林玲　劉葉容　朱寧

摘? 要：該文介紹了基于數據中心的三種供冷模式，并以具體項目為例，對數據中心的不同供冷模式進行比較、分析，評價結果顯示：不同的供冷方案具有不同的適應性，純電制冷方案經濟性最好，但能耗最高、環(huán)境效益最差;天然氣分布式供冷方案經濟性最差，但能耗最低、節(jié)能減排效果最佳;背壓機組方案能夠兼顧節(jié)能減排和經濟性，在數據中心周邊有穩(wěn)定可靠的廉價汽源時推薦優(yōu)先采用，該方案具有一定的推廣意義。

關鍵詞：數據中心? 供冷? 分布式? 節(jié)能減排

中圖分類號：TU831 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（b）-0208-03

數據中心既是技術密集型項目，又是能源密集型項目，數據中心不僅電負荷、冷負荷需求大，而且具有負荷穩(wěn)定，波動范圍值小的特點。根據調研[1]，數據中心二氧化碳的排放量約占世界二氧化碳總排放量的0.6%，由此可見，數據中心是能耗大戶。

隨著大數據和云計算應用的快速發(fā)展，大規(guī)模、高等級數據中心的建設需求日益增長，然而由于傳統(tǒng)數據中心高耗能的缺點，項目在經濟發(fā)達地區(qū)的落地已十分困難。因此，利用能源政策、項目周邊有利條件及先進節(jié)能技術來降低制冷成本，同時完成節(jié)能減排是非常迫切。受項目條件的差異影響，各技術的適用性和經濟性也各不相同，該文將以湖州某數據中心為例，從經濟性和節(jié)能減排兩方面出發(fā)，探討數據中心采用不同供冷模式的可行性。

1? 某數據中心簡介

1.1 數據中心基本情況

湖州某數據中心，坐落于某產業(yè)園區(qū)，計劃建設四中心：主數據中心、研發(fā)數據中心、新能源數據中心和容災數據中心。計劃規(guī)模2028個機柜，占地約52畝，建筑面積約2萬m2，計劃建2棟模塊化數據中心+1棟辦公樓，機房IT服務器等數據設備負荷額定總功耗約13446kW，年滿負載耗電約11500萬度。該數據中心依據GB50174-A級標準進行建設，兼容美國TIA-942-Tier3+標準。數據中心附近電廠蒸汽源（距離數據中心約2km），可提供1.6MPa，300℃的過熱蒸汽，最大供汽流量可達到85t/h。

1.2 負荷需求

該項目的供冷范圍為數據中心機房，機房除了設備用房、水泵房、風機房、樓梯間、前室、合用前室、內走道等，其他房間全部進行空調設計，不含括該數據中心的配套辦公用房。冷負荷需求如表1所示。

2? 供冷方案設計

2.1 主要邊界條件

（1）能源站空調冷凍水系統(tǒng)采用二級泵系統(tǒng)，一級泵冷凍水系統(tǒng)母管為環(huán)路管網系統(tǒng)，二級泵冷凍水系統(tǒng)為雙管路系統(tǒng)，按2N冗余設計，冷凍水供回水溫度分別為15/21℃。

（2）不同供冷方案的能源站建設廠址均位于數據中心附近，能源站的循環(huán)水管負責接至數據中心圍墻外1m，數據中心圍墻以外的所有設備、管道等投資均歸于能源站。

（3）結合當地氣候特點，本項目冬季采用開式冷卻塔+板式換熱器提供自然冷卻免費制冷方式，能源站的年利用小時數按6000h計。

2.2 供冷方案設計

2.2.1 方案一（然氣分布式方案）

本方案在園區(qū)新建一座天然氣分布式能源站，為數據中心供冷和電。根據以冷定電的原則，建設規(guī)模為5×4.3兆瓦內燃機組（4用1備）+一套5×4650kV煙氣-熱水型溴化鋰機組（4用1備）+一套4×4571kV電制冷冷水機組，總占地約20畝。天然氣采用LNG供應方式，配套新建LNG氣化站，天然氣儲罐的規(guī)模為4×150立方，并設2500立方空溫式汽化器4臺，2用2備，定時切換。

運行方式：用電高峰時開溴化鋰機組，運行利用小時數為3500h/年;谷時開電制冷機組，運行利用小時數為2500h/年。

2.2.2 方案二（背壓機組方案）

該方案在園區(qū)新建背壓機組和制冷站，利用電廠出口蒸汽（壓力1.6MPa，溫度300℃）經過背壓機組發(fā)電后，壓力降為0.4MPa，溫度150℃，余熱利用后的蒸汽送入制冷站制冷，冷負荷供數據中心，背壓機發(fā)電以供能源站自用電，多余的電上網。建設規(guī)模為1×1.0MW蒸汽背壓汽輪機組+一套5×4650kV蒸汽型溴化鋰機組（4用1備）+一套4×4571kV電制冷冷水機組。背壓機組和制冷站占地總占地約4.5畝。同時新建蒸汽管道（DN300）3.5km至能源站。

運行方式：用電高峰時開溴化鋰機組，運行利用小時數為3500h/年;谷時開電制冷機組，運行利用小時數為2500h/年。

2.2.3 方案三（純電制冷方案）

該方案在園區(qū)新建一座純電制冷站，為數據中心供冷。建設規(guī)模為兩套4×4571kW電制冷冷水機組，總占地約3畝。運行方式：全時段開電制冷機組，運行利用小時數為6000h/年。

3? 方案對比

3.1 經濟性對比分析

根據表2分析可知，天然氣分布式方案：投資最高，收益率最低;背壓機組方案：投資中等，收益率居中;純電制冷方案：投資最低，收益率最高。

對于天然氣分布式方案，燃氣價格、供電價格、供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，在天然氣價格在2.7元/標方情況下，供冷價格需要達到0.45元/kW·h左右，方可滿足基準利率8%的要求。

對于背壓機組方案，蒸汽價格和供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，在目前蒸汽價格在120元/t情況下，供冷價格為0.36元/kW·h左右，已能遠遠超過基準利率8%的要求，由此可見，在項目周邊有可提供穩(wěn)定可靠的廉價汽源前提下，可優(yōu)先采用該方案對數據中心進行供冷。

對于純電制冷方案，電價價格和供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，純電制冷方案的供冷成本最低，在目前一般工業(yè)電價0.6736元/度，效益良好，單從經濟性方面看，較其他兩個方案具有明顯的優(yōu)勢。

3.2 節(jié)能及環(huán)境效益對比分析

將耗電量、耗氣量均折算成標準煤耗量，耗電量與標準煤耗量的折算系數取0.326kg/kW·h，天然氣與標準煤耗量的折算系數取1.2303kg/標方，蒸汽（壓力1.6MPa，溫度300℃）與標準煤耗量的折算系數取0.11kg/kg。按每千克標煤排放SO2量按2.53kg計，排放SO2量按0.018kg計，排放NOx量按0.0058kg計，排放煙塵量按0.0038kg計。不同供冷方案的能耗以及污染物排放量見表3。

根據表3分析可知，采用天然氣分布式方案能耗最低、污染物排放量最少、環(huán)境效益最高;背壓機組方案的能耗、污染物排放量略高于分布式方案;純電方案的能耗最高、污染物排放量最多、環(huán)境效益最差。

4? 結論

（1）不同供冷方案具有不同的適應性，需綜合考慮蒸汽價格、燃氣價格、供冷價格、供電價格、耗電價格、節(jié)能減排等項目相關因素，對比分析確定最佳供冷模式。

（2）天然氣分布式方案：投資最高、收益率最低、節(jié)能減排效果最佳;背壓機組方案：投資中等、收益率較高、節(jié)能減排效果較佳;純電制冷方案：投資最低，收益率最高、能耗最高、環(huán)境污染最嚴重。因此，兼顧節(jié)能減排和經濟性情況下，在項目周邊有可提供穩(wěn)定可靠的廉價汽源前提下推薦優(yōu)先采用背壓機機組方案。

（3）天然氣分布式供冷方案盡管在目前燃氣價格下經濟性不突出，但其綜合能源利用效率較高、節(jié)能減排效果顯著，在未來天然氣價格繼續(xù)下探情況下，降低運行成本后，該方案具有一定的推廣意義。

參考文獻

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