CCHP能源政策和特性介紹,IDCT3/T4不同等級(jí)下CCHP應(yīng)用設(shè)計(jì),CCHP項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì),CCHP投資運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)分析,CCHP運(yùn)營(yíng)機(jī)組保養(yǎng)維修注意事項(xiàng)等在此文展開討論。

CCHP能源政策和特性介紹1

CCHP定義

　　冷熱電三聯(lián)供(Combined Cooling,Heating and Power,CCHP),是指以天然氣為主要燃料帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行,產(chǎn)生的電力供應(yīng)用戶的電力需求,系統(tǒng)發(fā)電排出的余熱通過余熱回收利用設(shè)備(余熱鍋爐或者余熱直燃機(jī)等)向用戶供熱、(溴化鋰機(jī)組等)供冷。通過這種方式大大提高整個(gè)系統(tǒng)的一次能源利用率,實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。同時(shí)可以提供并網(wǎng)電力作能源互補(bǔ),整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益及效率均相應(yīng)提高。

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CCHP應(yīng)用國(guó)家基本政策方向

　　冷熱電三聯(lián)供是分布式能源的一種,具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、增加電力供應(yīng),區(qū)域綜合能源利用等綜合效益,是城市治理大氣污染和提高能源綜合利用率的必要手段之一,符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展做制冷輸出,本文后續(xù)主要描述的是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　三聯(lián)供系統(tǒng)能充分利用天然氣的熱能,綜合用能效率可達(dá)85%以上。同時(shí)可降低以天然氣為燃料的供熱/供冷成本,把一部分成本攤到電費(fèi)上,減輕運(yùn)營(yíng)成本負(fù)擔(dān),與常規(guī)系統(tǒng)相比超出的初投資費(fèi)用靠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)5至6年內(nèi)便可收回。由于三聯(lián)供在能源轉(zhuǎn)換效率方面所具有的突出優(yōu)勢(shì),使得其在世界各國(guó)的能源領(lǐng)域大都具有顯著地位。

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CCHP能源階梯利用(見圖1)

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CCHP電力輸出模式(見表1)

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CCHP主要設(shè)備介紹(見表2)

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熱電容量的方案選擇

　　依據(jù)工況中供能對(duì)象的冷、熱、電負(fù)荷特性,可以通過以熱定電、以電定熱以及基本電負(fù)荷定電等三種方式確定機(jī)組裝機(jī)容量。結(jié)合本文主題是考慮在IDC中的應(yīng)用,我們修正定義為:以冷定電、以電定冷、基本供電保障三種方式(見表3)。

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動(dòng)力選擇區(qū)分

　　提起CCHP,大多數(shù)人對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)這兩種驅(qū)動(dòng)能源方式概念比較模糊,無法準(zhǔn)確區(qū)分和選擇項(xiàng)目的動(dòng)力設(shè)備。表4簡(jiǎn)單地介紹出了二者的優(yōu)缺點(diǎn)。

　 ? IDC項(xiàng)目的動(dòng)力方式多采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)作為分布式能源的主動(dòng)力設(shè)備,煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組做制冷輸出,本文后續(xù)主要描述的是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)的應(yīng)用。

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燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)典型工藝路線

①典型工藝路線

　　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)冷熱電分布式能源系統(tǒng)的余熱形式有高溫?zé)煔夂透滋桌鋮s水、潤(rùn)滑油冷卻水三種。

　　對(duì)應(yīng)余熱利用設(shè)備仍為余熱鍋爐、吸收式空調(diào)機(jī)組和熱交換器(煙氣-水型、水-水型)。根據(jù)余熱設(shè)備不同,分別介紹三種典型的工藝路線,基本可以涵蓋不同工藝路線的內(nèi)燃機(jī)冷熱電分布式能源系統(tǒng)的特點(diǎn):

　　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+煙氣熱水型吸收式空調(diào)機(jī)組(補(bǔ)燃)+缸套水換熱器;

　　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+煙氣余熱鍋爐+蒸汽吸收式空調(diào)機(jī)組+缸套水換熱器;

　　燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+煙氣-水換熱器+熱水型吸收式空調(diào)機(jī)組+缸套水換熱器。關(guān)于IDC應(yīng)用中的CCHP可以增加電制冷機(jī)組,燃?xì)怃寤嚈C(jī)組等進(jìn)行備份、等級(jí)需求和負(fù)荷調(diào)節(jié)。

②IDC匹配的經(jīng)典CCHP方案(見圖2)

　　IDC應(yīng)用典型方案:燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)+缸套水熱交換器+煙氣熱水型溴化鋰空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)工作原理:燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)在生產(chǎn)電力的同時(shí),產(chǎn)生了400℃～500℃的高溫?zé)煔夂?0℃～110℃的缸套冷卻水、40℃～65℃的潤(rùn)滑油冷卻水。工況時(shí),高溫?zé)煔夂透邷馗滋姿M(jìn)入吸收式空調(diào)機(jī)組,向系統(tǒng)提供冷凍水,不足的熱量先通過補(bǔ)燃提供。

　　主要特點(diǎn)和適用條件:燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電效率要高于燃?xì)廨啓C(jī)和微燃機(jī)。但不足的是余熱形式中,高溫缸套水和潤(rùn)滑油冷卻水占的比重較大,其品質(zhì)遠(yuǎn)低于高溫?zé)煔狻８邷馗滋姿m用性較廣,可用于驅(qū)動(dòng)溴化鋰機(jī)組制冷。但潤(rùn)滑油冷卻水受其溫度的制約,只能適用于生活熱水場(chǎng)合(若需要)。

IDCT3/T4不同等級(jí)下CCHP應(yīng)用設(shè)計(jì)

Uptime Institute Tier Standard等級(jí)定義Uptime Institute Tier Standard:Topology是將特定機(jī)房的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)拓?fù)涞墓δ堋⑷萘亢皖A(yù)期可用性(或性能)與其他單一機(jī)房或一組機(jī)房進(jìn)行對(duì)比的客觀基礎(chǔ)。Standard根據(jù)冗余容量組件和分配路徑不斷增加的級(jí)別來區(qū)分四類機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施拓?fù)涞臉?biāo)準(zhǔn)。

Tier3:可并行維護(hù)的機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施——基本要求

　　①可并行維護(hù)的數(shù)據(jù)中心擁有冗余容量組件,以及多個(gè)獨(dú)立分配路徑來為關(guān)鍵系統(tǒng)提供服務(wù)。任何時(shí)候,只需一個(gè)分配路徑為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù);

　　②所有IT設(shè)備均為雙電源供電,并且合理安裝以兼容機(jī)房架構(gòu)的拓?fù)洹Ｈ绻P(guān)鍵環(huán)境不滿足這一規(guī)范,則必須采用使用點(diǎn)開關(guān)等傳輸裝置;

　　③為“N”容量?jī)?chǔ)備12h的現(xiàn)場(chǎng)燃料存儲(chǔ)。

Tier 4:容錯(cuò)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施——基本要求

? ? ? ? ?①容錯(cuò)數(shù)據(jù)中心擁有多個(gè)獨(dú)立的物理隔離系統(tǒng)來提供冗余容量組件,以及多個(gè)獨(dú)立、不同、激活的分配路徑同時(shí)為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。冗余容量組件和不同的分配路徑配置時(shí)應(yīng)采用的原則是,任何基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障后,“N”容量均會(huì)為關(guān)鍵環(huán)境提供電力和冷卻; ?

? ? ? ? ?②所有IT設(shè)備均為雙電源供電,并且合理安裝以兼容機(jī)房架構(gòu)的拓?fù)洹Ｈ绻P(guān)鍵環(huán)境不滿足這一規(guī)范,則必須采用使用點(diǎn)開關(guān)等傳輸裝置; ?

? ? ? ? ?③補(bǔ)充系統(tǒng)和分配路徑必須相互物理隔離(分區(qū)化),以防任何單項(xiàng)事件同時(shí)影響兩個(gè)系統(tǒng)或分配路徑; ?

? ? ? ? ?④需要連續(xù)冷卻; ?

? ? ? ? ?⑤為“N”容量?jī)?chǔ)備12h的現(xiàn)場(chǎng)燃料存儲(chǔ)。?

T3/T4等級(jí)下的CCHP電力和制冷架構(gòu)(見圖3和表5)

CCHP項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目基本數(shù)據(jù)調(diào)查(見表6)

假設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例

①根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗的估算

　　項(xiàng)目地址:江蘇-蘇州,假設(shè)數(shù)據(jù)通信設(shè)備能耗為1,則電源系統(tǒng)能耗(線損、不間斷電源能耗等)約占設(shè)備能耗的11%,所需空調(diào)冷量(通訊設(shè)備散熱、UPS散熱、電池散熱、辦公人員、機(jī)房輻射熱量)約為設(shè)備能耗的1.2倍,采用溴化鋰制冷方式,制冷空調(diào)系統(tǒng)的耗電量估算約為1%,冷卻水及冷凍水輸配電系統(tǒng)能耗約為0.1,空調(diào)末端系統(tǒng)能耗約為14%,照明負(fù)載為21.5瓦/平方米,合計(jì)數(shù)據(jù)中心總耗電為36716kW,總制冷量為31860kW。數(shù)據(jù)中心冷電比為0.863左右。

　　此數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目機(jī)柜數(shù)量為6000個(gè),機(jī)柜功率為4.4kW/臺(tái),每臺(tái)機(jī)柜占地面積4平方米,人員數(shù)量100人,每人辦公面積15平方米。數(shù)據(jù)中心用電功率和制冷量需求估算見表7。

　　PUE反映的是為滿足IT設(shè)備的供電要求,數(shù)據(jù)機(jī)房的總供電率,PUE值越小越好,PUE值越趨近1,表明數(shù)據(jù)中心綠色化程度越高。

②卡特彼勒G3516H天然氣發(fā)電機(jī)組三聯(lián)供方案及冷電比

　　根據(jù)數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷以及制冷量的需求,推薦使用20臺(tái)1990kW卡特彼勒G3516H天然氣發(fā)電機(jī)組,其中18臺(tái)為主用機(jī),另外兩臺(tái)為備用機(jī),此設(shè)計(jì)方案目的是為了保證機(jī)組在故障檢修或維護(hù)保養(yǎng)時(shí)仍然有足夠的機(jī)組輸出電力給數(shù)據(jù)中心。卡特彼勒G3516H天然氣發(fā)電機(jī)組的參數(shù)見表8。

③相匹配的溴化鋰機(jī)組參數(shù)(見表9)

　　采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組提供接近100%的空調(diào)冷負(fù)荷,“以冷定電/以電定冷”選擇機(jī)組數(shù)量及輸出功率,電力缺口由市電來承擔(dān)/多余冷量出售,此方案可以最大程度的實(shí)現(xiàn)CCHP系統(tǒng)能源的完全利用,系統(tǒng)效率最高。

　　故G3516H機(jī)組分布式能源方案冷電比系數(shù)見表10。

④方案總述(見表11)

⑤CCHP公用需求邊界條件(見表12)選擇方案B,采取以冷定電的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

⑥CCHP機(jī)房監(jiān)控管理系統(tǒng)和DCS控制系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)中心對(duì)電源、空調(diào)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理,同時(shí)還對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境,如溫濕度、漏水、煙感等參量進(jìn)行監(jiān)控,確保數(shù)據(jù)中心工作在一個(gè)正常的范圍之內(nèi)。并對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境量實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理,同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理,實(shí)現(xiàn)機(jī)房無人值守。DCS控制系統(tǒng)的高度集成化和自動(dòng)化,大幅的減少運(yùn)維人員的數(shù)量,節(jié)約成本。

⑦節(jié)能減排分析

　　采用清潔一次性能源天然氣作為三聯(lián)供功能燃料,該方案能實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用,充分利用發(fā)電熱,就地供電、供冷,可大幅度減少粉塵、CO₂、SO₂等污染物排放,該方案每年可減少粉塵排放約為1億噸以上,減少CO₂排放1.5億萬(13萬)噸以上,減少SO₂排放1000萬(7000)噸以上,減少NOx排放為620萬(3552)噸以上。

CCHP投資運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)分析

設(shè)備投資費(fèi)用

　　選擇方案B,以2000kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和匹配的溴化鋰機(jī)組約763萬/套,江蘇蘇州燃?xì)獬杀?.9元/立方米為依據(jù),設(shè)備投資費(fèi)用見表13。

系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估

　　表14～表17分別為運(yùn)行成本與收益、年維修成本、年制冷收益和投資收益靜態(tài)收益周期為7.5年,由于本項(xiàng)目地江蘇蘇州地區(qū),具體的燃?xì)鈨r(jià)格沒有通過大客戶需求正式的價(jià)格,所以采用的價(jià)格偏高,市電平均電價(jià)為0.75元,方案中發(fā)電時(shí)間是8:00-24:00,真實(shí)的市電成本會(huì)高于平均電價(jià),項(xiàng)目靜態(tài)回收周期較長(zhǎng);若燃?xì)鈨r(jià)格在2.5元/立方米時(shí),回收周期為:4.2年。

　　項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)計(jì)算和相關(guān)地方信息做了進(jìn)一步確認(rèn),可以作為大家對(duì)項(xiàng)目投資預(yù)算的一個(gè)參考文本。此次修改了相關(guān)的上網(wǎng)電價(jià):0.75元更準(zhǔn)確,燃?xì)鈨r(jià)格:2.9元(江蘇蘇州);年度運(yùn)行時(shí)間為:16h/天×300天=4800(h/年),經(jīng)濟(jì)技術(shù)模型更加準(zhǔn)確。

　　因此項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性主要依賴于燃?xì)獾膬r(jià)格和市電基本價(jià)格,本案例計(jì)算采用的是項(xiàng)目初始投資靜態(tài)回收型模式,對(duì)建設(shè)單位IDC項(xiàng)目中需要投資的第二路市電成本,未考慮在內(nèi)。若計(jì)算本項(xiàng)目的增量投資回收周期和經(jīng)濟(jì)分析時(shí),應(yīng)減去原有第二路市電容量投資建設(shè)費(fèi)用和基本容量申請(qǐng)費(fèi)用,此時(shí)計(jì)算CCHP在IDC項(xiàng)目的回收周期時(shí),回收周期可以估算降低2至3年,即整體項(xiàng)目增加投資回收周期約4.5-6.5年,當(dāng)然在實(shí)際運(yùn)行中可以通過調(diào)整運(yùn)營(yíng)策略來提供項(xiàng)目的收益率。

CCHP投資運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)分析

每日工作

①查漏(冷卻液,機(jī)油,空氣,沼氣,減振器硅油有無漏些); ?

②放冷凝水(對(duì)預(yù)處理或者有儲(chǔ)壓罐裝置); ?

③注意不正常的噪音; ?

④檢查就地顯示中冷卻水,缸套冷卻水壓力表;溫度表; ?

⑤檢查每個(gè)機(jī)組曲軸箱滑油觀查鏡油位,運(yùn)轉(zhuǎn)油位要求最低和最高之間。如果電磁閥紅燈亮就說明要補(bǔ)油。滑油補(bǔ)油系統(tǒng):從補(bǔ)油柜到各機(jī)組補(bǔ)油管各閥在正常位置,才可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)油; ?

⑥檢查空氣過濾器壓差(大于10MBAR需要更換); ?

⑦記錄工作日志。機(jī)組報(bào)警可查主控界面,也可到控制柜上查得,對(duì)照中文說明代碼,確定報(bào)警類型,處理報(bào)警,不可簡(jiǎn)單復(fù)位再起動(dòng)機(jī)組。

每周工作

　　測(cè)量一次火花塞點(diǎn)火電壓(12-32kV之間):注意只能機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量。建議如果火花塞點(diǎn)火電壓超過27kV,則拆出調(diào)整間隙后再用,扭力為40Nm。

每月工作

①檢查啟動(dòng)電池電解液濃度及液位,必要時(shí)添加電解液或者補(bǔ)純凈水; ?

②檢查每個(gè)控制柜濾網(wǎng),必要時(shí)更換或者清潔; ?

③根據(jù)要求采集油樣分析確定更換滑油。

結(jié)束語

END

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供CCHP涉及多個(gè)學(xué)科,技術(shù)密度和專業(yè)性較高,對(duì)專業(yè)人才的需求也特別高。IDC的用電及制冷工況和三聯(lián)供的能源階段利用非常匹配,但是項(xiàng)目落地應(yīng)從企業(yè)社會(huì)責(zé)任、單位GDP碳排放、清潔能源發(fā)展、燃?xì)庠系膬r(jià)格、市電電費(fèi)的均價(jià)、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)效率等各個(gè)方面綜合考慮,項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)中的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化和調(diào)整也會(huì)提高項(xiàng)目的收益率。

　　實(shí)施方案的CCHP采用模塊化，可以依據(jù)IDC業(yè)務(wù)的發(fā)展進(jìn)行增加，減少項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)和資金占有費(fèi)率，縮短項(xiàng)目的投資回收周期。本文未對(duì)CCHP應(yīng)用中的燃?xì)夤芫€勘察、煙氣脫硝處理、機(jī)組應(yīng)用運(yùn)行維護(hù)做相應(yīng)的展開討論，具體項(xiàng)目實(shí)施中應(yīng)對(duì)此部分進(jìn)行考慮，納入整個(gè)項(xiàng)目的范疇。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CCHP分布式能源技术在数据中心IDC的应用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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