CN103595121B - 一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法，包括燃气发电设备、制冷设备、市电输入、UPS不间断电源以及数据中心；其中，燃气发电设备由天然气作为能源输入；燃气发电设备为数据中心和制冷设备供电；数据中心通过制冷设备冷却；数据中心同时接入市电输入；UPS不间断电源在燃气发电设备和市电停止时为数据中心供电。本发明采用数据中心和分布式能源相结合的能源综合利用方法，可以提高能源综合利用率，有效提高能源供应的安全性，降低天然气以及电力调峰压力，是大电网的有益补充，尤其是在数据中心行业，是一种高能效、高可靠、低排放的先进能源技术手段。

Description

一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法
技术领域
本发明涉及一种能源利用方法，特别是一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法。
背景技术
能源紧缺是当今世界难题，能源消费问题一直是困扰政府的首要问题。十八大报告提出，“推动能源生产和消费革命，控制能源消费总量，加强节能降耗，支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，确保国家能源安全。”未来将更加注重能源生产和消费，更加注重分布式利用。
分布式能源符合国家发展政策，综合能源利用效率高，并在负荷中心附近实现区域能源综合规划利用，是现代能源供应模式，是当今世界高能效、高可靠、低排放的先进的能源技术手段。
随着全球通信、互联网、物联网、电子商务以及云计算产业等行业的快速发展，无论是通信运营商还是政府、企业等均需要建设大量的电子信息机房，比如IDC、EDC等各类数据中心，这些机房的共同特点就是能耗巨大。随着电子信息机房利用率的提高，近年来电子信息机房的整体能耗尤其是空调能耗不断加大，尤其是大型和超大型数据中心。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法，包括燃气发电设备、制冷设备、市电输入、UPS不间断电源以及数据中心；其中，燃气发电设备由天然气作为能源输入；燃气发电设备为数据中心和制冷设备供电；数据中心通过制冷设备冷却；数据中心同时接入市电输入；UPS不间断电源在燃气发电设备和市电停止时为数据中心供电。
本发明中，制冷设备包括主用吸收式制冷设备和备用压缩式制冷设备，吸收式制冷设备由天然气作为能源输入，燃气发电设备在发电的同时产生高温烟气和热水，作为吸收式制冷设备的输入能源，吸收式制冷设备作为主用设备进行制冷，供数据中心空调。
本发明中，采用压缩式制冷设备作为备用制冷设备，吸收式制冷设备停止工作时，启用压缩式制冷设备，为数据中心提供备用冷源。
本发明中，燃气发电设备发电供应数据中心用电后的多余电量用于电能上网或者并网。
本发明中，吸收式制冷设备采用燃气发电设备发电同时产生的高温烟气和热水作为输入能源，包括带有燃烧机的补燃型设备，利用燃气进行制冷。
本发明中，所述数据中心包含数据中心建筑以及数据中心建筑群组成的信息园区、云计算园区等。数据中心空调制冷的同时，产生大量热能，可以进行回收利用。数据中心根据峰平谷电价，可调整燃气发电和市电的运行时间，可调整吸收式制冷设备和压缩式制冷设备的运行时间，以满足更好的运行经济性。数据中心根据投资、负荷情况、运行管理情况等多种因素，可调整燃气发电和市电、UPS分别承担供电的投资比例，可调整吸收式制冷设备和压缩式制冷设备分别承担供冷的投资比例，以满足更好的投资经济性。
针对如何通过技术手段将数据中心能耗高的弊端和分布式能源综合利用率高的优点有机地结合起来，充分发挥分布式能源的能源综合利用率，有效降低数据中心的能耗，拓宽两者的技术应用范围，本发明目标是创建数据中心节能和分布式能源相结合的能源研究模型，开展其能源架构的创新研究，切实解决数据中心高能耗排放和能源浪费的难题，亦为分布式能源寻求到适合的用户，打造能源综合利用的新模式。
大型数据中心常年供冷且能耗高，能源综合利用的空间和价值巨大，是分布式能源需要的稳定能源输入大户。本发明采用数据中心节能和分布式能源相结合的能源综合利用方法，可以提高能源综合利用率，有效提高能源供应的安全性，降低天然气以及电力调峰压力，是大电网的有益补充，尤其是在数据中心行业，是一种高能效、高可靠、低排放的先进能源技术手段。
有益效果：
（1）本发明可解决数据中心电力供应容量不足的问题，充分利用燃气发电和市电进行互补。
（2）本发明可解决数据中心电力供应的安全问题，避免因大电网出现故障带来的停电问题。
（3）本发明突破了分布式能源应用的范围，数据中心稳定而且较大的用电负荷和空调制冷负荷，非常适宜采用分布式能源，为分布式能源的发展和数据中心能源综合利用寻找到一条拓展之路。
（4）本发明采用分布式供能系统，采用清洁燃料天然气作为一次能源，是一种清洁的产能系统。该系统排放指标可达到相关环保标准及要求，与传统冷、热、电分供方式相比，CO2减排效果明显，有利于推动环保事业发展，具有显著的环保效益。
（5）本发明技术燃气发电设备采用燃气轮机或燃气内燃机等，将一次能源燃料的化学能生成冷热能，按品质分别转化为二次能源电能和冷热能，进而实现对一次能源（燃气）的合理梯级利用。利用高品位能源发电，利用低品位能源制冷，提高了一次能源的利用率。
（6）本发明采用能源综合利用方法，提高了数据中心项目的能源综合利用率。
（7）本发明采用分布式供能系统，通过使用一种燃料同时可以产生电、冷、热，利用能源梯级利用的方式，总能源综合利用效率要远高于单一电力、燃气的组成结构，并能节省大量的能源费用，具有良好的经济性。
（8）本发明采用分布式供能系统，对市政电网和天然气管网有“削峰填谷”的作用：夏季可减少对电网电能的需求，削减电网夏季高峰用电量，同时填补天然气的用量低谷，实现削电峰填气谷的作用；冬季利用燃气发电设备发电产生的大量余热（高温烟气和热水），可削减冬季天然气的用量高峰，因此将产生良好的社会效益。
（9）本发明采用分布式能源系统，可安装于数据中心用户侧或单独建设，可用于非常时期的能源供应，增强城市的防灾能力，能源供应可靠，对于数据中心应变突发事件能力强，提高了供能的安全性。
（10）本发明为分布式能源和数据中心的建设方、设计方、施工方、运维管理方提供了能源建设的新思路。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明方法的系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法，包括燃气发电设备、制冷设备、市电输入、UPS不间断电源以及数据中心；其中，燃气发电设备由天然气作为能源输入；燃气发电设备为数据中心和制冷设备供电；数据中心通过制冷设备冷却；数据中心同时接入市电输入；UPS不间断电源在燃气发电设备和市电停止时为数据中心供电。
制冷设备包括主用吸收式制冷设备和备用压缩式制冷设备，吸收式制冷设备由天然气作为能源输入，燃气发电设备在发电的同时产生高温烟气和热水，作为吸收式制冷设备的输入能源，吸收式制冷设备作为主用设备进行制冷，供数据中心空调。采用压缩式制冷设备作为备用制冷设备，吸收式制冷设备停止工作时，启用压缩式制冷设备，为数据中心提供备用冷源。燃气发电设备发电供应数据中心用电后的多余电量用于电能上网或者并网。吸收式制冷设备采用燃气发电设备发电同时产生的烟气及热水作为输入能源，包括带有燃烧机的补燃型设备，利用燃气进行制冷。
数据机房用电用冷量巨大，分布式能源采用天然气作为主要能源，采用燃气发电设备发电，供数据中心用电，多余电量可以上网或者并网，发电过程中产生大量的余热（高温烟气和热水），通过吸收式制冷设备利用余热进行制冷，供数据中心空调制冷使用。考虑到数据中心的安全要求，同时采用市电、UPS不间断电源作为辅助电源。
本发明工作运行方式如下：
（1）燃气发电设备运行：燃气发电设备发电作为主用电源，供应数据中心用电，发电的同时产生高温烟气和热水；
（2）吸收式制冷设备运行：作为主用冷源，吸收式制冷设备利用燃气发电设备发电时产生的高温烟气和热水进行制冷，供应数据中心空调制冷使用；
（3）压缩式制冷设备运行：作为备用冷源，压缩式制冷设备在燃气发电设备停止正常工作时，即高温烟气和热水停止正常供应和吸收式制冷设备停止工作时，启用压缩式制冷设备，其供电由市电供应；
（4）数据中心供电：数据中心主用电源为燃气发电设备供电，备用电源为市电以及UPS；
（5）数据中心供冷：数据中心主用冷源为吸收式制冷设备，备用冷源为压缩式制冷设备。
实施例
本发明的一个实施例如下：
（1）燃料系统：
天然气由天然气管网供应，来自管网的天然气可通过燃气减压装置，将燃气压力调至机组需要的压力范围，再经天然气计量等装置进入燃气发电设备。
（2）供电系统：
燃气发电设备作为主电源，发电设备的设置台数按照N+X(主+备)考虑；（X=1～N）
双路市电备用：要求供给IDC机房的备用电源为双路，且两路电源不应同时受到损坏；（也可根据需要为单路市电）
双路冗余UPS供电：若燃气发电设备全部受到损坏，切换到市电的过程中，可由UPS提供短暂的电源；（也可改为N+1系统）
（3）高温烟气和热水系统：天然气在燃气发电设备中燃烧后，产生高温烟气和热水，进入吸收式制冷设备，系统还可设置紧急空气冷却器，当吸收式制冷设备发生故障或因故紧急停用时，可以采用紧急空气冷却器保证燃气发电设备的运行安全。
（4）吸收式制冷设备运行：利用燃气发电设备发电产生的余热（高温烟气和热水）作为吸收式制冷设备的能源，也可以选用带有燃烧机的补燃型机组，利用燃气进行制冷。可根据末端冷负荷变化情况，调节进入吸收式制冷设备的烟气量，当冷负荷较小时，部分烟气通过烟道直接排放到大气。
（5）压缩式制冷设备运行：当燃气管网被切断时，压缩式制冷设备作为备用冷源投入运行，满足数据中心空调要求，其供电由市电供应。
（6）数据中心供电：机房列头柜为数据中心服务器及网络设备等进行供电。
（7）数据中心供冷：吸收式制冷设备（或压缩式制冷设备）制取低温冷水，供数据中心末端空调系统，为数据机房进行降温。
本发明提供了一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种数据中心与分布式能源相结合的能源综合利用方法，其特征在于，包括燃气发电设备、制冷设备、市电输入、UPS不间断电源以及数据中心；其中，燃气发电设备由天然气作为能源输入；燃气发电设备为数据中心和制冷设备供电；数据中心通过制冷设备冷却；数据中心同时接入市电输入；UPS不间断电源在燃气发电设备和市电停止时为数据中心供电；制冷设备包括主用吸收式制冷设备和备用压缩式制冷设备，燃气发电设备在发电的同时产生高温烟气和热水，作为吸收式制冷设备的输入能源，吸收式制冷设备作为主用设备进行制冷，供数据中心空调；采用压缩式制冷设备作为备用制冷设备，吸收式制冷设备停止工作时，启用压缩式制冷设备，为数据中心提供备用冷源；燃气发电设备发电供应数据中心用电后的多余电量用于电能上网或者并网；吸收式制冷设备采用燃气发电设备发电同时产生的烟气及热水作为输入能源，包括带有燃烧机的补燃型设备，利用燃气进行制冷。
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