【導讀】開發(fā)銀行燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)

　　

【正文】 運行，反而在 10kV 進線故障狀態(tài)下燃氣發(fā)電電源仍可以采用如上所述的獨立運行方式正常供電，增加了系統(tǒng)可靠性； 如果 1， 2市電全部中斷，所配發(fā)電機容量可完全滿足一、二段母線的所有負載容量 并預留有檢修備用容量 ； 在發(fā)電機獨立運行方案中，發(fā)電機故障停機或者啟動時需要與市電系統(tǒng)進行進行一次短暫的無間斷切換，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的電子信息設(shè)備的無間斷故障時開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 17 間一 般在十幾 毫秒 ，要求切換開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間非常小，目前國內(nèi) STS 大容量轉(zhuǎn)換開關(guān)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，轉(zhuǎn)換時間可以做到 8 毫秒 以下，完全可以做到系統(tǒng)地無間斷切換。 在三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計中建議燃氣發(fā)電機組接入 10kV 母線，并取消原有低壓側(cè)的備用柴油發(fā)電機組，進一步提高了系統(tǒng)可靠性，主要原因如下： 低壓備用發(fā)電機接在低壓母線上，低壓系統(tǒng)中的 UPS 可能產(chǎn)生大量的諧波，會對發(fā)電機的運行產(chǎn)生影響，而燃氣發(fā)電機組接在高壓側(cè)，有變壓器的隔離，諧波對發(fā)電機的影響將大大減小； 低壓備用發(fā)電機組為日常備用機組，如發(fā)電機保養(yǎng)不當，故障不 能及時排除，一旦突然事故發(fā)生，可能會因啟動后帶載故障發(fā)生而停機， 可能給數(shù)據(jù)中心的安全運行事故，而 燃氣發(fā)電機組為日常使用機組，可及時保養(yǎng)并排除故障，消除 備用發(fā)電機 帶載故障 隱患 ； 發(fā)電機組接在低壓，一段母線對應一臺發(fā)電機組，各段母線負荷分配不均，發(fā)電機整體效率差，而燃氣發(fā)動機接在高壓側(cè)，發(fā)電機的出力會根據(jù)下級4 段母線的負荷大小進行調(diào)整，且發(fā)電機為多臺并機，可根據(jù)負荷自動調(diào)整發(fā)電機臺數(shù)和負荷大小，使得發(fā)電機運行在一個良好的狀態(tài)下； 三聯(lián)供用發(fā)電機全部為燃氣 /燃油雙燃料發(fā)電機組，即使在市電 /燃氣能源全部故障 情況下，依然可以采用燃油啟動發(fā)電機，保障系統(tǒng)運行 。 空調(diào)系統(tǒng)運行方案 采用本三聯(lián)供系統(tǒng)后空調(diào)系統(tǒng)的主設(shè)備為：兩臺 4652kW 煙氣熱水型余熱直燃機、兩臺 750RT 電制冷水冷機組（與原設(shè)計相同），其中一期投入 1 臺4652kW 煙氣熱水型余熱直燃機以及兩臺 750RT 電制冷機組。 單臺油氣兩用發(fā)電機組滿發(fā)運行時，其余熱量可以 使 煙氣熱水型 直燃機出力達到 滿負荷的 60%以上。 其余蓄能系統(tǒng)設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)管路設(shè)置以及末端設(shè)置均與原設(shè)計方案相同。新增的煙氣熱水型余熱直燃機供能參數(shù)與電制冷機組相同，因此其接入空調(diào)系統(tǒng)的方式與原冷 水機組相同。三聯(lián)供系統(tǒng)中與原設(shè)計相同的部分在本報告中不做詳細論述。 開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 18 余熱空調(diào)系統(tǒng)運行方式 夏季工況 1. 基本運行方式 1） 夏季工況下， 辦公區(qū)和機房區(qū)都需要制冷 ，共用一套制冷主機 ，其中兩臺余熱直燃機的制冷容量基本能滿足總冷 量 需求 。優(yōu)先采用發(fā)電缸套水和煙氣余熱，通過余熱直燃機提供 7℃的冷凍水 ，通過一次泵送往空調(diào)分水器 ， 冷凍水 分兩路出水 ，一路送往機房區(qū)，另一路單獨送往辦公區(qū) 。 2）冬季工況下，辦公區(qū)需要供熱，而機房區(qū)仍然需要制冷。優(yōu)先利用發(fā)電機缸套水余熱通過換熱器換熱滿足辦公用熱的需求 ， 兩臺發(fā)電機組的缸套水熱量 可基本滿足供熱需求 。 余熱直燃機優(yōu)先 利用發(fā)電機煙氣余熱 以制冷方式運行 ，提供 7℃的冷凍水通過一次泵送往空調(diào)分水器，供一路冷水到機房區(qū) 。 3）余熱不足以滿足所有冷需求時，通過部分直接燃燒天然氣進行補燃；余熱過多時，通過蓄水池進行蓄冷， 調(diào)節(jié)余熱制冷的供需平衡，在冷負荷需求較高時， 再通過蓄水池供冷以減少天然氣補燃耗量。 4）通過回收部分余熱機的二次排煙熱量滿足少量的生活熱水需求， 同時在冬季也可作為辦公區(qū)供熱的補充 。 2. 故障工況下運行模式 1） 發(fā)電機組故障，無余熱可利用時，由天然氣補燃滿足空調(diào)需求 。 2） 一期一 臺余熱機組故障時，兩臺 750RT 電制冷機組可以補充所需空調(diào)供應 。 3） 二期兩臺 余熱機組均發(fā)生故障時，兩臺 750RT 電制冷機組以及備用風冷機組可以補充所需冷量。 4） 蓄冷系統(tǒng) 可 以蓄存多余發(fā)電余熱供冷量，調(diào)節(jié)三聯(lián)供系統(tǒng)的運行特性，還可以增加一路機房供冷系統(tǒng)。 5） 即使在發(fā)電機組完全獨立運行，電力和機房制冷都處于較高負荷條件下，多重互補的空調(diào)系統(tǒng)也能滿足機房的不間斷負荷要求。 可靠性分析 1. 余熱直燃機組 設(shè)置全補燃功能 ，即使在沒有發(fā)電余熱的情況下，也可通開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 19 過天然氣全部補燃 滿足供冷需求 。 設(shè)置電水冷機組，當燃氣系 統(tǒng)故障時仍能保證供冷需求。 2. 冷卻水系統(tǒng) N+1 設(shè)置， 并 設(shè)計冷卻水蓄水槽， 保障冷卻系統(tǒng)可靠運行 。 3. 水管路系統(tǒng)選用雙系統(tǒng) ，任意一路出現(xiàn)故障也能自動切換，同時設(shè)計冷凍水蓄水槽， 相當于 增加一路冷水供應 ，多種水路保障 。 4. 雙冷源（風冷 +冷凍水）型機房專用空調(diào)系統(tǒng) 。機房專用空調(diào)內(nèi)機冷凍水型與風冷運行方式進行切換， 在大多數(shù)季節(jié)中系統(tǒng)主要啟用經(jīng)濟節(jié)能的水冷系統(tǒng)，而在不滿足水冷型機組運行的季節(jié)或系統(tǒng)發(fā)生故障及檢修維護時才啟用風冷系統(tǒng)。采用雙冷源機組雖然會增加項目的初投資費用，但系統(tǒng)安全可靠性較高，且運營成本可以 大大降低 。 5. 根據(jù) 北京市 氣象條件特點，在 過渡季和冬季多數(shù)時段還 可以直接利用室外豐富的自然冷源對機房環(huán)境降溫，從而可以大大縮短專用空調(diào)機組的壓縮機的全年運行時問。這樣不但節(jié)約了大量的電能，同時也延長了空調(diào)機的使用壽命，減少了空調(diào)機組的維護工作量，降低了維護成本。 方案主要技術(shù)指標比較 按照北京市現(xiàn)行各種能源價格對 開行數(shù)據(jù)中心 燃氣內(nèi)燃機 三聯(lián)供 方案 一期項目 進行簡單技術(shù)經(jīng)濟計算如下表所示。 其中并網(wǎng)運行方案是指兩臺 2370kW發(fā)電機組分別接入兩段 10kV 母線、在峰平電價時段并網(wǎng)運行，夜間低谷電價時段 停機；獨立運行方案是指兩臺發(fā)電機組并機后獨立負責一段 10kV 母線的電負荷。 開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 20 表 51 不同方案的比較 內(nèi)容 單位 三聯(lián)供系統(tǒng) 常規(guī)系統(tǒng) 并網(wǎng)運行 獨立運行 空氣源熱泵 +冷水機組 1 年能源供應量 年三聯(lián)供發(fā)電量 萬 kWh 年供冷量 萬 kWh 其中余熱供冷量 萬 kWh 蓄冷供 冷 量 萬 kWh 180 180 180 電制冷供冷 萬 kWh 720 120 天然氣直燃供冷 萬 kWh 年供熱量 萬 kWh 其中余熱供熱量 萬 kWh 年供熱水量 萬 kWh 其中余熱供熱水量 萬 kWh 2 能源中心能源消耗量 年耗電量 萬 kWh 年耗燃氣量 萬 Nm3 3 能源中心運行成本 萬元 天然氣支出 萬元 電支出 年維護保養(yǎng)費 萬元 發(fā)電容量備用費 萬元 4 年節(jié)省購電費用 萬元 5 初 投資費用 萬元 7768 7668 3160 6 相對常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約費用 萬元 7 增量投資回收年 年 注 ： 燃氣價格 ： 元 /Nm3（夏季）， 元 /Nm3（冬季）， 燃氣熱值8400kcal/Nm3； 商業(yè) 電價 ： 尖 峰段 元 /kWh， 峰段 元 /kWh， 平段 元 /kWh， 谷段 元 /kWh。 由上述計算可見： 1 系統(tǒng)供能方式多樣 、 互相支撐， 如下圖所示， 增加了數(shù)據(jù)中心供能的安全性。 開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 21 年供冷量組成65%5%20%10%其中余熱供冷量蓄冷供冷量電制冷供冷天然氣直燃供冷 圖 5－ 1 三聯(lián)供系統(tǒng)年供冷量組成 2 上述三聯(lián)供系統(tǒng)投資估算中除了考慮所增加的油氣兩用發(fā)電機組、余熱利用設(shè)備外，還考慮了柴油發(fā)電機組以及 保留的水冷機組；常規(guī)系統(tǒng)投資估算中也按照原設(shè)計方案考慮了 3 臺 750RT 水冷機組、冬天供熱的空氣源熱泵機組和 5 臺 2500kVA 的備用柴油發(fā)電機組?？梢钥吹介_行數(shù)據(jù)中心一期工程三聯(lián)供系統(tǒng)相對于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的增量投資約為 4500 萬元。 3 上述運行費用估算中考慮了年電耗、氣耗以及系統(tǒng)運行維護費用（其中包括了日常維修維護和人工費用）?？梢钥吹接捎诎l(fā)電耗氣量增加，三聯(lián)供能源中心每年運行成本比常 規(guī)系統(tǒng)增加約 1000 萬元。但是由于發(fā)電帶來的收益，每年三聯(lián)供系統(tǒng)可以節(jié)省 1700～ 2200 萬元的電費。綜合比較，開行數(shù)據(jù)中心采用三聯(lián)供系統(tǒng)后每年可以節(jié)省 700～ 1200 萬元的運行費用。 4 按照并網(wǎng)方式運行，三聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)越性可以充分發(fā)揮，其增量投資約4 年即可收回，經(jīng)濟性明顯；如短期內(nèi)不能并網(wǎng)，按照一段 10kV 母線獨立運行的方式，機組利用率降低 并且必須在低谷電價時段發(fā)電 ， 導致發(fā)電收益減少 ，但是由于數(shù)據(jù)中心良好的 熱電 負荷特性， 三聯(lián)供系統(tǒng) 增量投資回收期可 保持 在6 年左右，仍具有較好的經(jīng)濟性。 開發(fā)銀行稻香湖數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 22