開發銀行燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告-資料下載頁

【導讀】開發銀行燃氣冷熱電三聯供系統

　　

【正文】 運行，反而在 10kV 進線故障狀態下燃氣發電電源仍可以采用如上所述的獨立運行方式正常供電，增加了系統可靠性； 如果 1， 2市電全部中斷，所配發電機容量可完全滿足一、二段母線的所有負載容量 并預留有檢修備用容量 ； 在發電機獨立運行方案中，發電機故障停機或者啟動時需要與市電系統進行進行一次短暫的無間斷切換，數據中心內的電子信息設備的無間斷故障時開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 17 間一 般在十幾 毫秒 ，要求切換開關的轉換時間非常小，目前國內 STS 大容量轉換開關的技術已經非常成熟，轉換時間可以做到 8 毫秒 以下，完全可以做到系統地無間斷切換。 在三聯供系統設計中建議燃氣發電機組接入 10kV 母線，并取消原有低壓側的備用柴油發電機組，進一步提高了系統可靠性，主要原因如下： 低壓備用發電機接在低壓母線上，低壓系統中的 UPS 可能產生大量的諧波，會對發電機的運行產生影響，而燃氣發電機組接在高壓側，有變壓器的隔離，諧波對發電機的影響將大大減小； 低壓備用發電機組為日常備用機組，如發電機保養不當，故障不 能及時排除，一旦突然事故發生，可能會因啟動后帶載故障發生而停機， 可能給數據中心的安全運行事故，而 燃氣發電機組為日常使用機組，可及時保養并排除故障，消除 備用發電機 帶載故障 隱患 ； 發電機組接在低壓，一段母線對應一臺發電機組，各段母線負荷分配不均，發電機整體效率差，而燃氣發動機接在高壓側，發電機的出力會根據下級4 段母線的負荷大小進行調整，且發電機為多臺并機，可根據負荷自動調整發電機臺數和負荷大小，使得發電機運行在一個良好的狀態下； 三聯供用發電機全部為燃氣 /燃油雙燃料發電機組，即使在市電 /燃氣能源全部故障 情況下，依然可以采用燃油啟動發電機，保障系統運行 。 空調系統運行方案 采用本三聯供系統后空調系統的主設備為：兩臺 4652kW 煙氣熱水型余熱直燃機、兩臺 750RT 電制冷水冷機組（與原設計相同），其中一期投入 1 臺4652kW 煙氣熱水型余熱直燃機以及兩臺 750RT 電制冷機組。 單臺油氣兩用發電機組滿發運行時，其余熱量可以 使 煙氣熱水型 直燃機出力達到 滿負荷的 60%以上。 其余蓄能系統設計、空調系統管路設置以及末端設置均與原設計方案相同。新增的煙氣熱水型余熱直燃機供能參數與電制冷機組相同，因此其接入空調系統的方式與原冷 水機組相同。三聯供系統中與原設計相同的部分在本報告中不做詳細論述。 開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 18 余熱空調系統運行方式 夏季工況 1. 基本運行方式 1） 夏季工況下， 辦公區和機房區都需要制冷 ，共用一套制冷主機 ，其中兩臺余熱直燃機的制冷容量基本能滿足總冷 量 需求 。優先采用發電缸套水和煙氣余熱，通過余熱直燃機提供 7℃的冷凍水 ，通過一次泵送往空調分水器 ， 冷凍水 分兩路出水 ，一路送往機房區，另一路單獨送往辦公區 。 2）冬季工況下，辦公區需要供熱，而機房區仍然需要制冷。優先利用發電機缸套水余熱通過換熱器換熱滿足辦公用熱的需求 ， 兩臺發電機組的缸套水熱量 可基本滿足供熱需求 。 余熱直燃機優先 利用發電機煙氣余熱 以制冷方式運行 ，提供 7℃的冷凍水通過一次泵送往空調分水器，供一路冷水到機房區 。 3）余熱不足以滿足所有冷需求時，通過部分直接燃燒天然氣進行補燃；余熱過多時，通過蓄水池進行蓄冷， 調節余熱制冷的供需平衡，在冷負荷需求較高時， 再通過蓄水池供冷以減少天然氣補燃耗量。 4）通過回收部分余熱機的二次排煙熱量滿足少量的生活熱水需求， 同時在冬季也可作為辦公區供熱的補充 。 2. 故障工況下運行模式 1） 發電機組故障，無余熱可利用時，由天然氣補燃滿足空調需求 。 2） 一期一 臺余熱機組故障時，兩臺 750RT 電制冷機組可以補充所需空調供應 。 3） 二期兩臺 余熱機組均發生故障時，兩臺 750RT 電制冷機組以及備用風冷機組可以補充所需冷量。 4） 蓄冷系統 可 以蓄存多余發電余熱供冷量，調節三聯供系統的運行特性，還可以增加一路機房供冷系統。 5） 即使在發電機組完全獨立運行，電力和機房制冷都處于較高負荷條件下，多重互補的空調系統也能滿足機房的不間斷負荷要求。 可靠性分析 1. 余熱直燃機組 設置全補燃功能 ，即使在沒有發電余熱的情況下，也可通開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 19 過天然氣全部補燃 滿足供冷需求 。 設置電水冷機組，當燃氣系 統故障時仍能保證供冷需求。 2. 冷卻水系統 N+1 設置， 并 設計冷卻水蓄水槽， 保障冷卻系統可靠運行 。 3. 水管路系統選用雙系統 ，任意一路出現故障也能自動切換，同時設計冷凍水蓄水槽， 相當于 增加一路冷水供應 ，多種水路保障 。 4. 雙冷源（風冷 +冷凍水）型機房專用空調系統 。機房專用空調內機冷凍水型與風冷運行方式進行切換， 在大多數季節中系統主要啟用經濟節能的水冷系統，而在不滿足水冷型機組運行的季節或系統發生故障及檢修維護時才啟用風冷系統。采用雙冷源機組雖然會增加項目的初投資費用，但系統安全可靠性較高，且運營成本可以 大大降低 。 5. 根據 北京市 氣象條件特點，在 過渡季和冬季多數時段還 可以直接利用室外豐富的自然冷源對機房環境降溫，從而可以大大縮短專用空調機組的壓縮機的全年運行時問。這樣不但節約了大量的電能，同時也延長了空調機的使用壽命，減少了空調機組的維護工作量，降低了維護成本。 方案主要技術指標比較 按照北京市現行各種能源價格對 開行數據中心 燃氣內燃機 三聯供 方案 一期項目 進行簡單技術經濟計算如下表所示。 其中并網運行方案是指兩臺 2370kW發電機組分別接入兩段 10kV 母線、在峰平電價時段并網運行，夜間低谷電價時段 停機；獨立運行方案是指兩臺發電機組并機后獨立負責一段 10kV 母線的電負荷。 開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 20 表 51 不同方案的比較 內容 單位 三聯供系統 常規系統 并網運行 獨立運行 空氣源熱泵 +冷水機組 1 年能源供應量 年三聯供發電量 萬 kWh 年供冷量 萬 kWh 其中余熱供冷量 萬 kWh 蓄冷供 冷 量 萬 kWh 180 180 180 電制冷供冷 萬 kWh 720 120 天然氣直燃供冷 萬 kWh 年供熱量 萬 kWh 其中余熱供熱量 萬 kWh 年供熱水量 萬 kWh 其中余熱供熱水量 萬 kWh 2 能源中心能源消耗量 年耗電量 萬 kWh 年耗燃氣量 萬 Nm3 3 能源中心運行成本 萬元 天然氣支出 萬元 電支出 年維護保養費 萬元 發電容量備用費 萬元 4 年節省購電費用 萬元 5 初 投資費用 萬元 7768 7668 3160 6 相對常規系統節約費用 萬元 7 增量投資回收年 年 注 ： 燃氣價格 ： 元 /Nm3（夏季）， 元 /Nm3（冬季）， 燃氣熱值8400kcal/Nm3； 商業 電價 ： 尖 峰段 元 /kWh， 峰段 元 /kWh， 平段 元 /kWh， 谷段 元 /kWh。 由上述計算可見： 1 系統供能方式多樣 、 互相支撐， 如下圖所示， 增加了數據中心供能的安全性。 開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 21 年供冷量組成65%5%20%10%其中余熱供冷量蓄冷供冷量電制冷供冷天然氣直燃供冷 圖 5－ 1 三聯供系統年供冷量組成 2 上述三聯供系統投資估算中除了考慮所增加的油氣兩用發電機組、余熱利用設備外，還考慮了柴油發電機組以及 保留的水冷機組；常規系統投資估算中也按照原設計方案考慮了 3 臺 750RT 水冷機組、冬天供熱的空氣源熱泵機組和 5 臺 2500kVA 的備用柴油發電機組。可以看到開行數據中心一期工程三聯供系統相對于常規空調系統的增量投資約為 4500 萬元。 3 上述運行費用估算中考慮了年電耗、氣耗以及系統運行維護費用（其中包括了日常維修維護和人工費用）。可以看到由于發電耗氣量增加，三聯供能源中心每年運行成本比常 規系統增加約 1000 萬元。但是由于發電帶來的收益，每年三聯供系統可以節省 1700～ 2200 萬元的電費。綜合比較，開行數據中心采用三聯供系統后每年可以節省 700～ 1200 萬元的運行費用。 4 按照并網方式運行，三聯供系統的優越性可以充分發揮，其增量投資約4 年即可收回，經濟性明顯；如短期內不能并網，按照一段 10kV 母線獨立運行的方式，機組利用率降低 并且必須在低谷電價時段發電 ， 導致發電收益減少 ，但是由于數據中心良好的 熱電 負荷特性， 三聯供系統 增量投資回收期可 保持 在6 年左右，仍具有較好的經濟性。 開發銀行稻香湖數據中心燃氣冷熱電三聯供系統可行性研究報告 22