分布式能源在数据中心应用浅析！

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前言

数据中心机房是实现数据信息集中处理、传输、交换、储存、管理等功能的服务平台，然而我国数据中心的绿色化水平低，能耗普遍较高，大量数据中心高能耗不仅增加了企业成本，还造成了能源浪费，本文对燃气分布式能源系统（以下简称分布式系统）应用于数据中心的适用性及节能潜力进行探讨，将传统分供系统作为比较对象，对燃气分布式能源系统的供能安全性、经济收益、节能效益、环境保护效益进行了分析。

1、数据中心能耗特性

数据中心对制冷的需求及可靠性要求高，机房设备发热量大，约占总发热量的80%以上，且全年 不间断运行。数据中心主机房多位于建筑内区，冷 负荷全年变化幅度小，波动范围为0．8～1．0，数据中心电负荷全年变化幅度小，波动范围为 0．8～1．0。

2、降低PUE的作用

电源使用效率（PowerUsageEffectiveness，简称PUE）是评价数据中心能源利用效率的指标，是数据中心总能耗与关键设备能耗之比。PUE越接近1，说明数据中心的能效水平及绿色化程度越高。据统计，国际上先进数据中心的PUE可达到1．7，目前国内数据中心的PUE基本为2．0～2．5。特别是中小规模的数据中心，PUE更高，普遍在3左右。这说明 有大量的电能被空调系统、供配电设备、通风设备、照明设备等消耗。

3、分布式系统适用性

对于数据中心项目，若采取以冷定电的运行策略，正常运行时需补充很少量的市电，若采取以电定冷的运行策略，正常运行时几乎完全利用燃气发电机组的余热用于制冷，不需要补燃，分布式系统以天然气作为燃料，利用燃气内燃机等，将天然气燃烧产生的高温气体先用于发电，然后再利用余热供热和制冷，还可提供生活热水，根据数据中心的负荷特点及相关统计数据，数据中心冷电比常年保持在1．0～1．1 ，对于配置燃气内燃机发电机组、双效溴化锂吸收式冷水机组的分布式系统，制冷量与发电功率之比也接近1．1，因此，分布式系统适用于数据中心项目。

新建数据中心（采用先进设计）分别采用传统分供系统（市电+电驱动空调设备）、分布式系 统的PUE对比，对于既有数 据中心，采用分布式系统后，PUE可由采用传统分供系统时的2．17降至1．92，对于新建数据中心，采用分布式系统的PUE比采用传统分供系统降低0．25。

对于北方的数据中心项目，在冬季可直接利用室外新风作为冷源，因此，在冬季分布式系统的，燃气内燃机发电机组余热可用于外供，产生经济效益，为在相同条件下对比两种供能系统的节能、环境保护效益，传统分供系统配置燃气锅炉房，冬季用于供热，传统分供系统配置情况：供电：双路市电，备用 柴油发电机， A级中心机房柴油储存量保证72h使用。

供冷：电驱动冷水机组，6用1备。

供热：燃气锅炉房，热功率与分布式系统余热热功率接近。

4、分布式系统配置情况

供电：4台燃气内燃机发 电机组，单机发电功率为4．3MW，3用1备，采取双管道供气（必要时由LNG应急气源保障），配置双路 市电作为备用电源。

供冷：4台烟气热水型溴化锂吸收式冷水机组（以下简称吸收式机组），且具备直 燃功能， 3用1备，4台电驱动冷水机组作为备用。燃气内燃机发电机组与吸收式机组采用模块化处 理，每个模块化单元包括1台燃气内燃机发电机组与1台吸收式机组。

5、供能安全性

故障状态下传统分供系统、分布式系统供能安全性比较见表，分布式系统的安全性不低于传统分供系统。

6、电费计算

按一线城市1～10kV非工业类用电的分时电价为：高峰电价1．177元/（kW·h），平段电价0．801元/（kW·h），低谷电价0．324元/（kW·h）。计算发电收益时，电价按平均电价0．767元/（kW·h）计算，分布式系统自用电量按5%计算。冷价取0．4元/（kW·h），热价取0．314元/（kW·h），天然气 价格取2．67元/m3，单位发电量设备维护费取0．08元/（kW·h）。供能系统运行时间按每年360d， 每天24h计算。燃气内燃机发电机组余热制冷时间按270d计算，余热外供时间按90d计算。分布式系统年运行数据见表3。根据表3数据进行计算， 分布式系统年经济收益为3817×104 元/a。

7、节能效益

将耗电量、耗气量均折算成标准煤耗量，耗电量与标准煤耗量的折算系数取0．326kg/（kW·h），天 然气与标准煤耗量的折算系数取1．2303kg/m3 。 传统分供系统、 分布式系统年能耗量见表4。根据表4数据计算，与传统分供系统相比，分布式系统的年节能量（以标准煤耗计）为12350．7t/a。

8、环境保护效益

环境保护效益主要考虑CO2的减排量，根据国家发展改革委气候司公布的《 2011年中国区域电网基准线排放因子》，单位发电量CO2排放因子取0．6426t/（MW·h），根据政府间气候变化委员会公布的天然气缺省CO2排放因子，天然气的CO2排放因子取2．0196kg/m3 。

传统分供系统、分布式系统CO2年排放量分别为85519．6、51777．4t/a，分布式系统比传统分供系统的CO2年排放量减少33742．2t/a，另外，燃烧天然气与燃煤相比， SO2排放量减少近100%，NOx排放量减少约55%，粉尘排放量减少近100%，环境保护效益显著。

总结：

数据中心能耗大，年运行时间长，冷电负荷较为匹配，分布式系统适合于数据中心项目，对既有数据中心，采用分布式系统可降低电源使用效率，采用合理的设计，分布式系统的供能安全性不低于传统分供系统，数据中心采用分布式系统可降低运行成本，节能、环境保护效益显著。

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