CN107701304A - Idc机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统及方法 - Google Patents

Idc机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统,包括供电子系统、供冷子系统、供气子系统、供热子系统以及控制系统;所述供冷子系统包括:燃气内燃发电机组通过烟道与余热吸收式冷水机组连接,余热吸收式冷水机组通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调和蓄冷水罐连接,电制冷冷水机组通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调和蓄冷水罐连接,自然冷源换热器通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调和蓄冷水罐连接,蓄冷水罐通过冷冻水管与IDC机房末端空调连接。本发明系统按IDC机房实际电负荷配置,减少了三联供设备配置容量,初投资降低,设备年运行小时数提高,投资效益得到保证。

Description

I DC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及IDC机房冷电联供技术领域,具体来说涉及一种IDC机房分布式能源与 市电分时耦合冷电联供系统及方法。
背景技术
[0002] IDC机房除耗电外,为保证IT设备的正常运行,还需为IDC机房供冷,数据中心因此 成为同时供电与供冷建筑物。数据中心耗电量巨大,且不断呈上升趋势;因电转化为热,制 冷量也相应巨大。供电方面,数据中心正常供电采用市电供电,高等级大型数据中心采用双 回路,一般执行大工业电价政策;导致耗电量巨大,且不断呈上升趋势;供冷方面,制冷系统 采用电制冷冷水机组供冷。
[0003]少部分数据中心正常供电采用分布式能源,采用天然气冷热电联供系统,既满足 数据中心供电需要,同时利用发电后的烟气余热,采用余热吸收式冷水机组为数据中心供 冷,同时配套市电电源,以及配备电制冷冷水机组。
[0004]数据中心在有低温空气、低温地表水系等自然冷源时,可以利用自然冷源,替代电 制冷冷水机组。
[0005]实用新型专利一种数据机房多冷源供冷系统(申请号为201120280019.8)反映了 目前数据中心供冷的实际技术水平。该系统全年主要以天然气分布式三联供为主要供电供 冷模式,以市电为补充电源,以电制冷冷水机组为补充冷源。在冬季有自然冷源利用季节, 供电改为以市电供电,制冷采用自然冷源。三联供系统与市电系统供电供冷属于季节性切 换。
[0006]我国天然气资源十分丰富,在一次能源消费占比明显偏低。天然气是优质高效绿 色低碳的清洁能源,国家政策已把提高天然气消费比例作为一项中长期的发展任务。分布 式能源是一种高效利用天然气资源的方式,其采用冷热电三联供能源梯级利用技术已经成 熟,综合能源利用效率在70%以上。目前已具备大规模发展天然气分布式能源的资源与技术 条件。数据中心冷电负荷属于全年性的负荷,是应用天然气分布式能源的较好领域。
[0007]当前天然气分布式能源在数据中心应用存在的主要问题: 1、 天然气三联供系统与市电仅仅是一种互补和备份关系,没有充分利用市电大工业电 价的分时电价优势,没有降低运行成本; 2、 天然气三联供系统按额定负荷配置,造成设备初投资大、设备闲置,年平均使用小时 数明显偏低,投资效益低; 3、 数据中心冷电比需求与天然气三联供冷电比不相同,缺少冷源调节装置; 4、 三联供系统与市电系统全年联合供电供冷,耦合度不够,综合效益没有达到最大化。
发明内容
[0008]本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提供一种IDC机房分布式能源与市电 分时耦合冷电联供系统及方法,充分利用了分时电价政策和自然冷源,经技术经济比较确 定最佳运行方案,综合效益做到最大化。
[0009] —种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统,包括供电子系统、供冷子 系统、供气子系统、供热子系统以及控制系统13; 、 所述供电子系统包括:燃气内燃发电机组1、市电一路3、市电二路4、柴油发电机组5分 别通过自动转换开关电器与汇流母线2连接,汇流母线2与UPS不间断电源6连接,继而UPS不 间断电源6与IDC机房配电柜12连接;汇流母线2还与电制冷冷水机组8连接; 所述供冷子系统包括:燃气内燃发电机组1通过烟道与余热吸收式冷水机组7连接,余 热吸收式冷水机组7通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10连接,电制冷冷 水机组8通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10连接,自然冷源换热器9通 过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐1〇连接,蓄冷水罐1〇通过冷冻水管与IDC 机房末端空调11连接; 所述供热子系统包括:余热吸收式冷水机组7未能利用的低温佘热及冷凝余热、燃气内 燃发电机组1缸套水余热连接余热换热器14,可根据需要灵活回收、储存和利用。
[0010]燃气内燃发电机组1的容量配置以IDC机房实际平均用电负荷作为依据。IDC机房 实际平均用电负荷一般小于50%。
[0011]所述自然冷源换热器9为闭式冷却塔、开式冷却塔+板式换热器、地表水冷源换热 器中的一种或几种,用于在室外空气和地表水有可利用的自然冷源时,直接利用自然冷源 间接冷却冷冻水系统。
[0012] —种IDC机房分布式能源与市电分时親合冷电联供方法,包括如下步骤:在市电峰 电价时段,启动燃气内燃发电机组1为汇流母线2供电,汇流母线2为UPS不间断电源6供电, UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12供电;燃气内燃发电机组1的烟气通过余热吸收式冷水 机组7制冷,通过冷冻水管为IDC机房末端空调11供冷,多余冷量蓄存在蓄冷水罐10内,不够 冷量由蓄冷水罐10补充。
[0013] 一种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供方法,包括如下步骤:在市电谷 电价时段,停止运行燃气内燃发电机组1,由市电一路3和市电二路4联合给汇流母线2供电, 汇流母线2为UPS不间断电源6供电,UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12及IDC机房末端空 调11供电;汇流母线2同时为电制冷冷水机组8供电,电制冷冷水机组8通过冷冻水管给IDC 机房末端空调11和蓄冷水罐1〇供冷;在有自然冷源可利用时,关闭电制冷冷水机组8,利用 自然冷源换热器9为IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10供冷。
[0014] 一种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供方法,包括如下步骤:在市电平 价电时段,比较IDC机房分布式能源三联供供电供冷成本以及市电平价时段供电供冷成本; 具体位为,当联供系统供电供冷成本小于平价时段市电供电供冷或小于平价时段市电供电 +自然冷源成本时,采用市电峰电价时段的联供方法;当联供系统供电供冷成本大于平价时 段市电供电供冷或平价时段市电供电+自然冷源成本时,采用市电谷电价时段的联供方法。 [0015]当汇流母线2失电时,前十五分钟UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12、IDC机房末 端空调11及冷冻水栗供电,蓄冷罐1〇为IDC机房末端空调11供冷。
[0016]当汇流母线2失电时,柴油发电机组5感知失电信号,快速启动为汇流母线2供电, 汇流母线2为UPS不间断电源6供电和充电电池供电,汇流母线2为电制冷冷水机组8供电,电 制冷冷水机组8为IDC机房末端空调11供冷。
[0017] 本发明的工作原理在于:天然气分布式能源按并网不上网方式运行,天然气三联 供装机功率考虑IDC机房实际电负荷率以满足IDC机房实际用电需求作为装机依据。同时按 额定电功率分别配置两路市电。按额定电功率及充电电池功率配置柴油发电机组,按不间 断电负荷配置UPS不间断电源。按额定冷负荷配置电制冷冷水机组。按满足多余冷量的蓄存 或不够冷量的补充作为蓄冷水罐10 (冷源调节装置)容积设计的依据。蓄冷水罐的容积叠加 最少15分钟应急冷源的体积。
[0018]与现有技术相比,本发明的有益效果在于: 1、 提出冷热电三联供与市电分时耦合运行方案,充分利用市电大工业谷电价格低的特 点,以及充分利用冷热电三联供供电供冷成本价远低于市电峰电价格供电供冷成本价的特 点,大大节省运行费用,其节约IDC机房冷电综合运行成本约15%左右; 2、 本发明系统按IDC机房实际电负荷配置,减少了一半以上的三联供设备配置容量,供 电供冷初投资整体降低30%以上,设备年运行小时数提高,投资效益得到保证; 3、 设置了蓄冷水罐,解决了三联供冷电比与IDC机房冷电比不一致的问题,解决了电制 冷机组低负荷运行实时补充冷量的安全运行问题,起到了冷源调节作用; 4、 本发明方法采用了分时耦合冷电联供,充分利用了分时电价政策和自然冷源,经技 术经济比较确定最佳运行方案,综合效益做到最大化。
附图说明
[0019]图1为本发明系统的整体结构示意图。
[0020] 图中,1为燃气内燃机发电机组,2为汇流母线,3为市电一路,4为市电二路,5为柴 油发电机组,6为UPS不间断电源,7为余热吸收式冷水机组,8为电制冷冷水机组,9为自然冷 源换热器,10为蓄冷罐,11为IDC机房末端空调,12为IDC机房配电柜,13为控制系统,14为余 热换热器。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的描述,但并非对其保护范 围的限制。
[0022] 如图1所示,一种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统,包括供电子 系统、供冷子系统、供气子系统、供热子系统以及控制系统13;控制系统13根据运行逻辑检 测环境数据,自动调节系统中各调节设施的开闭及相关设备的启停; 所述供电子系统包括:燃气内燃发电机组1、市电一路3、市电二路4、柴油发电机组5分 别通过自动转换开关电器或其他电器设备与汇流母线2连接,汇流母线2与UPS不间断电源6 连接,继而UPS不间断电源6与IDC机房配电柜12连接;汇流母线2还与电制冷冷水机组8连 接; 所述供冷子系统包括:燃气内燃发电机组1通过烟道与余热吸收式冷水机组7连接,余 热吸收式冷水机组7通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10连接,电制冷冷 水机组8通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10连接,自然冷源换热器9通 过冷冻水管分别与IDC机房末端空调11和蓄冷水罐1〇连接,蓄冷水罐1〇通过冷冻水管与IDC 机房末端空调11连接; 所述供热子系统包括:余热吸收式冷水机组7未能利用的低温余热及冷凝余热、燃气内 燃发电机组1缸套水余热连接余热换热器14,可根据需要灵活回收、储存和利用。
[0023]所述自然冷源换热器9为闭式冷却塔、开式冷却塔+板式换热器、地表水冷源换热 器中的一种或几种,用于在室外空气和地表水有可利用的自然冷源时,直接利用自然冷源 间接冷却冷冻水系统。
[0024]本系统在使用时,共有如下几种分时耦合运行模式: 在市电峰电价时段,启动燃气内燃发电机组1为汇流母线2供电,汇流母线2为UPS不间 断电源6供电,UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12供电;燃气内燃发电机组1的烟气通过余 热吸收式冷水机组7制冷,通过冷冻水管为IDC机房末端空调11供冷,多余冷量蓄存在蓄冷 水罐10内,不够冷量由蓄冷水罐10补充。
[0025]在市电平价电时段,当通过比较三联供系统供电供冷成本小于市电供电供冷或小 于市电供电+自然冷源时,则启动燃气内燃发电机组1为汇流母线2供电,汇流母线2为UPS不 间断电源6供电,UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12供电;燃气内燃发电机组1的烟气通过 余热吸收式冷水机组7制冷,通过冷冻水管为IDC机房末端空调11供冷,多余冷量蓄存在蓄 冷水罐10内,不够冷量由蓄冷水罐10补充。
[0026]在市电平价电时段,若三联供系统供电供冷成本大于市电供电供冷或市电供电+ 自然冷源时,则停止运行燃气内燃发电机组1,由市电一路3和市电二路4联合给汇流母线2 供电,汇流母线2为UPS不间断电源6供电,UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12及IDC机房末 端空调11供电;汇流母线2同时为电制冷冷水机组8供电,电制冷冷水机组8通过冷冻水管给 IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10供冷;在有自然冷源可利用时,关闭电制冷冷水机组8,利 用自然冷源换热器9为IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10供冷。
[0027]供气子系统为现有技术。
[0028] 在市电谷电价时段,停止运行燃气内燃发电机组1,由市电一路3和市电二路4联合 给汇流母线2供电,汇流母线2为UPS不间断电源6供电,UPS不间断电源6为IDC机房配电柜12 及IDC机房末端空调11供电;汇流母线2同时为电制冷冷水机组8供电,电制冷冷水机组8通 过冷冻水管给IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10供冷;在有自然冷源可利用时,关闭电制冷 冷水机组8,利用自然冷源换热器9为IDC机房末端空调11和蓄冷水罐10供冷。
[0029]上述具体实施方式,解决了分布式能源三联供与市电供电供冷的耦合问题,使每 时每刻的冷电综合运行成本均达到最低。
[0030]上述发明为优选实施方式,但本领域的技术人员在本发明保护的范围内,可轻易 想到的变化,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种IDC机房分布式能源与市电分时耦合冷电联供系统,其特征在于:包括供电子系 统、供冷子系统、供气子系统、供热子系统以及控制系统(13); 所述供电子系统包括:燃气内燃发电机组(1)、市电一路⑶、市电二路⑷、柴油发电机 组⑸分别通过自动转换开关电器与汇流母线⑵连接,汇流母线⑵与UPS不间断电源⑹ 连接,继而UPS不间断电源(6)与IDC机房配电柜(12)连接;汇流母线⑵还与电制冷冷水机 组⑻连接; 所述供冷子系统包括:燃气内燃发电机组(1)通过烟道与余热吸收式冷水机组(7)连 接,余热吸收式冷水机组⑺通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调(11)和蓄冷水罐(1〇)连 接,电制冷冷水机组(8)通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调(11)和蓄冷水罐(1〇)连接, 自然冷源换热器⑼通过冷冻水管分别与IDC机房末端空调(u)和蓄冷水罐(1〇)连接,蓄冷 水罐(10)通过冷冻水管与IDC机房末端空调(11)连接。
2.如权利要求1所述的联供系统,其特征在于:所述供热子系统,包括余热吸收式冷水 机组⑺未能利用的低温余热及冷凝余热、燃气内燃发电机组(1)缸套水余热连接余热换热 器(14),根据需要灵活回收、储存和利用。
3. 如权利要求1所述的联供系统,其特征在于:所述自然冷源换热器(9)为闭式冷却塔、 开式冷却塔+板式换热器、地表水冷源换热器中的一种或几种,用于在室外空气和地表水有 可利用的自然冷源时,直接利用自然冷源间接冷却冷冻水系统。
4. 如权利要求1所述的联供系统,其特征在于:所述燃气内燃发电机组(1)的容量配置 以IDC机房实际平均用电负荷作为依据。
5. 利用如权利要求1-4任一项所述联供系统的联供方法,其特征在于包括如下步骤:在 市电峰电价时段,启动燃气内燃发电机组⑴为汇流母线(2)供电,汇流母线(2)为UPS不间 断电源⑹供电,UPS不间断电源⑹为IDC机房配电柜(1¾供电;燃气内燃发电机组⑴的烟 气通过余热吸收式冷水机组(7)制冷,通过冷冻水管为IDC机房末端空调(11)供冷,多余冷 量蓄存在蓄冷水罐(10)内,不够冷量由蓄冷水罐(1〇)补充; 在市电谷电价时段,停止运行燃气内燃发电机组(1),由市电一路⑶和市电二路⑷联 合给汇流母线(2)供电,汇流母线(2)为UPS不间断电源(e)供电,UPS不间断电源(6)为IDC机 房配电柜(12)及IDC机房末端空调(11)供电;汇流母线⑵同时为电制冷冷水机组⑻供电, 电制冷冷水机组⑻通过冷冻水管给IDC机房末端空调(11)和蓄冷水罐(10)供冷;在有自然 冷源可利用时,关闭电制冷冷水机组(8),利用自然冷源换热器(9)为IDC机房末端空调(11) 和蓄冷水罐(10)供冷。
6. 如权利要求5所述的联供方法,其特征在于包括如下步骤:在市电平价电时段,比较 IDC机房分布式能源三联供供电供冷成本以及市电平价时段供电供冷成本;具体为,当联供 系统供电供冷成本小于平价时段市电供电供冷或小于平价时段市电供电+自然冷源成本 时,采用市电峰电价时段的联供方法;当联供系统供电供冷成本大于平价时段市电供电供 冷或平价时段市电供电+自然冷源成本时,采用市电谷电价时段的联供方法。
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