CN106481978A - 一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，该系统包括：管道燃气压力能回收系统、燃气压力能利用的机电系统、燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统、燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统；本发明充分利用两个行业的缺点和优势，充分互补。即解决了城市管道天然气压力能浪费的问题，同时解决了城市数据中心电力、冷能需求问题，特别是实现了零碳排放的数据中心。本发明充分保证了城市管道燃气调压业务与数据中心业务的互补运行和独立自主的特性，仍然一方业务的波动及变化，均不会影响到另一方业务的正常运转，整个系统可实现在线对任一设备进行故障处理或停机保养。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体的说是涉及一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统。
背景技术
当前随着社会经济的发展，温室效应越来越引起社会的重视。做为清洁能源的天然气获得了大量的应用。特别是西气东输管线的开通，国家大力推进“油改气”项目，不光千家万户的厨房用上了管道气，很多城市的出租车也用上了LNG液化天然气。天然气从开采出来，具备很高的压力等级，同时输送靠压力克服管道的沿程阻力，到终端用户时，压力降低为1~2公斤。在这个传输过程中，各级调压站需要通过调压设备，降低燃气的压力等级。
同时，作为燃气消耗大户的城市，也是互联网用户做多且最密集的地方。各种互联网业务，需要分布式的小型数据中心，将它的内容提前准备在用户的“家门口”，以提高其业务的可访问性及体验，减少用户的访问延迟，提高满意度。
在国内高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量，但这部分能量的利用在国内尚未引起足够的重视，这些能量可以用来发电和制冷。与此同时，城市需要大量的数据中心来满足ICT时代各种互联网+业务的需求，电力和制冷制约着数据中心的发展。
如图1~2所示，现有城市管道燃气的调压方式，通过阀门调压设备实现从次高压燃气到中低压燃气的调节。同时，城市数据中心的机电系统，几乎完全采用市电电网供电，并用电制冷空调实现对数据中心环境的控制。
现有技术存在以下缺点：
1.管道燃气调压的大量能量被浪费。
2.城市数据中心能耗巨大，不绿色环保。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统。
为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，该系统包括：燃气压力能利用的机电系统、燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统、燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统；
所述燃气压力能利用的机电系统包括压力调节设备、压力能回收装置、数据中心、三联供、LNG备气罐；
所述压力调节设备的输入端和输出端分别连接次高压燃气管网、中低压燃气管网；
所述压力能回收装置设置有四路接口，该四路接口为1个输入端、3个输出端，输入端连接次高压燃气管网，其中的一个输出端连接中低压燃气管网，另外两个输出端分别通过供冷管路、供电电缆连接数据中心；
所述数据中心与三联供输出端通过备冷管路连接和通过备电电缆连接，所述三联供的输入端设置有两个接口，其中一个接口通过供气管路连接中低压燃气管网，另一个接口通过液化气管路连接LNG备气罐；
所述燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统包括2个第二压力能回收装置、多个暖通单元及与暖通单元连接的数据中心冷冻水环网，每个暖通单元包括LNG备气罐、气化装置、燃气发电机、吸收式冷机；
所述数据中心冷冻水环网连接两个第二压力能回收装置，第二压力能回收装置的输入端、输出端分别连接数据中心冷冻水环网的外环管网和内环管网；
所述吸收式冷机设置有五个接口，分别是1个输出端、4个输入端，输出端连接数据中心冷冻水环网的内环管网，其中1个输入端连接数据中心冷冻水环网的外环管网，另外3个输入端分别连接气化装置、燃气发电机、中低压燃气输配管线；
所述燃气发电机设置有3个接口，其中两个输入端分别连接气化装置、中低压燃气管网；
所述气化装置的输入端连接LNG备气罐；
所述燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统包括至少2台相互连接的数据中心主配电柜及与数据中心主配电柜连接的强电单元，每台数据中心主配电柜连接有第三压力能回收装置；
所述强电单元至少设置3组，它包括顺次连接的LNG备气罐、气化装置、燃气发电机，所述燃气发电机的输出端连接数据中心主配电柜，其输入端通过管路连接中低压燃气输配管线，2台数据中心主配电柜之间还连接有ICT设备。
进一步的，所述数据中心为变频设备和管路控制设备的组合体。
进一步的，在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述吸收式冷机作为辅助冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
进一步的，在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述第二压力能回收装置作为主用冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
进一步的，在燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统中，所述第三压力能回收装置作为主用电源，提供电力给数据中心主配电柜及ICT设备。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明充分利用燃气压力能与数据中心的结合，实现产业互补互利，实现真正意义上的零碳排放数据中心，同时保证燃气管道业务与数据中心业务的独立自主与高可用要求。本发明的目的是提供一种城市燃气压力能利用的数据中心机电系统，实现城市管道燃气的压力能回收与利用。按照10000Nm3/h天然气从1.6Mpa压降到0.3Mpa，可发电200kW及冷能200kW，正好与数据中心的电力与冷能需求相匹配，同时，压力能回收时，利用的压差的动力推动膨胀机转动带动发电机发电，压降后的燃气温度下降，需要“热量”加热回常温状态，故同步产生冷能。故，借助城市燃气管道管网，在各级调压站附近建设数据中心，充分利用燃气压力能，为数据中心提供“免费”的、清洁的电力和冷能，实现真正意义的零碳排放数据中心。本发明重点解决了城市管道燃气压力管网的压力能浪费问题，也解决了压力能的应用问题，更通过相应的机电系统配置，实现了管道燃气业务与数据中心业务的互补与独立运转。
本发明燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统还具有以下优点：
1.燃气压力能回收电能、冷能与数据中心结合的方案，实现真正“零碳排放”的数据中心。
2.燃气压力能回收装置、数据中心、LNG备气、燃气发电机、燃气吸收式冷机等设备的组合方式，实现城市燃气管网调压与数据中心业务的独立自主，与互补安全运行。
3.燃气压力能回收装置、数据中心、LNG备气、燃气发电机、燃气吸收式冷机等设备的备用方式，实现燃气管网调压业务与数据中心业务的独立自主且互补的运行模式。
4.燃气调压站次级管网与燃气发电机、燃气吸收式冷机等连接方式，实现燃气管网调压业务与数据中心业务的按需随意调峰，独立自主，且最大限度互补运行。
附图说明
图1为现有技术中城市管道燃气调方式。
图2为现有技术中城市数据中心机电系统示意图。
图3为本发明管道燃气压力能回收原理图。
图4为本发明燃气压力能利用的机电系统原理图。
图5为本发明燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统原理图。
图6为本发明燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统原理图。
附图中标记：中高压燃气管网101、透平膨胀机102、发电机103、加热器104、中低压燃气管网105；压力调节设备201、压力能回收装置202、数据中心203、三联供204、LNG备气罐205；气化装置301、燃气发电机302、吸收式冷机303、数据中心冷冻水环网304、第二压力能回收装置305、数据中心主配电柜401、ICT设备402、第三压力能回收装置403。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图3~6所示，本发明的一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，该系统包括：燃气压力能利用的机电系统、燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统、燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统。
实施例1：本发明燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统还包括管道燃气压力能回收系统，所述管道燃气压力能回收系统是在城市的中高压燃气管网101与中低压燃气管网105之间连接透平膨胀机102、发电机103、加热器104，所述透平膨胀机102的输入端连接中高压燃气管网101的输出端，其输出端连接加热器104，所述透平膨胀机102通过电缆连接发电机103；利用城市燃气管网的中高压燃气管网101与中低压燃气管网105的压差能，同步实现发电和制冷，并利用电能和冷能，服务于城市数据中心业务，所述管道燃气压力能回收系统与压力调节设备201之间为并联连接。
实施例2：
第二个系统，燃气压力能利用的机电系统：
所述燃气压力能利用的机电系统包括压力调节设备201、压力能回收装置202、数据中心203、三联供204、LNG备气罐205；LNG为液化天然气，所述压力调节设备201的输入端和输出端分别连接次高压燃气管网、中低压燃气管网；所述压力能回收装置202设置有四路接口，该四路接口为1个输入端、3个输出端，输入端连接次高压燃气管网，其中的一个输出端连接中低压燃气管网，另外两个输出端分别通过供冷管路、供电电缆连接数据中心203；所述数据中心203为变频设备和管路控制设备的组合体，其与三联供204输出端通过备冷管路连接和通过备电电缆连接，所述三联供204的输入端设置有两个接口，其中一个接口通过供气管路连接中低压燃气管网，另一个接口通过液化气管路连接LNG备气罐205；
压力能回收装置202与实施例1中的管道燃气压力能回收系统结构相同，也是包括透平膨胀机102、发电机103、加热器104，所述透平膨胀机102的输入端连接中高压燃气管网101的输出端，其输出端连接加热器104，所述透平膨胀机102通过电缆连接发电机103；利用城市燃气管网的中高压燃气管网101与中低压燃气管网105的压差能，同步实现发电和制冷，并利用电能和冷能，服务于城市数据中心业务。压力能回收装置202的电能和冷能供应给数据中心，同时，配置燃气三联供204设备，三联供204是制冷、供暖、生活热水三种功能一体的机组，制冷模式下可以获取热水，其能效比很高，制热模式下可以做供暖设备，压缩机从空气中吸收了低品位的热能做功转换成了高品位的热能。作为数据中心的备用电能和冷能来源，且配置满足数据中心运转所需的12小时的LNG备气，确保极端情况下数据中心业务的持续性。
因城市燃气的终端用户和城市数据中心的互联网业务的终端用户，均为城市的广大居民，故两个业务的波动性在一定程度上匹配性较高。即使燃气管道业务波动，三联供系统仍然可以满足数据中心的运转需要。
实施例3：
第三个系统，燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统：
所述燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统包括2个第二压力能回收装置305、多个暖通单元及与暖通单元连接的数据中心冷冻水环网304，每个暖通单元包括LNG备气罐205、气化装置301、燃气发电机302、吸收式冷机303；所述数据中心冷冻水环网304连接两个第二压力能回收装置305，第二压力能回收装置305的输入端、输出端分别连接数据中心冷冻水环网304的外环管网和内环管网；所述吸收式冷机303设置有五个接口，分别是1个输出端、4个输入端，输出端连接数据中心冷冻水环网304的内环管网，其中1个输入端连接数据中心冷冻水环网304的外环管网，另外3个输入端分别连接气化装置301、燃气发电机302、中低压燃气输配管线；所述燃气发电机302设置有3个接口，其中两个输入端分别连接气化装置301、中低压燃气管网；所述气化装置301的输入端连接LNG备气罐205。
所述第二压力能回收装置305的结构与压力能回收装置202结构相同，燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统由吸收式冷机303、第二压力能回收装置305作为冷源，提供持续可靠的冷冻水给数据中心冷冻水环网304，其中第二压力能回收装置305作为主用冷源。任意两台吸收式冷机303或任意两台第二压力能回收装置305或1台吸收式冷机+1台第二压力能回收装置305，即可满足数据中心所需的最大热负荷需求。当燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中任何一个部件故障或停机维护时，其它部件仍可提供充足的冷量供应数据中心。
同时，多个LNG备气罐可以满足12小时的数据中心运转需求，即使整个燃气调压站故障停机，仍可通过其他LNG气站的调度实现数据中心的持续运转。
在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述吸收式冷机303作为辅助冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述第二压力能回收装置305作为主用冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
实施例4：
第四系统，燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统：
所述燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统包括至少2台相互连接的数据中心主配电柜401及与数据中心主配电柜401连接的强电单元，每台数据中心主配电柜401连接有第三压力能回收装置403；所述强电单元至少设置3组，它包括顺次连接的LNG备气罐205、气化装置301、燃气发电机302，所述燃气发电机302的输出端连接数据中心主配电柜401，其输入端通过管路连接中低压燃气输配管线，2台数据中心主配电柜401之间还连接有ICT设备402。在燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统中，所述第三压力能回收装置403作为主用电源，提供电力给数据中心主配电柜401及ICT设备402。ICT设备402为IT和CT的统称，IT就是指服务器、存储，CT指交换机、路由器等。
所述第三压力能回收装置403的结构与压力能回收装置202结构相同，本发明的燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统，由多组燃气发电机、多个第三压力能回收装置403作为电力供应来源，提供可靠的电力给数据中心ICT设备及其他用电设备，其中，第三压力能回收装置403作为主用电源，也提供制冷冷能，任意一个第三压力能回收装置403或2台燃气发电机302的供电能力能够满足整个数据中心的电力需求。当第三压力能回收装置1个或2个故障或停机检修，燃气发电机302仍然能够足额提供数据中心所需的电力。
LNG备气罐可以满足12小时的数据中心运转需求，即使整个燃气调压站故障停机，仍可通过其他LNG气站的调度实现数据中心的持续运转。
本发明充分利用两个行业的缺点和优势，充分互补。即解决了城市管道天然气压力能浪费的问题，同时解决了城市数据中心电力、冷能需求问题，特别是实现了零碳排放的数据中心。本发明充分保证了城市管道燃气调压业务与数据中心业务的互补运行和独立自主的特性，仍然一方业务的波动及变化，均不会影响到另一方业务的正常运转，整个系统可实现在线对任一设备进行故障处理或停机保养。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，其特征在于，该系统包括：燃气压力能利用的机电系统、燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统、燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统；
所述燃气压力能利用的机电系统包括压力调节设备（201）、压力能回收装置（202）、数据中心（203）、三联供（204）、LNG备气罐（205）；
所述压力调节设备（201）的输入端和输出端分别连接次高压燃气管网、中低压燃气管网；
所述压力能回收装置（202）设置有四路接口，该四路接口为1个输入端、3个输出端，输入端连接次高压燃气管网，其中的一个输出端连接中低压燃气管网，另外两个输出端分别通过供冷管路、供电电缆连接数据中心（203）；
所述数据中心（203）与三联供（204）输出端通过备冷管路连接和通过备电电缆连接，所述三联供（204）的输入端设置有两个接口，其中一个接口通过供气管路连接中低压燃气管网，另一个接口通过液化气管路连接LNG备气罐（205）；
所述燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统包括2个第二压力能回收装置（305）、多个暖通单元及与暖通单元连接的数据中心冷冻水环网（304），每个暖通单元包括LNG备气罐（205）、气化装置（301）、燃气发电机（302）、吸收式冷机（303）；
所述数据中心冷冻水环网（304）连接两个第二压力能回收装置（305），第二压力能回收装置（305）的输入端、输出端分别连接数据中心冷冻水环网（304）的外环管网和内环管网；
所述吸收式冷机（303）设置有五个接口，分别是1个输出端、4个输入端，输出端连接数据中心冷冻水环网（304）的内环管网，其中1个输入端连接数据中心冷冻水环网（304）的外环管网，另外3个输入端分别连接气化装置（301）、燃气发电机（302）、中低压燃气输配管线；
所述燃气发电机（302）设置有3个接口，其中两个输入端分别连接气化装置（301）、中低压燃气管网；
所述气化装置（301）的输入端连接LNG备气罐（205）；
所述燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统包括至少2台相互连接的数据中心主配电柜（401）及与数据中心主配电柜（401）连接的强电单元，每台数据中心主配电柜（401）连接有第三压力能回收装置（403）；
所述强电单元至少设置3组，它包括顺次连接的LNG备气罐（205）、气化装置（301）、燃气发电机（302），所述燃气发电机（302）的输出端连接数据中心主配电柜（401），其输入端通过管路连接中低压燃气输配管线，2台数据中心主配电柜（401）之间还连接有ICT设备（402）。
2.根据权利要求1所述的一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，其特征在于：所述数据中心（203）为变频设备和管路控制设备的组合体。
3.根据权利要求1所述的一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，其特征在于：在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述吸收式冷机（303）作为辅助冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
4.根据权利要求1所述的一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，其特征在于：在燃气压力能利用的高可用数据中心暖通系统中，所述第二压力能回收装置（305）作为主用冷源，提供冷冻水给数据中心冷冻水网。
5.根据权利要求1所述的一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统，其特征在于：在燃气压力能利用的高可用数据中心强电系统中，所述第三压力能回收装置（403）作为主用电源，提供电力给数据中心主配电柜（401）及ICT设备（402）。
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| CN201610382819.8A Active CN106481978B (zh) | 2016-06-02 | 2016-06-02 | 一种燃气压力能利用的高可用数据中心机电系统 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2397669A2 (en) * | 2010-06-17 | 2011-12-21 | Air Products and Chemicals, Inc. | Method and system for periodic cooling, storing and heating with multiple regenerators |
| CN104265381A (zh) * | 2014-09-19 | 2015-01-07 | 碧海舟（北京）石油化工设备有限公司 | 一种天然气管网调压发电制冷系统及其方法 |
| CN204960996U (zh) * | 2015-07-31 | 2016-01-13 | 北京市燃气集团有限责任公司 | 一种天然气管网压力能自控发电系统 |
| CN105258258A (zh) * | 2015-09-17 | 2016-01-20 | 张守庆 | 基于lng冷能应用的数据中心空调系统及其应用方法 |
-
2016
- 2016-06-02 CN CN201610382819.8A patent/CN106481978B/zh active Active
Patent Citations (4)
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