【文章內(nèi)容簡介】 都有不同程度的應用，并且在國外有許多數(shù)據(jù)中心也采用了各種形式的三聯(lián)供系統(tǒng)。國內(nèi)三聯(lián)供系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應用起步較晚，因此本報告將結合本項目具體特點，重點論述燃氣冷熱電在本項目中的適用性。論述中將遵循以下基本要求：1. 以提高供能安全可靠性為第一原則，新增燃氣發(fā)電供能系統(tǒng)及余熱供冷系統(tǒng)應提高系統(tǒng)供電和供冷的安全性。2. 新增三聯(lián)供系統(tǒng)應與大電網(wǎng)以及備用發(fā)電機組、常規(guī)供冷系統(tǒng)有機結合，不影響原系統(tǒng)的使用。3. 與已有的開發(fā)銀行相關建筑的規(guī)劃、設計方案和工程進度相結合，充分結合項目的實際需求。 三聯(lián)供系統(tǒng)適用性分析傳統(tǒng)機房規(guī)模較小，其機房供冷多為專用的機房空調(diào)系統(tǒng)，冷媒為 R410A等制冷劑。隨著機房規(guī)模逐漸擴大和制冷技術的日益成熟，越來越多的大型數(shù)據(jù)中心采用了水冷中央空調(diào)系統(tǒng)，本項目在設計中也采用了這種高效、節(jié)能的大型空調(diào)技術，機房供冷設計供回水溫度為 7/12℃ ，辦公供熱設計供回水溫度為 50/40℃。三聯(lián)供系統(tǒng)的余熱供冷系統(tǒng)為水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)機房空調(diào)較難結合，但是與水冷中央空調(diào)系統(tǒng)在本質(zhì)上屬于同一形式。因此，本項目采用水冷電空調(diào)系統(tǒng)的先進設計理念為實現(xiàn)與三聯(lián)供系統(tǒng)在空調(diào)供應方面的有機結合創(chuàng)造了某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告9有利條件。三聯(lián)供系統(tǒng)將在本項目供電系統(tǒng)中增加燃氣發(fā)電設備，在故障或運行一定時間例行維護時會出現(xiàn)燃氣發(fā)電設備之間或燃氣發(fā)電設備與市電之間的切換，隨著電力電子技術的發(fā)展，STS 靜態(tài)轉換開關的切換時間已經(jīng)可以達到 8ms 以內(nèi)，遠小于 IT 系統(tǒng)所要求的的不間斷時間為十幾毫秒，完全可以滿足 IDC 機房的不間斷供電要求，況且數(shù)據(jù)中心重要負荷一比一配置的 UPS 電源在外電完全失電的情況下可以可以維持系統(tǒng)運行 20 分鐘以上，數(shù)據(jù)中心本身的這種設備使得三聯(lián)供發(fā)電設備在數(shù)據(jù)中心的應用不會對系統(tǒng)造成任何影響。本項目原設計中在變壓器低壓側設置了與各臺變壓器一一對應的柴油備用電源，在采用三聯(lián)供系統(tǒng)后，相當于又增加了一路電源，因此可以適當減少柴油備用發(fā)電機組的設置，并且可以通過采用油氣兩用的發(fā)電機組使得原柴油備用的可靠性并不降低。柴油備用發(fā)電機組的減少使得本項目采用三聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)勢更為突出。因此，本項目在客觀上具有在原方案基礎上引入三聯(lián)供系統(tǒng)的有利條件。 設備選型1. 主要系統(tǒng)配置：燃氣內(nèi)燃發(fā)電機，煙氣熱水型余熱直燃機。其中 2 臺發(fā)電機共同直接對接 1 臺煙氣熱水型余熱直燃機。表 31 各主要設備及技術基本參數(shù)序號 名稱 規(guī)格型號單位數(shù)量 備注1 油氣兩用燃氣內(nèi)燃發(fā)電機 發(fā)電 量:2370kW, 發(fā)電效率:40% 臺 4 一期投入2臺2 煙氣熱水型余熱直燃機 制冷量:4652kW, 制熱量:3582kW 臺 2 一期投入1臺3 柴油發(fā)電機組 發(fā)電量 :4000kW 臺 2 一期投入1臺4 缸套水換熱器 板式換熱器,Q=1300kW 臺 4 一期投入2臺5 缸套水散熱器 板式換熱器,Q=1300kW 臺 4 一期投入2臺中冷水散熱器 板式換熱器,Q=150kW 臺 4 一期投入2臺2. 輔助設備：水泵、冷卻塔等附屬設備選型與原設計方案一致，其投入進度與主設備投入進度相適應。另外保留原設計中 5 臺（4 用 1 備）750RT 電制冷機組中的 2臺作為一期余熱直燃機供冷的補充和終期停止燃氣空調(diào)方式的備用?？照{(diào)系統(tǒng)管路布置與原設計方案相同，重要負荷設置雙管路系統(tǒng)。某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告10本三聯(lián)供系統(tǒng)采用燃氣發(fā)電設備直接對接余熱型吸收式空調(diào)設備的系統(tǒng)構成方式，燃氣發(fā)電機組出線電壓為 10kV，分別接入一段 10kV 母線；取消原有的低壓側備用柴油發(fā)電機組；余熱型吸收式空調(diào)機組空調(diào)水參數(shù)與電制冷機組相同，按照原設計方式接入空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)末端設計及能源輸配系統(tǒng)的冗余設計與原設計相同。 方案說明對上述三聯(lián)供系統(tǒng)方案說明如下：1 三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃氣發(fā)電設備雖然替代了柴油發(fā)電機組，但是其運行方式由簡單備用變?yōu)槌Ｓ?。為提高其運行負荷率，方案中將其接入方式改為在10kV 高壓母線上接入，更有利于根據(jù)各變壓器所帶負荷變化調(diào)整發(fā)電機組出力。2 三聯(lián)供系統(tǒng)設計應優(yōu)先考慮與市電并網(wǎng)運行，因此將燃氣發(fā)電設備分為兩組，各自并入一段 10kV 進線。但是同時也應考慮短期內(nèi)或市電故障情況下燃氣發(fā)電系統(tǒng)獨立運行滿足數(shù)據(jù)中心負荷的可能，因此從設備選型及接線設計方面均考慮使得燃氣發(fā)電機組總容量完全可以滿足獨立運行保障本項目所有重要電負荷的要求。3 本項目建設進度分為一期、二期兩個階段，三聯(lián)供系統(tǒng)的投入也可分階段投入。如前期先投入 2 臺油氣兩用內(nèi)燃發(fā)電機組，后期根據(jù)項目負荷情況和并網(wǎng)接入情況再考慮投入后期的設備；余熱利用設備也可采用分期投入，一期投入 1 臺余熱直燃機組，二期再投入一臺余熱直燃機組。4 燃氣輪機方案的最大優(yōu)勢在于系統(tǒng)簡單，機房占地面積較少，但是由于采用高壓燃氣在機房選址、消防安全等方面要求較高，因此本報告暫以燃氣內(nèi)燃機方案為主論述本項目中三聯(lián)供系統(tǒng)的實施方案。5 原方案設計中采用的蓄冷系統(tǒng)是一種先進的能源技術，原設計理念是利用夜間低谷電價蓄冷，對于三聯(lián)供系統(tǒng)來說，蓄冷更可以起到調(diào)節(jié)發(fā)電和余熱利用平衡的重要作用，因此在方案中仍采用了與原設計相同的蓄能系統(tǒng)。6 本報告以下方案論述及技術經(jīng)濟性分析主要針對項目一期采用 2 臺燃氣內(nèi)燃機、1 臺煙氣熱水型余熱直燃機和 1 臺備用柴油發(fā)電機組組成三聯(lián)供系統(tǒng)的情況。某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告114 電力接入 開發(fā)銀行供電概況在前期開發(fā)銀行的方案設計中，數(shù)據(jù)中心報裝容量為 20220kVA，從兩個110kV 變電站引來四路 10kV 進線，分兩期引入兩個 10kV 開閉站內(nèi)。下端配有16 臺 2022kVA 變壓器 1 用 1 備接入 400V 低壓母線，同時備用 9 臺 2500kVA柴油發(fā)電機接入 400V 低壓系統(tǒng)，在市電故障情況下供應數(shù)據(jù)中心負荷需求。根據(jù)上述資料并參照 TIA－942 建設標準，以及《電子信息系統(tǒng)機房設計》規(guī)范在保障配電系統(tǒng)整體水平不低于 Tier III 標準設計的基礎上，電氣系統(tǒng)一次接線圖如下，并在此基礎上進行三聯(lián)供系統(tǒng)設計。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告12圖 41 電氣系統(tǒng)一次接線圖 電氣系統(tǒng)設計原則為充分發(fā)揮三聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟性，三聯(lián)供系統(tǒng)設計應以并網(wǎng)運行為基本原則，同時應保證不向電網(wǎng)反送電。在目前的電力政策及并網(wǎng)技術下，制定和選擇三聯(lián)供系統(tǒng)并網(wǎng)方案主要考慮以下因素：1 較好的電力主接線方式，它不僅決定了下一步的電氣設計和施工可行性，而且它還直接影響系統(tǒng)投運后的運行方式優(yōu)化和運行維護工作的難度，繼而直接關系到運行成本和收益。2 根據(jù)目前的電力政策，不允許三聯(lián)供系統(tǒng)配電末端向電網(wǎng)反向送電，因此必須增加防有功倒送措施，以防止低負荷時發(fā)電機過剩的電能被送到網(wǎng)上。3 當在配電末端增加一個較大電源時，繼電保護必須作相應的調(diào)整，主要考慮兩個方面，一是電網(wǎng)的保護增設和整定，二是發(fā)電機的保護配置。4 國家對電源的管理有嚴格規(guī)定，雖然對燃氣小機組還沒有明確的要求，但是從安全角度出發(fā)，應有必要的安全管理和電量管理措施。5 設計三聯(lián)供系統(tǒng)后要和供電部門關于電能的計量協(xié)商一致，維護電力公司和用電單位的利益。某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告13根據(jù)本項目發(fā)電設備選型、變配電設備及負荷分配特點，具體考慮本三聯(lián)供系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設計并網(wǎng)原則如下：1 由于所選發(fā)電機組容量較大，出線電壓為 10kV，所以本項目主要考慮10kV 高壓并網(wǎng)。2 本項目用電需求大，變壓器數(shù)量較多，在電氣系統(tǒng)設計階段即應考慮與三聯(lián)供系統(tǒng)充分配合，使得燃氣發(fā)電機組的供電范圍盡量擴大。根據(jù)上述原則及園區(qū)高低壓接線和變壓器設置情況初步考慮本項目發(fā)電機組并網(wǎng)方案如下所示。 電氣接入方案三聯(lián)供系統(tǒng)將與市電并網(wǎng)運行，但發(fā)電機組所發(fā)電力全部在本項目范圍內(nèi)消耗，不允許向電網(wǎng)反送電力?？紤]到并網(wǎng)實施過程可能較長或者實際運行中電網(wǎng)故障等問題，在并網(wǎng)方案中也將考慮三聯(lián)供系統(tǒng)獨立運行的可行性。此接入方案不改變開發(fā)銀行 XX 數(shù)據(jù)中心原有電力接入方式，作為三聯(lián)供方案只是在 10kV 開閉站引入了兩路市電外的第三路冗余電源，并且發(fā)電機組采用柴油/天然氣雙燃料機型以提高系統(tǒng)可靠性，另外仍設置柴油設備用機組。系統(tǒng)運行時發(fā)電機組與市電一起作為常用電源，大大提高了 XX 數(shù)據(jù)中心的供電可靠性。在并網(wǎng)運行模式下，各有一組燃氣內(nèi)燃機與單個開閉站的一段母線并網(wǎng)，當該段外網(wǎng)供電故障時，可通過倒閘操作與另外一段母線并網(wǎng)。同時另外設有備用機組，當市網(wǎng)發(fā)生故障時投入使用。如暫時不能實施并網(wǎng)運行，則兩臺燃氣發(fā)電機組并機運行后獨立承擔一段10kV 母線的全部負荷，此時以市電作為該段母線的備用電源。另一段母線負荷仍由市電滿足。 配電室布置采用三聯(lián)供系統(tǒng)后，機房配電系統(tǒng)需要增加兩臺開關柜和一個并機柜。并機柜應布置在便于監(jiān)視的地方，如控制室。開關柜可以根據(jù)并網(wǎng)方案布置在與相應變壓器便于接線的位置，如可以在并網(wǎng)變壓器后增加適當?shù)倪M線間隔。其它開關柜數(shù)量根據(jù)采用的切換點數(shù)量、接線方式等進一步確定。某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告145 三聯(lián)供系統(tǒng)運行方案 電氣系統(tǒng)運行方案 燃氣發(fā)電系統(tǒng)運行方式數(shù)據(jù)中心供電分為一期、二期建設，一期供電共有兩段 10kV 高壓母線，每段母線配有四臺 2022kVA 變壓器負責數(shù)據(jù)中心負載，一臺 1250kVA 變壓器承擔辦公負載。一期設計負荷最大約 10000KVA，因為兩段 10kV 母線互相備用，在一段母線故障時另一段母線單獨承擔全部 10000KVA 負載，因此每段母線日常最大負荷應為 5000kVA。據(jù)此本三聯(lián)供發(fā)電機一期配備 2 臺 2370kW 燃氣發(fā)電機組，分別在兩段 10kV 母線上并網(wǎng)。并網(wǎng)運行時，正常情況下根據(jù)電負荷變化情況調(diào)整發(fā)電機組出力，在保證發(fā)電機組高效運行的基礎上，控制一定比例的電負荷由市電供給，其余由發(fā)電機組供應。如果暫時不能實現(xiàn)與市電并網(wǎng)運行，則兩臺燃氣發(fā)電機組并機后接入一段10kV 母線上，按照目前的設備選型可以滿足全部負荷需求，另一段 10kV 母線仍由市網(wǎng)供電。如果能爭取到 1 路市電作為燃氣發(fā)電機組獨立運行的備用電源，則當一臺發(fā)電機組檢修或故障時首先切換至市電運行方式，如市電故障可由柴油發(fā)電機組與沒有發(fā)生故障的油氣兩用發(fā)電機組共同滿足電負荷需要；如果沒有市電作為獨立備用，則當一臺發(fā)電機組檢修或故障時首先切換至另一路 10kV供電，如另一路 10kV 也發(fā)生故障，則由柴油發(fā)電機組與沒有發(fā)生故障的油氣兩用發(fā)電機組共同滿足電負荷需要，此時可能需要關掉部分不重要的負荷。當燃氣供應系統(tǒng)發(fā)生故障、并且市電也發(fā)生故障時，由柴油發(fā)電機組與三聯(lián)供系統(tǒng)的兩臺油氣兩用發(fā)電機組共同滿足項目用電需求，三臺機組總容量10000kW，與原方案中的備用柴油發(fā)電機組容量基本相同，可以完全滿足獨立帶載的要求。備用柴油量與原設計方案相同，以保證柴油發(fā)電機組滿負荷工作48h 為宜。儲油裝置的位置與原設計方案相同。某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告15 圖 51 一期三聯(lián)供系統(tǒng)一次接線簡圖 發(fā)電機并網(wǎng)運行模式分解1，2發(fā)電機斷路器分別與 1，2市電斷路器并列運行；1，2 段 10kV 母線中發(fā)電機日常運行負荷率在 50%以上調(diào)節(jié)（只開常用發(fā)電機組） ，同時保證有部分電力由市電供應；如 1 路 10kV 市電故障，斷開其斷路器，閉合兩段 10kV 母線母聯(lián)開關，由另一路 10kV 市電及兩臺發(fā)電機