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天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心供能的優(yōu)勢(shì)分析

文檔作者：陳曉麗1，徐瑁浣2，汪慶桓1，王佼佼1，厲建磊2。張?zhí)? 文檔來(lái)源： 1．北京恩耐特分布能源技術(shù)有限公司 2．中國(guó)石化天然氣分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月16日
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節(jié)能
ENERGY CONSERVATION
2016年第9期
(總第408期)
天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心供能的優(yōu)勢(shì)分析
陳曉麗1，徐瑁浣2，汪慶桓1，王佼佼1，厲建磊2。張?zhí)?
(1．北京恩耐特分布能源技術(shù)有限公司，北京100035；2．中國(guó)石化天然氣分公司，北京100120)
摘要：提出采用天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)取代傳統(tǒng)方式為數(shù)據(jù)中心供能，以北京某機(jī)房為例，設(shè)計(jì)典型應(yīng)用
方案及運(yùn)行模式，通過(guò)比較分析得到：三聯(lián)供系統(tǒng)供能可靠性不低于傳統(tǒng)供能方式；每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)
煤24．6％，減排c0：38．4％；初始投資明顯增加，但年運(yùn)行成本降至約75％，整個(gè)生命周期能源成本
大大降低。天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心供能可行且優(yōu)勢(shì)明顯，建議推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)；可靠性；經(jīng)濟(jì)性；節(jié)能減排
中圖分類號(hào)：TK0l+8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004—7948(2016)09—0030一05
doi：103969“．issn．1004—7948．2016．09．009
1概述
近年來(lái)，隨著我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)產(chǎn)
業(yè)的加速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了大規(guī)模規(guī)劃建
設(shè)階段。當(dāng)前，中國(guó)已有30多個(gè)城市推出云產(chǎn)業(yè)
規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步完善當(dāng)中，市場(chǎng)規(guī)模也在不
斷擴(kuò)大，僅在內(nèi)蒙古，包括中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中
國(guó)移動(dòng)在內(nèi)的云計(jì)算投入達(dá)到200億元。毫無(wú)疑
問(wèn)，數(shù)據(jù)中心建設(shè)將迎來(lái)發(fā)展高潮。
數(shù)據(jù)中心蓬勃發(fā)展的過(guò)程中，其傳統(tǒng)供能方式
(一般是以市電為主、柴油發(fā)電機(jī)備用)也遇到了
各種問(wèn)題，主要有：
1)能耗高導(dǎo)致供能難以保障。常規(guī)機(jī)柜的額
定負(fù)荷在4kw，水冷型機(jī)柜可達(dá)到8kw，一個(gè)機(jī)柜
數(shù)量在2000以上的數(shù)據(jù)中心，其能源密度是常規(guī)
辦公大樓的30倍以上；單體數(shù)據(jù)中心建筑電需求
量往往高達(dá)10～40Mw，如果是建筑群或園區(qū)則更
高；因而一般需在附近建設(shè)35kV或110kV變電站
及相關(guān)設(shè)施，這涉及到當(dāng)?shù)仉娏?yīng)是否充足、土
地等規(guī)劃是否有路由、供電等部門的各種審批是否
快速等等。當(dāng)較大的數(shù)據(jù)中心建在大城市靠近中
心的地帶時(shí)，這些問(wèn)題更加尖銳，可能直接導(dǎo)致數(shù)
據(jù)中心無(wú)法投建或延期若干年¨。。
2)能源效率較低，綠色節(jié)能是數(shù)據(jù)中心的發(fā)
展趨勢(shì)。PUE(Power usage EffectiVeness)是美國(guó)
綠色網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(The Green Grid)提出的、當(dāng)前國(guó)際
通行的衡量數(shù)據(jù)中心電力使用效率的指標(biāo)，PuE=
數(shù)據(jù)中心總能耗／IT設(shè)備總能耗，用于計(jì)算總電能
中有多少是真正應(yīng)用到IT設(shè)備上的，PuE越大則
表示制冷和供電等配套基礎(chǔ)設(shè)施所消耗的電能越
大。目前全球數(shù)據(jù)中心平均PuE為2．0，少數(shù)發(fā)達(dá)
國(guó)家可達(dá)1．8，甚至更低，而我國(guó)大多數(shù)都高于
2．0，甚至3．0【2j。我國(guó)對(duì)于未來(lái)數(shù)據(jù)中心PuE的
典型要求是低于1．5，可見節(jié)能對(duì)于未來(lái)數(shù)據(jù)中心
的重要性。
3)能源費(fèi)用高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，用電成本約占數(shù)據(jù)
中心整體運(yùn)行成本的60％以上，降低能源費(fèi)用對(duì)
于數(shù)據(jù)中心意義重大。同時(shí)，后備柴油發(fā)電機(jī)占用
面積大，間隔10d左右要啟動(dòng)一次，以防止久置失
效，而在數(shù)據(jù)中心的生命周期內(nèi)，出現(xiàn)市電故障需
要用到柴油機(jī)的幾率很低，絕大部分時(shí)間這些柴油
機(jī)都處于閑置且需不斷維護(hù)的狀態(tài)。
采用cCHP為數(shù)據(jù)中心供能，可很好地解決
以上問(wèn)題。實(shí)際上，目前國(guó)內(nèi)已有先例，北京燃?xì)?
集團(tuán)投資建設(shè)的中石油北京昌平數(shù)據(jù)中心一期天
然氣分布式供能項(xiàng)目已投產(chǎn)，但由于尚未積累足夠
多、足夠好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，業(yè)內(nèi)對(duì)這一供能方式還未
完全認(rèn)可。
文中以北京某機(jī)房為例，設(shè)計(jì)典型應(yīng)用方案及
運(yùn)行模式，并就可靠性、節(jié)能減排效果以及經(jīng)濟(jì)性
這3個(gè)方面與傳統(tǒng)供能方式進(jìn)行比較，論述其可
行，為其應(yīng)用推廣提供參考借鑒。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2016年第9期
(總第408期)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATl0N
2 CCI口在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用方案
2．1數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷特點(diǎn)及傳統(tǒng)供能方式
數(shù)據(jù)中心總負(fù)荷有以下特點(diǎn)：
1)以電負(fù)荷和冷負(fù)荷為主，電負(fù)荷主要由IT
設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及照明系統(tǒng)等產(chǎn)生(如果采用傳統(tǒng)電制
冷方式，則電負(fù)荷還應(yīng)包括制冷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需電負(fù)
荷)，冷負(fù)荷主要由IT設(shè)備散熱的需求產(chǎn)生。采暖
負(fù)荷或熱負(fù)荷根據(jù)實(shí)際情況確定，一般很少或不考
慮。
2)IT設(shè)備電負(fù)荷與冷負(fù)荷大約是l：l，一般電
負(fù)荷略高于冷負(fù)荷。
3)負(fù)荷較為穩(wěn)定，典型數(shù)據(jù)中心全年8760h
不間斷運(yùn)行，全年冷、電負(fù)荷波動(dòng)較小。
數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)供能系統(tǒng)一般由市電、備用柴油
發(fā)電機(jī)、uPS和配電系統(tǒng)等構(gòu)成；根據(jù)數(shù)據(jù)中心對(duì)
于可靠性的不同要求，適當(dāng)?shù)嘏渲萌蒎e(cuò)或冗余設(shè)
備。參考《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》
(GB50174—2008)，數(shù)據(jù)機(jī)房根據(jù)使用性質(zhì)、管理
要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的重要性劃分為A、B、C
三級(jí)。A級(jí)是最高級(jí)別，主要指涉及國(guó)計(jì)民生的機(jī)
房，其系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損或公共場(chǎng)
所秩序嚴(yán)重混亂，因而可靠性要求最高。A級(jí)機(jī)房
內(nèi)的場(chǎng)地設(shè)施應(yīng)按容錯(cuò)系統(tǒng)配置，運(yùn)行期間，場(chǎng)地
設(shè)施不應(yīng)因操作失誤、設(shè)備故障、外電源中斷、維護(hù)
和檢修而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中斷。不同等級(jí)機(jī)房的供
電標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1不同等級(jí)機(jī)房的供電標(biāo)準(zhǔn)
項(xiàng)目A級(jí)B級(jí)C級(jí)
市電兩路獨(dú)立兩路獨(dú)立兩回線路
后備柴油發(fā)電機(jī)Ⅳ要，Ⅳjx要余|v 可不設(shè)置
(X=l～Ⅳ1
柴油存儲(chǔ)量／h 72
uPs備用時(shí)間／min 15
24 一
15 根據(jù)實(shí)際情況確定
以北京某A級(jí)數(shù)據(jù)機(jī)房為例(下文稱“z機(jī)
房”)，其電電負(fù)荷為10Mw；冷負(fù)荷過(guò)渡季約
8Mw，夏季約8．3Mw，冬季約7．7Mw；熱負(fù)荷忽
略不計(jì)。簡(jiǎn)單起見，文中的計(jì)算和分析均以全年電
負(fù)荷10Mw，冷負(fù)荷8Mw，熱負(fù)荷0為準(zhǔn)。
按照傳統(tǒng)A級(jí)機(jī)房的供能方式，如圖1所示。
z機(jī)房由兩路獨(dú)立市電供電，后備柴油發(fā)電機(jī)選取
Ⅳ+x的形式。一部分電力用于10Mw的IT及照
明等設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)；另一部分電力供應(yīng)電制冷機(jī)組，為
數(shù)據(jù)中心提供制冷。電制冷機(jī)組選擇合適的冷凍
水系統(tǒng)，COP全年取平均約3．5，則全年平均電負(fù)
荷為10+8／3．5=12．3Mw。
供電
供冷
圖l數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)供能方式示意圖
2．2 CC腫應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的典型方案
CCHP是指利用天然氣為燃料，通過(guò)冷熱電三
聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，綜合能源利用效
率在70％以上，并在負(fù)荷中心就近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)
的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要方
式。與熱電分供相比，cc唧具有能效高、清潔環(huán)
保、安全性高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在我國(guó)呈
現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。
ccHP典型應(yīng)用技術(shù)是發(fā)電機(jī)+余熱利用設(shè)
備，發(fā)電機(jī)主要是燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，余熱利
用設(shè)備主要是余熱鍋爐或余熱溴化鋰機(jī)組。內(nèi)燃
機(jī)與簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的典型參數(shù)比較如表2所
示。由此可見，內(nèi)燃機(jī)在發(fā)電效率、綜合效率、燃?xì)?
供應(yīng)壓力等方面都普遍優(yōu)于燃?xì)廨啓C(jī)，且內(nèi)燃機(jī)較
燃?xì)廨啓C(jī)具有啟停更方便、與溴冷機(jī)配合可方便地
提供所需冷量、大修間隔更長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，CCHP
應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心時(shí)的典型技術(shù)是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+余
熱溴冷機(jī)。
表2 內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)典型參數(shù)比較
應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的“內(nèi)燃機(jī)+煙氣熱水補(bǔ)燃
型溴化鋰機(jī)組”典型工藝如圖2所示。天然氣在
內(nèi)燃機(jī)中燃燒，余熱以煙氣和缸套水的形式進(jìn)入溴
化鋰機(jī)組制冷，如制冷量不夠，也可通過(guò)補(bǔ)燃天然
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
節(jié)能
ENERGY CONSERVATl0N
2016年第9期
(總第408期)
cCHP供能系統(tǒng)
圖2典型內(nèi)燃機(jī)+溴冷機(jī)工藝示意圖
氣提供熱量去制冷。當(dāng)ccHP故障時(shí)，采用市電
為電制冷機(jī)組供電制冷。如采用的氣源是LNG，
可考慮利用LNG在氣化過(guò)程中的冷能。通常還設(shè)
置蓄冷機(jī)組，在溴冷機(jī)制冷量高于數(shù)據(jù)中心負(fù)荷、
或者電制冷機(jī)組低谷電運(yùn)行有余量時(shí)，可將多余冷
量通過(guò)蓄冷裝置暫時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)，在緊急情況或經(jīng)濟(jì)
性更優(yōu)時(shí)臨時(shí)供冷。
z機(jī)房在配置CC腫系統(tǒng)時(shí)，廠用電按10％
計(jì)，則有11Mw電負(fù)荷，8Mw冷負(fù)荷。按照J(rèn)Ⅳ+1
冗余配置ccHP系統(tǒng)，可進(jìn)行如下配置。
5臺(tái)(4用1備)功率2．8～3Mw的燃?xì)鈨?nèi)燃
機(jī)帶全部用電負(fù)荷，總發(fā)電容量14Mw；5臺(tái)(4用
1備)煙氣熱水補(bǔ)燃型溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組，每臺(tái)內(nèi)燃
機(jī)對(duì)接1臺(tái)溴化鋰機(jī)組，每臺(tái)溴化鋰機(jī)組對(duì)應(yīng)的制
冷量約2．3Mw，總制冷容量11．5Mw(略大于冷
負(fù)荷需求，余冷可通過(guò)蓄冷設(shè)備暫存)；有條件的
情況下，盡量采取雙路氣源；對(duì)應(yīng)的水泵、冷卻塔等
也應(yīng)按照J(rèn)V+1冗余配置；uPs系統(tǒng)、電制冷機(jī)組
等可以按傳統(tǒng)供能方式設(shè)計(jì)為主；cc腫系統(tǒng)采取
并網(wǎng)不上網(wǎng)的方式運(yùn)行。
與傳統(tǒng)供能方式不同，cCHP系統(tǒng)作為主要供
能系統(tǒng)，而兩路市電則是作為備用，在ccHP系統(tǒng)
檢修、故障、或市電價(jià)格低時(shí)采用。具體運(yùn)行模式
需根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)貧怆妰r(jià)格等來(lái)確定，一般是在每天
的電力低谷段利用市電供能更經(jīng)濟(jì)，其他時(shí)段利用
cCHP供能更加經(jīng)濟(jì)。對(duì)應(yīng)Z機(jī)房典型運(yùn)行模式
是：在每天的電力尖峰、高峰以及平段，由CCHP
系統(tǒng)供能；在每天的電力谷段，由市電供能。出現(xiàn)
機(jī)器或市電故障等緊急情況時(shí)，則動(dòng)用冗余設(shè)備、
采取相應(yīng)的應(yīng)急運(yùn)行方式。
3 CCHP應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的可靠性分析
可靠性的定量計(jì)算需要大量的數(shù)據(jù)支撐：一種
是根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的特性，以及設(shè)備／元件的可靠性
數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算；另一種是積累足夠多、足夠長(zhǎng)
期的實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算其真實(shí)的可靠性。這
兩種方法目前都缺乏足夠的數(shù)據(jù)，以下僅從緊急情
況的應(yīng)對(duì)措施以及與傳統(tǒng)供能方式的比較來(lái)進(jìn)行
說(shuō)明。
CcHP技術(shù)成熟，通過(guò)合理的方案設(shè)計(jì)，完全
可實(shí)現(xiàn)不遜于傳統(tǒng)供能方式的供能可靠性：吸收式
制冷與電制冷、蓄冷設(shè)備互為備用，可以更可靠、更
靈活地滿足用戶的冷負(fù)荷需求；內(nèi)燃機(jī)及溴冷機(jī)設(shè)
備成熟，運(yùn)行可靠性高、檢修時(shí)間短；ccHP為數(shù)據(jù)
中心供能，使得數(shù)據(jù)中心擺脫了對(duì)市電的強(qiáng)烈依賴
性，不用擔(dān)心在用電尖峰時(shí)段供能不能保障的情況
發(fā)生。
具體到z機(jī)房，方案設(shè)計(jì)之初就考慮了各種
可能的緊急情況，通過(guò)冗余設(shè)計(jì)及靈活的運(yùn)行方式
來(lái)應(yīng)對(duì)：正常情況下4臺(tái)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)內(nèi)燃機(jī)
作為冷備用；當(dāng)1臺(tái)內(nèi)燃杌／溴冷機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，啟
動(dòng)備用機(jī)組；當(dāng)2臺(tái)或2臺(tái)以上內(nèi)燃機(jī)／溴冷機(jī)故
障時(shí)，由市電補(bǔ)充電力供應(yīng)，由直燃機(jī)補(bǔ)燃提供冷
負(fù)荷；當(dāng)全部?jī)?nèi)燃彬溴冷機(jī)都故障或燃?xì)夤?yīng)出
現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由市電供電，電制冷機(jī)供冷；設(shè)備檢修優(yōu)
先安排在夜間低谷電停機(jī)、或作為備用的時(shí)段，盡
量不影響正常運(yùn)行。
經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)：CCHP與傳統(tǒng)供能方式在冗余
設(shè)計(jì)的大多方面至少可做到相當(dāng)，唯一有差別的地
方在于，柴備設(shè)計(jì)72h的燃料備用，而ccHP難以
做到燃料的存儲(chǔ)。cCHP系統(tǒng)對(duì)此的考慮是：如果
氣源是城市管道氣，盡量做到雙氣路供氣；如果氣
源是LNG，則LNG氣化站設(shè)計(jì)時(shí)至少有3d的燃
料存儲(chǔ)。如果既不是LNG也不是雙路氣源，則只
有當(dāng)天然氣供應(yīng)和兩路獨(dú)立市電均故障，且15Illin
內(nèi)(uPS供能時(shí)長(zhǎng))尚無(wú)后繼電源的情況下，才會(huì)
造成數(shù)據(jù)機(jī)房停機(jī)，這種情況非常罕見?？梢哉J(rèn)為
ccHP與傳統(tǒng)供能方式的可靠性至少相當(dāng)。
4 CCIIP應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排分析
4．1節(jié)能減排
CCHP系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能減排效果。CCHP
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2016年第9期節(jié)能
(總第408期) ENERGY coNsERVAl'IoN 一33一
綜合能效可達(dá)70％以上，一次能源綜合利用效率
相對(duì)熱電分供高出30％以上；同時(shí)，天然氣是低碳
清潔能源，相對(duì)于煤電，CO：及其他污染氣體的減
排效果顯著。
以z機(jī)房為例，采用傳統(tǒng)供能方式與CC邯
供能方式的能耗及排放數(shù)據(jù)如表3所示。其中，采
用CcHP供能時(shí)，低谷電時(shí)用市電，不考慮各種小
概率緊急事件的發(fā)生。采用ccHP供能時(shí)，z機(jī)房
每年天然氣耗量約是0．15億m3，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤
約1．07萬(wàn)t，占傳統(tǒng)方式的24．6％；每年減排cO：
約4．17萬(wàn)t，占傳統(tǒng)方式的38．4％?？梢?，采用
cc唧供能，通過(guò)余熱利用的方式制冷，確實(shí)起到
了明顯的節(jié)能減排效果。
表3 2種供能方式的能耗及排放估算數(shù)據(jù)
項(xiàng)目傳統(tǒng)方式
Ca口方式(低谷電時(shí)用市電)
0cHP部分市電部分總計(jì)
4．2 PUE
PUE是當(dāng)前國(guó)際上通用的衡量數(shù)據(jù)中心能耗
的重要指標(biāo)。典型數(shù)據(jù)中心的能耗中，IT設(shè)備系
統(tǒng)能耗約占總能耗的50％，空調(diào)系統(tǒng)能耗約占總
能耗的37％。所以，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗，重點(diǎn)是
降低IT設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的能耗。
空調(diào)系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)是風(fēng)冷／水冷
直接膨脹式機(jī)房空調(diào)或者冷凍水型機(jī)房空調(diào)，后者
常用于大中型數(shù)據(jù)機(jī)房。常規(guī)的降低PUE的方法
是改進(jìn)已有系統(tǒng)，比如優(yōu)化機(jī)房氣流組織、合理規(guī)
劃IT設(shè)備布局、消除局部熱點(diǎn)、充分利用自然冷源
等¨。41。近年來(lái)，還有不少通過(guò)采用可再生能源
(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等)的數(shù)據(jù)中心，盡管業(yè)內(nèi)
對(duì)于這種方式是否影響PUE的計(jì)算看法不
一”曲J，但相關(guān)的數(shù)據(jù)中心均對(duì)外宣稱是綠色節(jié)能
的低PUE數(shù)據(jù)中心，如：臉譜(Facebook)在美國(guó)俄
勒岡州建在沙漠的某數(shù)據(jù)中心，通過(guò)巨量蒸發(fā)問(wèn)，
讓沙漠的干燥水分帶走熱量，PuE值可達(dá)1．05—
1．10；谷歌(Google)位于芬蘭的某數(shù)據(jù)中心采用
了海水降溫法等措施，PuE值一般都低于1．2；還
有亞馬遜(Amazon)、推特(Twiner)、雅虎(Yahoo)
等的數(shù)據(jù)中心，由于充分利用可再生能源和自然條
件，PuE值都遠(yuǎn)低于1．5【4 J。
支持者的態(tài)度認(rèn)為：不管數(shù)據(jù)中心是如何利用
這種非電能源的，只要這種能源的利用對(duì)節(jié)能減排
有利并且確實(shí)降低了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的用電量，
那么就對(duì)降低PuE值有貢獻(xiàn)，這與充分利用天然
冷源給IT設(shè)備降溫以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是一回事”o。
對(duì)于Cc耶來(lái)說(shuō)，其對(duì)PuE的影響簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)
也可這么認(rèn)為，與傳統(tǒng)供能方式相比，余熱的充分
利用減少了對(duì)電力的需求，從而降低了PuE。具
體來(lái)說(shuō)，若按傳統(tǒng)僅計(jì)算耗電量的方式計(jì)算PuE，
常規(guī)數(shù)據(jù)中心的PuE約為(50+37+13)／50=2
(取文中典型能耗占比)。對(duì)于CCHP供能的系
統(tǒng)，由ccHP供能時(shí)：數(shù)據(jù)中心的耗電量主要是IT
設(shè)備耗電量，其次是uPs及常規(guī)照明等，還有部分
廠用電等。若忽略廠用電，則PUE=(50+13)／
50=1．26；若廠用電取10％，則PuE=(50+13+
10)／50=1．46，均遠(yuǎn)小于2且低于1．5。配合降低
冷負(fù)荷的常規(guī)方法，由CCHP供能的系統(tǒng)有望將
數(shù)據(jù)中心的全年平均PUE降低至1．5以下，從而
滿足綠色中心的能耗要求。
5 CCI坤應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)性分析
采用CcHP為機(jī)房供能，將傳統(tǒng)柴備由CCHP
系統(tǒng)替換，系統(tǒng)初投資會(huì)明顯增加；但在運(yùn)行過(guò)程
中，市電價(jià)格較高時(shí)采用cc腫系統(tǒng)供能，市電價(jià)
格較低時(shí)采用市電供能，供能方式更加靈活，年供
能成本一般會(huì)降低。
以z機(jī)房為例，對(duì)2種供能方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)
行比較分析。北京市目前大工業(yè)用電35kV電度
電價(jià)(依據(jù)京發(fā)改[2012]83l號(hào)，京發(fā)改[2016]6
號(hào))如表4所示。采用傳統(tǒng)供能方式時(shí)，數(shù)據(jù)中心
年電費(fèi)為7348萬(wàn)元(由于2種供能方式均需向大
電網(wǎng)繳納同樣的容量電費(fèi)，故在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)
不考慮容量電費(fèi))。
2種供能方式的經(jīng)濟(jì)性估算數(shù)據(jù)如表5所示。
北京當(dāng)前天然氣價(jià)格為發(fā)電用氣2．51形m3，供
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
節(jié)能2016年第9期
一34一ENERGY coNsERVATIoN (總第408期)
暖制冷用氣城六區(qū)外區(qū)域2．36形m3，表5中天
然氣價(jià)格考慮這2種情況。運(yùn)行模式為簡(jiǎn)單起見，
大電網(wǎng)低谷電時(shí)采用市電，其他時(shí)段采用ccHP。
表4 z機(jī)房采用傳統(tǒng)供能方式的年電費(fèi)(不含容量電費(fèi))
注：尖峰、高峰、平段、低谷的時(shí)問(wèn)界定參照北京相關(guān)規(guī)定。
表5 2種供能方式的經(jīng)濟(jì)性估算數(shù)據(jù)
項(xiàng)日傳統(tǒng)旅。低羆篇電，
由表5可知，對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電方式，柴油發(fā)電機(jī)
由于國(guó)產(chǎn)化程度較高，因而單價(jià)較低，初始投資大
約是730萬(wàn)元。ccHP的初始投資(不包含電制冷
等與傳統(tǒng)供能方式相同的設(shè)備投資)則明顯較柴
油發(fā)電機(jī)高，約為其10倍。增量投資高達(dá)6120萬(wàn)
元。
但是，采用ccHP系統(tǒng)供能后，年能源成本大
大降低，天然氣價(jià)格分別取2．36形m3和2．51
元／m3時(shí)，年能源成本分別是5414萬(wàn)元和5639萬(wàn)
元，相對(duì)于傳統(tǒng)方式的7398萬(wàn)元，分別降低了
1984元(27％)和1759元(24％)。因此，采用
ccHP系統(tǒng)帶來(lái)的初始增量投資，在運(yùn)行3—4a后
就可因年運(yùn)行成本低而收回。
可見，在天然氣價(jià)格較低的現(xiàn)在以及有望繼續(xù)
降低的未來(lái)，采用cCHP的方式為數(shù)據(jù)中心供能
的經(jīng)濟(jì)性將大大優(yōu)于傳統(tǒng)供能方式。
6結(jié)語(yǔ)
文中提出采用天然氣三聯(lián)供系統(tǒng)取代傳統(tǒng)方
式為數(shù)據(jù)中心供能，以北京某A級(jí)機(jī)房(電負(fù)荷
10Mw、冷負(fù)荷8Mw、熱負(fù)荷0)為例，設(shè)計(jì)了典型
應(yīng)用方案及運(yùn)行模式。通過(guò)與傳統(tǒng)供能方式相比
較，ccHP為該數(shù)據(jù)中心供能有以下優(yōu)勢(shì)：
1)通過(guò)冗余設(shè)計(jì)及靈活的運(yùn)行方式，ccHP系
統(tǒng)擁有不低于傳統(tǒng)供能方式的可靠性。
2)節(jié)能減排效果顯著，PuE可降低至1．5以
下，每年可節(jié)約標(biāo)煤約1．07萬(wàn)t(24．6％)，減排
CO，約4．17萬(wàn)t(38．4％)。
3)經(jīng)濟(jì)性更好。CCHP初始增量投資高達(dá)
6120萬(wàn)元，但每年能節(jié)省能源費(fèi)用5414萬(wàn)元(天
然氣價(jià)格取2．36形m3)和5639萬(wàn)元(天然氣價(jià)
格取2．51形m3)，CCHP運(yùn)行3～4a時(shí)節(jié)約的能
源成本即可抵消帶來(lái)的增量投資。
4)可實(shí)現(xiàn)就近供能，從而緩解大城市電力供
應(yīng)緊張、變電站路由有限的局面。
綜合以上優(yōu)勢(shì)分析，建議在市電緊張、氣電價(jià)
格合適(電價(jià)高、氣價(jià)低)的地區(qū)推廣應(yīng)用ccHP
為數(shù)據(jù)中心供能。
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作者簡(jiǎn)介：陳曉麗(1986一)，女，湖南常德人，碩士，工程
師，從事天然氣分布式能源市場(chǎng)咨詢及技術(shù)研發(fā)工作。
收稿日期：2016—05—18

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