CN205876409U - 一种利用lng发电制冷的数据中心一体化供能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，包括LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统、监测调控系统和市电制冷系统，LNG发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，LNG发电制冷系统包括LNG汽化膨胀发电制冷系统和冷媒膨胀发电制冷系统；所述天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统；市电制冷系统主要由冷水空调组成；监测调控系统调控LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统三者的供电和供冷比例，保证电能和冷能供应的稳定性及发电机组的稳定性。本实用新型能实现数据中心及高耗能建筑物的供电供冷，系统效率高，广谱性强，可节约大量电费支出。

Description

一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置

技术领域

本实用新型提出一种利用天然气压力能及天然气自身燃烧释放的能量发电制冷，并通过市电辅助保证数据中心及其他高能耗建筑供电供冷稳定性的一体化装置。

背景技术

电和冷是燃气系统节能技术的两个主要产品，正是互联网数据中心的动力能源，他们的有机结合将是很有前景的发展模式。

LNG气化过程释放大量的冷能，约830kJ/kg(LNG汽化所需热量和气态天然气从-162℃升温到环境温度所需能量之和)。目前，世界上大部分的LNG接收站主要以海水或空气作为热源通过开架式的海水气化器，或以部分LNG燃烧热作为热源，通过浸没燃烧式气化器来加热气化LNG。这些冷能不仅白白浪费，而且直接排放到周围环境会对周围的生态产生一定影响。在当前我国极其严峻的能源形势下，我们有责任充分利用这些LNG携带的宝贵的冷能。如果LNG的冷能得以充分利用，则按照深冷项目中0.85元/度的电价计算，LNG冷能的价值可达约510元/吨。可见高效回收利用LNG冷能的经济效益是相当可观的，同时节能减排的社会效益也是非常显著的。

在互联网方面，随着信息化与工业化的深入推进，特别是移动互联网与智能手机产业的发展与普及，大大改变了人们的生活方式，社会组织与运作模式也带来了调整。随着越来越多社会和人类信息的电子化，以及信息交互与计算能力的大大提高和成本逐步下降。人类社会的生产力再次得到飞跃，人们越来越多的精力投入到创新当中。正是由于此轮移动互联网技术发展，造就了数字经济业务的飞速扩张。全球G20数字经济增长率平均为11％，发展中国家平均达到18％，远远高于传统产业。

数字经济的飞速发展，带了大量电子数据的储存、计算和交换的需求。数据中心的需求量突飞猛进，2008年起全球主要市场均开始了数据中心大规模建设的时代，年度投资增长率保持在10％以上。数据中心机房内放置着大量的服务器、交换机和储存设备，这些IT设备需要保持7x24x365的在线工作，满足各类数字业务的需求。IT设备的耗电量是惊人的，每平方米建筑面积的功耗高达1000～2000瓦，甚至更高。而常规的民用或商业建筑，功耗仅70～150瓦。

2016年，在十三五的开局之年，在国家大力倡导互联网+的环境下，LNG冷能及汽化压力能利用的节能技术，与绿色云计算数据中心产业的结合，迎来了最佳发展机遇期。

实用新型内容

本实用新型提出一种利用LNG发电制冷的数据中心供能系统和一体化装置，该装置安全性能好，低能耗，易维护，高效率的利用LNG汽化进行发电制冷，并以天然气冷电联供为辅，市电供应为保障，为高能耗、需求波动较大的建筑提供稳定的低成本的绿色能源。

本实用新型实现上述目的的技术方案为：

一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，包括LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统、监测调控系统和市电制冷系统，其中LNG发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，

所述LNG发电制冷系统包括LNG汽化膨胀发电制冷系统和冷媒膨胀发电制冷系统，所述LNG汽化膨胀发电制冷系统包括通过管路依次连接在LNG储罐和低压管网之间的第一换热器、第二换热器、第二透平膨胀机，第三换热器，所述第二透平膨胀机的输出轴依次连接第二变速器及第二发电机，所述第二发电机的电力输出端通过第二变压同步器向外供电；所述冷媒膨胀发电制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的第一换热器、冷媒泵、冷媒储罐、制冷器、第一透平膨胀机，所述第一透平膨胀机的输出轴依次连接第一变速器及第一发电机，所述第一发电机的电力输出端通过变压同步器向外供电；

所述天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接燃烧室、燃气透平、余热锅炉、蒸汽透平，所述燃气透平的输出轴依次连接第三变速器及第三发电机，所述第三发电机的电力输出端通过第三变压同步器向外供电；所述蒸汽透平的输出轴依次连接第四变速器及第四发电机，所述第四发电机的电力输出端通过第四变压同步器向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平下游，由吸收式制冷空调组成，蒸汽透平排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调的热源；

所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次包括冷却塔、第五冷水泵、第九流量调节阀、冷水机组冷凝器、冷水机组蒸发器、第六冷水泵、第十流量调节阀；

所述监测调控系统包括：PLC；依次设置在LNG储罐与第一换热器进气口之间管路上的第一电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计、第一流量调节阀；依次设置在第一换热器与第二换热器之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器；依次设置在第一换热器与冷媒储罐之间的温度变送器、压力变送器、第二流量调节阀、第二流量计；依次设置在制冷器冷水进水口前的第三流量调节阀和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第二换热器冷水进水口前的第四流量调节阀和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第三换热器冷水进水口前的第五流量调节阀和冷水出水口后的温度变送器；设置在第一变速器与第一发电机之间的速度变送器；设置在第二变速器与第二发电机之间的速度变送器；依次设置在第三换热器与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀、三通流量调节阀；依次设置在中低压管网和燃烧室进气口之间的第三电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、第六流量调节阀、第三流量计；依次设置在燃气透平和余热锅炉之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第三变速器和第三发电机之间的速度变送器；依次设置在余热锅炉和蒸汽透平之间的压力变送器、温度变送器；依次设置在蒸汽透平和吸收式制冷空调之间的现场显示器、温度现场显示器；设置在第四冷水泵与吸收式制冷空调之间的第八流量调节阀；设置在第五冷水泵与冷水机组冷凝器之间的第九流量调节阀；设置在冷水机组蒸发器与第六冷水泵之间的第十流量调节阀组成；冷水机组蒸发器出水管路上的温度变送器；

所述PLC通过电路分别连接各电控阀、各个压力变送器、各流量调节阀、各速度变送器、各温度变送器。

进一步地，所述的吸收式制冷空调采用余热蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组。

进一步地，所述第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀选用具有紧急切断功能的ZCRB型燃气紧急切断阀；所述第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、第五流量调节阀、第六流量调节阀、第七流量调节阀、第八流量调节阀、第九流量调节阀、第十流量调节阀和三通流量调节阀选用电动控制型阀。

进一步地，所述PLC根据下游所需的LNG汽化量不同，通过改变进入不同系统的天然气流量来设置不同的LNG发电制冷系统与天然气冷电联供系统的输出配比，以满足各种不同工况。

进一步地，当冷负荷随气温升高而增大时，PLC系统通过增大进入天然气冷电联供系统的天然气流量，一方面增大LNG发电制冷系统的制冷量，另一方面发电量增大可减少市电供应，以满足较大的冷负荷波动。

进一步地，所述第一透平膨胀机第一透平膨胀机、燃气透平、蒸汽透平的速度变送器将主轴转速信号转换为标准电信号反馈至PLC，PLC根据主轴转速与输出功率之间的函数关系算输出功率；PLC通过对比速度变送器和所述第一透平膨胀机第一透平膨胀机、燃气透平、蒸汽透平的前后压力变送器的预设额定值和当前值得到控制各阀的控制信号，实现根据负载变化快速调节燃气流量和制冷量，进而使得整个负载系统功率匹配发电量，保证发电机组持续的稳定运行。

本实用新型与现有的调压工艺和数据中心供冷供电方案相比有以下有益成果：

1、能源的有效利用。本实用新型取代了原来的LNG汽化工艺，回收了白白浪费的冷能；同时汽化后的LNG和冷媒压力上升，带动透平膨胀机发电。本装置不仅能为数据中心供电，还节省了冷媒制冷所需的冷量。

2、能源利用率高。通过LNG和冷媒膨胀发电制冷和天然气冷电联供，视输出功的大小有效利用电能，并节约了原有电压缩制冷工艺的电耗，大大提升能源综合利用率。

3、工艺流程简单易控，一键启动及关闭：本工艺通过调节阀门和PLC自控系统即可实现针对下游所需LNG汽化量的变化，进行生产状态的调节。根据负荷要求，进行信号反馈，自动开启与关闭设备，有效实现了场站或数据中心的无人操作，节约了大量的人力，保障站工作人员的安全。

4、操作弹性大，安全稳定性高：通过设置变速器，透平膨胀机的负荷波动±20％范围发电机仍然能保证较高的效率；通过PLC可控制各个系统中的天然气流量和冷媒流量；通过PLC可根据下游所需LNG汽化量波动和负载的波动自动调节LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统之间的输出比例，操作弹性大，安全稳定性高。

5、易于推广使用：2015年我国LNG进口量约1966万吨，目前各方企业都在积极筹划LNG冷能的高效利用，同时数据中心的需求量突飞猛进。该工艺可实现发电和制冷一体化，为数据中心节约相当大的电力和冷能能耗费用，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为一种利用LNG发电制冷的数据中心供能系统和一体化装置的结构示意图。

图2为LNG发电制冷系统结构示意图。

图3为天然气冷电联供系统结构示意图。

图4为市电制冷系统结构示意图。

图中所示为：1-第一电控阀；2-第二电控阀；3-第三电控阀；4-第一流量调节阀；5-第二流量调节阀；6-第三流量调节阀；7-第四流量调节阀；8-第五流量调节阀；9-第六流量调节阀；10-第七流量调节阀；11-第八流量调节阀；12-三通流量调节阀；13-第一流量计；14-第二流量计；15-第三流量计；16-第一换热器；17-制冷器；18-第二换热器；19-第三换热器；20-冷媒泵；21-第一冷水泵；22-第二冷水泵；24-第三冷水泵；25-第四冷水泵；26-PLC；27-冷媒储罐；28-第一透平膨胀机；29-第二透平膨胀机；30-燃气透平；31-蒸汽透平；32-第一变速器；33-第二变速器，34-第三变速器；35-第四变速器；36-第一发电机；37-第二发电机；38-第三发电机；39-第四发电机；40-第一变压同步器；41-第二变压同步器；42-第三变压同步器；43-第四变压同步器；44-燃烧室；45-余热锅炉；46-吸收式制冷空调；47-冷却塔；48-冷水机组冷凝器；49-冷水机组蒸发器；50-第五冷水泵；51-第六冷水泵；52-第九流量调节阀；53-第十流量调节阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，包括LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统、监测调控系统和市电制冷系统，其中LNG发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，

如图2所示，所述LNG发电制冷系统包括LNG汽化膨胀发电制冷系统和冷媒膨胀发电制冷系统，所述LNG汽化膨胀发电制冷系统包括通过管路依次连接在LNG储罐和低压管网之间的第一换热器16、第二换热器18、第二透平膨胀机29，第三换热器19，所述第二透平膨胀机29的输出轴依次连接第二变速器33及第二发电机37，所述第二发电机37的电力输出端通过第二变压同步器41向外供电；所述冷媒膨胀发电制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的第一换热器16、冷媒泵20、冷媒储罐27、制冷器17、第一透平膨胀机28，所述第一透平膨胀机28的输出轴依次连接第一变速器32及第一发电机36，所述第一发电机36的电力输出端通过变压同步器40向外供电；

如图3所示，所述天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接燃烧室44、燃气透平30、余热锅炉45、蒸汽透平31，所述燃气透平30的输出轴依次连接第三变速器34及第三发电机38，所述第三发电机38的电力输出端通过第三变压同步器42向外供电；所述蒸汽透平31的输出轴依次连接第四变速器35及第四发电机39，所述第四发电机39的电力输出端通过第四变压同步器43向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平31下游，由吸收式制冷空调46组成，蒸汽透平31排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调46的热源；

如图4所示，所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次包括冷却塔47、第五冷水泵50、第九流量调节阀52、冷水机组冷凝器48、冷水机组蒸发器49、第六冷水泵51、第十流量调节阀53，市电和市电制冷系统用于辅助并保证电能和冷能的稳定供应；

所述监测调控系统包括：PLC26；依次设置在LNG储罐与第一换热器16进气口之间管路上的第一电控阀1、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计13、第一流量调节阀4；依次设置在第一换热器16与第二换热器18之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器；依次设置在第一换热器16与冷媒储罐27之间的温度变送器、压力变送器、第二流量调节阀5、第二流量计14；依次设置在制冷器17冷水进水口前的第三流量调节阀6和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第二换热器18冷水进水口前的第四流量调节阀7和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第三换热器19冷水进水口前的第五流量调节阀8和冷水出水口后的温度变送器；设置在第一变速器32与第一发电机36之间的速度变送器；设置在第二变速器33与第二发电机37之间的速度变送器；依次设置在第三换热器19与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀2、三通流量调节阀12；依次设置在中低压管网和燃烧室44进气口之间的第三电控阀3、压力现场显示器、温度现场显示器、第六流量调节阀9、第三流量计15；依次设置在燃气透平30和余热锅炉45之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第三变速器34和第三发电机38之间的速度变送器；依次设置在余热锅炉45和蒸汽透平31之间的压力变送器、温度变送器；依次设置在蒸汽透平31和吸收式制冷空调46之间的现场显示器、温度现场显示器；设置在第四冷水泵25与吸收式制冷空调46之间的第八流量调节阀11；设置在第五冷水泵50与冷水机组冷凝器48之间的第九流量调节阀52；设置在冷水机组蒸发器49与第六冷水泵51之间的第十流量调节阀53组成；冷水机组蒸发器49出水管路上的温度变送器；

所述PLC26通过电路分别连接各电控阀、各个压力变送器、各流量调节阀、各速度变送器、各温度变送器。

具体而言，所述的吸收式制冷空调46采用余热蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组。

具体而言，所述第一电控阀1、第二电控阀2和第三电控阀3选用具有紧急切断功能的ZCRB型燃气紧急切断阀；所述第一流量调节阀4、第二流量调节阀5、第三流量调节阀6、第四流量调节阀7、第五流量调节阀8、第六流量调节阀9、第七流量调节阀10、第八流量调节阀11、第九流量调节阀52、第十流量调节阀53和三通流量调节阀12选用电动控制型阀。

具体而言，所述PLC26根据下游所需的LNG汽化量不同，通过改变进入不同系统的天然气流量来设置不同的LNG发电制冷系统与天然气冷电联供系统的输出配比，以满足各种不同工况。

具体而言，当冷负荷随气温升高而增大时，PLC26系统通过增大进入天然气冷电联供系统的天然气流量，一方面增大LNG发电制冷系统的制冷量，另一方面发电量增大可减少市电供应，以满足较大的冷负荷波动。

具体而言，所述第一透平膨胀机28第一透平膨胀机29、燃气透平30、蒸汽透平31的速度变送器将主轴转速信号转换为标准电信号反馈至PLC26，PLC26根据主轴转速与输出功率之间的函数关系算输出功率；PLC26通过对比速度变送器和所述第一透平膨胀机28第一透平膨胀机29、燃气透平30、蒸汽透平31的前后压力变送器的预设额定值和当前值得到控制各阀的控制信号，实现根据负载变化快速调节燃气流量和制冷量，进而使得整个负载系统功率匹配发电量，保证发电机组持续的稳定运行。

第一发电机36、第二发电机37、第三发电机38、第四发电机39的电力输出端通过变压同步器一路与外界的各种仪表、电动阀门等用电设备连接，一路与下游用户连接。

本实用新型的监测调控系统的工作原理及过程为：

LNG发电制冷系统中，LNG通过第一截止阀1进入系统，PLC26根据下游所需汽化量与数据中心的冷电负荷，输出指令调节第一流量调节阀4开度，控制进入系统的LNG流量；LNG经过与第一换热器16、第二换热器18换热后汽化进入第二透平膨胀机29，当天然气流量在正常范围内变动时，第二透平膨胀机29与第一发电机36转速成倍数关系而发电；第二流量调节阀5用于调节进入冷媒泵20的冷媒流量；当负载波动时，将导致制冷器17出水口温度发生变化，通过温度变送器(PT)将温度信号转换成标准电信号反馈至PLC26，PLC26输出控制信号作用于第二流量调节阀5，调节进入第三冷媒泵19的冷媒流量；冷水通过第一冷水泵21进入制冷器17换热，设定换热后出水温度，通过温度变送器(PT)将温度信号转换成标准电信号反馈至PLC26，当温度较长时间超出允许范围内时，PLC26输出控制信号作用于第二流量调节阀5，调节循环冷媒的流量；当下游用冷负荷波动时，PLC26输出控制信号作用于第三流量调节阀6，调节输入第二换热器18的冷水流量。

天然气冷电联供系统中，汽化后的天然气通过第三截止阀3进入系统，PLC26通过下游用户负载和LNG发电制冷系统中的发电功率调节第四流量调节阀9，调节进入系统的天然气流量；当天然气流量在异常范围内波动时，通过速度变送器(ST)将速度信号转换成标准电信号反馈至PLC26，通过程序控制输出调节指令作用于第四流量调节阀9，调节进入燃烧室44的天然气流量，从而改变燃气透平30转速进而实现与发电机匹配发电；第七流量调节阀10根据第四流量调节阀9的流量初步调节进入余热锅炉45的冷水流量，温度变送器测量从余热锅炉出来的蒸汽温度，通过温度变送器(TT)将温度信号转换成标准电信号反馈至PLC26，PLC26控制作用于第七流量调节阀10进一步调节进入余热锅炉45的冷水流量使温度在设定的波动范围内；冷水通过第四冷水泵25进入吸收式制冷空调46换热，设定换热后出水温度，通过温度变送器(PT)将温度信号转换成标准电信号反馈至PLC26，PLC26输出调节指令作用于第八流量调节阀11，调节冷水的流量，使出水温度在设定范围内波动。

本装置以LNG冷能进行发电制冷为主，以天然气冷电联供为辅，市电供应为保障，Aspen模拟结果表明：

1、数据中心所需的电与冷全由LNG发电制冷系统提供，输入系统的LNG瞬时流量为1000kg/h，压力2MPa，温度-162℃，通过第一电控阀1、第一流量调节阀4后进入第一换热器16与冷媒换热，升温至-35℃；再进入第二换热器18与冷水换热，升温至9℃；接着进入第二透平膨胀机29膨胀降压至-92℃，0.2MPa后，进入套管式的第三换热器19，与冷水换热回温后至5～25℃后再进入天然气燃烧发电系统和下游中低压燃气管网；

2、汽化后的LNG通过第二透平膨胀机29膨胀将压力能转化成机械能,然后通过第二变速器33使转子转速与第二发电机37频率匹配发电，可发出67.38kW的电用于供给数据中心。当流量发生变化时需要通过PLC26进行信号调节，比如系统从停止状态到工作状态时，就需要通过PLC26进行不断的信号调节，使整个发电装置可进行正常运作。

3、C3C4冷媒从第一换热器16流出的初始状态为-20℃，0.1MPa；通过冷媒泵升压至1.1MPa；根据第二流量调节阀5调节流量进入套管式的制冷器17与冷水等压换热，套管式的制冷器17充当蒸发器的作用，冷媒变成气态(12℃，1.1MPa)进入第一透平膨胀机28膨胀发电。

4、表1显示了LNG不同流量与发电功率，制冷量的关系。

从表1可以看出，可根据下游需求不同的LNG汽化量，通过调节LNG流量可将发电功率控制在16.85～1010.7kW，冷量供应控制在82.1～4921.5kW并通过冷电联供系统或是市电满足大部分数据中心用电要求。当LNG流量较小为1000kg/h时，发电功率约为67.38kW，制冷量为328.1kW。当LNG流量较大为4000kg/h时，发电功率约为269.52kW，制冷量为1312.4kW，此时冷量可满足大部分数据中心所需，剩余的电量可靠市电供应。当LNG流量特别大为15000kg/h时，发电功率约为1010.7kW，制冷量为4921.5kW，此时发电量与冷量均可满足大部分数据中心所需。当下游对LNG没有需求时，可通过本装置汽化少量的LNG供给冷电联供系统发电制冷。当LNG流量为250kg/h时，发电功率约为16.85kW，制冷量为82.1kW，在该流量下可通过冷电联供系统发电制冷满足大部分数据中心所需。可见，该套装置可根据不同的下游波动调节不同系统的冷电供应比例，所以本套发电系统可操作弹性大，能够利用的流量范围大，广谱性强，该生产装置可以满足大部分数据中心的用电要求，具有良好的节能减排效果。

表1LNG汽化量与发电量、最大制冷量的关系表：

5、当下游所需LNG汽化量较小，LNG发电制冷系统没法供应足够的电和冷时，数据中心所需的电与冷可由天然气冷电联供系统辅助供应。输入天然气冷电联供系统的天然气压力为0.2MPa，进入燃烧室44充分燃烧后，烟气以1100℃的高温进入燃气透平30；燃气透平30出气温度520℃，所出烟气进入余热锅炉生产蒸汽；余热锅炉45蒸汽出口压力4MPa，温度498℃左右，进入蒸汽透平31；蒸汽轮机出口压力为0.5MPa，温度232℃左右，进入吸收式制冷空调46，所述吸收式制冷空调46采用余热蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组。

6、表2显示了天然气冷电联供系统的燃气流量与发电率的关系。

从表2可以看出所有的温度和压力为既定，所以天然气的流量与系统的发电量和输入吸收式制冷空调的功率等比例变化。当天然气流量为250kg/h时，总发电量为982.7kW，输入吸收式制冷空调的功率为607.3kW；当天然气流量为500kg/h时，总发电量为1965.4kW，输入吸收式制冷空调的功率为1214.5kW。取吸收式制冷空调的COP为1.5，则天然气流量为250kg/h时的制冷量为910.95kW；天然气流量为500kg/h时的制冷量为1821.9kW。则该系统可在500kg/h的天然气流量下满足绝大多数类型的数据中心的电和冷的需求，为整套装置的发电供冷能力提供了良好的保障。

表2燃气流量与冷电联供系统发电制冷功率的关系：

7、常见数据中心的电负荷在1000kW左右，故所需供冷量也在1000kW左右。

如果下游用户天然气需求量较大，从表1我们可知，当LNG流量较大为4000kg/h时，LNG发电制冷系统发电功率约为269.52kW，制冷量为1312.4kW，依靠市电供应约750千瓦即可满足大部分数据中心冷电所需。

当LNG流量特别大为15000kg/h时，LNG发电制冷系统发电功率约为1010.7kW，制冷量为4921.5kW，此时依靠LNG发电制冷系统的发电量与冷量便可满足大部分数据中心所需。

当下游对LNG没有需求或需求很小时，可通过本装置汽化少量的LNG供给冷电联供系统发电制冷。当输入LNG发电制冷系统和冷电联供系统的天然气流量为250kg/h时，LNG发电制冷系统的发电功率约为16.85kW，制冷量为82.1kW，在该流量下可通过冷电联供系统发电量为982.7kW，制冷量为910.9kW。总发电量和制冷量可满足大部分数据中心所需。

本装置可根据下游对LNG的需求不同设置不同的压力能发电制冷系统与天然气冷电联供系统的输出配比，对各种工况有良好的适应性。

数据中心用电负荷较为稳定，但冷量负荷受季节温度变化波动较大，此时可通过改变输入系统的LNG流量来改变发电量，并将多余的电量输入市电制冷系统制冷，从而满足较大的冷负荷波动。

本实用新型通过LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统实现发电与制冷一体化，市电和市电供冷系统用于辅助并保证电能和冷能的稳定供应，同时根据负载变化快速调节LNG流量和制冷量，进而使得整个负载系统功率匹配发电量，保证发电机组持续的稳定运行。

上述实施例均不涉及软件和协议的改进。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：包括LNG发电制冷系统、天然气冷电联供系统、监测调控系统和市电制冷系统，其中LNG发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，

所述LNG发电制冷系统包括LNG汽化膨胀发电制冷系统和冷媒膨胀发电制冷系统，所述LNG汽化膨胀发电制冷系统包括通过管路依次连接在LNG储罐和低压管网之间的第一换热器(16)、第二换热器(18)、第二透平膨胀机(29)，第三换热器(19)，所述第二透平膨胀机(29)的输出轴依次连接第二变速器(33)及第二发电机(37)，所述第二发电机(37)的电力输出端通过第二变压同步器(41)向外供电；所述冷媒膨胀发电制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的第一换热器(16)、冷媒泵(20)、冷媒储罐(27)、制冷器(17)、第一透平膨胀机(28)，所述第一透平膨胀机(28)的输出轴依次连接第一变速器(32)及第一发电机(36)，所述第一发电机(36)的电力输出端通过变压同步器(40)向外供电；

所述天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接燃烧室(44)、燃气透平(30)、余热锅炉(45)、蒸汽透平(31)，所述燃气透平(30)的输出轴依次连接第三变速器(34)及第三发电机(38)，所述第三发电机(38)的电力输出端通过第三变压同步器(42)向外供电；所述蒸汽透平(31)的输出轴依次连接第四变速器(35)及第四发电机(39)，所述第四发电机(39)的电力输出端通过第四变压同步器(43)向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平(31)下游，由吸收式制冷空调(46)组成，蒸汽透平(31)排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调(46)的热源；

所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次包括冷却塔(47)、第五冷水泵(50)、第九流量调节阀(52)、冷水机组冷凝器(48)、冷水机组蒸发器(49)、第六冷水泵(51)、第十流量调节阀(53)；

所述监测调控系统包括：PLC(26)；依次设置在LNG储罐与第一换热器(16)进气口之间管路上的第一电控阀(1)、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计(13)、第一流量调节阀(4)；依次设置在第一换热器(16)与第二换热器(18)之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器；依次设置在第一换热器(16)与冷媒储罐(27)之间的温度变送器、压力变送器、第二流量调节阀(5)、第二流量计(14)；依次设置在制冷器(17)冷水进水口前的第三流量调节阀(6)和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第二换热器(18)冷水进水口前的第四流量调节阀(7)和冷水出水口后的温度变送器；依次设置在第三换热器(19)冷水进水口前的第五流量调节阀(8)和冷水出水口后的温度变送器；设置在第一变速器(32)与第一发电机(36)之间的速度变送器；设置在第二变速器(33)与第二发电机(37)之间的速度变送器；依次设置在第三换热器(19)与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀(2)、三通流量调节阀(12)；依次设置在中低压管网和燃烧室(44)进气口之间的第三电控阀(3)、压力现场显示器、温度现场显示器、第六流量调节阀(9)、第三流量计(15)；依次设置在燃气透平(30)和余热锅炉(45)之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第三变速器(34)和第三发电机(38)之间的速度变送器；依次设置在余热锅炉(45)和蒸汽透平(31)之间的压力变送器、温度变送器；依次设置在蒸汽透平(31)和吸收式制冷空调(46)之间的现场显示器、温度现场显示器；设置在第四冷水泵(25)与吸收式制冷空调(46)之间的第八流量调节阀(11)；设置在第五冷水泵(50)与冷水机组冷凝器(48)之间的第九流量调节阀(52)；设置在冷水机组蒸发器(49)与第六冷水泵(51)之间的第十流量调节阀(53)组成；冷水机组蒸发器(49)出水管路上的温度变送器；

所述PLC(26)通过电路分别连接各电控阀、各个压力变送器、各流量调节阀、各速度变送器、各温度变送器。

2.根据权利要求1所述的一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：所述的吸收式制冷空调(46)采用余热蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组。

3.根据权利要求1所述的一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：所述第一电控阀(1)、第二电控阀(2)和第三电控阀(3)选用具有紧急切断功能的ZCRB型燃气紧急切断阀；所述第一流量调节阀(4)、第二流量调节阀(5)、第三流量调节阀(6)、第四流量调节阀(7)、第五流量调节阀(8)、第六流量调节阀(9)、第七流量调节阀(10)、第八流量调节阀(11)、第九流量调节阀(52)、第十流量调节阀(53)和三通流量调节阀(12)选用电动控制型阀。

4.根据权利要求1所述的一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：所述PLC(26)根据下游所需的LNG汽化量不同，通过改变进入不同系统的天然气流量来设置不同的LNG发电制冷系统与天然气冷电联供系统的输出配比，以满足各种不同工况。

5.根据权利要求4所述的一种利用LNG发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：当冷负荷随气温升高而增大时，PLC(26)系统通过增大进入天然气冷电联供系统的天然气流量，一方面增大LNG发电制冷系统的制冷量，另一方面发电量增大可减少市电供应，以满足较大的冷负荷波动。