上海某數據中心供能系統控制策略的分析與選擇

上海某數據中心供能系統控制策略的分析與選擇

　　采用internet接入時，只需要一臺能上網的PC加數據中心軟件即可。文中路由器指的是一般公司上網時數據中心網絡拓樸圖，是通過路由器上網的，此時須在路由器上做一些設置。也可直接把寬帶接入線接至PC中來實現。不需要ISP開通服務。但在根據獲取的外網IP地址及方式選擇采用合適的動態域名軟件。

　　摘 要：本文結合數據中心的實際情況，采用以內燃機與煙氣熱水型溴化鋰機組為核心，輔以電制冷機組以及冷卻塔直冷系統的聯供系統，以冷電聯供形式降低數據中心空調的能耗。而后對系統中主要供能單元的特性進行了研究，通過分析比較各設備的變負荷性能，聯供系統不同負荷下的相對節能率，上海市分時電價及余電上網政策，對系統控制策略進行了描述。

　　關鍵詞：冷電聯供;數據中心;內燃機;控制策略

　　一、背景

　　當前，我國正步入大數據時代，而作為大數據處理載體的數據中心需求量也相應增加。數據中心運作時需要供電安全連續穩定，即需要龐大的電力作為保障，也因此增加了發電產生的環境污染。同時，與一些發達國家比，數據中心的能源利用率較低。因此，以提高能源利用率從而降低能耗的方式是當前數據中心節能的主要方式。

　　二、能耗分析

　　據統計，我國2013年落成的數據中心約43萬座[1]，龐大電力需求問題也越凸顯。據估算，2020年全國數據中心電力消耗將超過[2]。數據中心的能耗[3]組成如圖1所示，主要由IT設備的能耗、空調系統能耗及配電系統能耗，其中空調的能耗占比高達40%，因此降低空調能耗是數據中心節能的主要途徑。

　　三、供能系統

　　3.1 內燃機聯供系統

　　燃氣內燃機優點如下：規格齊全、價格便宜;熱能輸出形式多樣;啟動快、啟動耗能少;運行時安全可靠且變負荷性能好;排放環保。約500～600℃的高溫排煙氣及約85～95℃的缸套冷卻用水是其可回收的主要余熱形式，這些余熱經由回收裝置產生熱水或蒸汽。

　　其中，Ee，d，h，Qf，d，h，ηe，d，h，βe，d，h，Qrec，d，h，Qj，d，h，Qexh，d，h，ηC，d，h分別為設施d天h時的發電量，耗天然氣熱量，發電效率，部分負荷率，回收的余熱量，回收的缸套水熱量，排煙氣回收熱量以及系統效率。ηe，Ee為額定發電效率和發電量。ηdis能量損失。ηexc熱回收效率。

　　何曉紅，蔡睿賢[4]擬合出一組發電內燃機變工況特性公式，通過公式發現燃氣內燃機的排煙流量和溫度跟隨發電負荷的減少而降低。發電效率隨設備發電負荷減少而先增后減，即具有一個最佳發電效率。內燃機排煙溫度、排氣流量和發電效率與輸出功率的關系對應的擬合公式可表示為：

　　3.2 溴化鋰制冷系統

　　溴化鋰制冷系統中制冷劑為水，吸收劑為溴化鋰。系統特點：以熱制冷;系統安全可靠，且功耗小運行安靜;變負荷能力強。單效設施COP約0.65～0.7，熱源要求95～150℃熱或0.03～0.15MPa飽和蒸汽;雙效設施COP約1.1～1.2，熱源要求95～150℃熱水或0.25～0.8MPa飽和蒸汽。溴化鋰制冷設施設計時可在25%～100%區域間有效控制與調節。

　　溴化鋰制冷設施數學模型如下：

　　3.3 免費冷卻系統

　　免費冷卻利用天然的冷作為冷源�，F在主要的理念為在原空調制冷系統中新增板換一臺(圖3)，該系統無需新增動力設施，投資占地都少，在環境溫度滿足需求時電制冷設施關閉，通過板換熱。

　　四、控制策略

　　4.1 相對節能率控制

　　通常情況下，相對節能率為使用分產系統作為聯供系統的參照系統來反映聯供系統與常規分產系統在使用燃料數量上的差異：

　　在聯供系統中一般選擇2種參照系統：電網主要來源的火力發電廠;電制冷系統。我國超臨界火力發電效率45%，輸送網損為5%;電制冷機組的COPele本文考慮為5.0。雙效溴化鋰機組COP為1.1～1.2。當參照系統與聯供系統輸出同等冷量和電量時，參照系統輸入的燃料量為：

　　4.2 電價調節

　　參與調峰和經濟性考慮，運行模式體現以下兩點：上海市峰平谷電價機制中夜間電價便宜，且為起調峰作用，夜間用電制冷設備供冷;冬季及春秋兩季氣溫條件允許的情況下，優先使用直冷系統。即系統運行時間為春、夏、秋三季的6：00～22：00。

　　五、小結

　　本文對聯供系統中主要供能單元的特性進行了研究，為使冷電聯供系統的綜合效率提高，回避低負荷率運行，確保各臺機組均有穩定合理的運行時間。在環境直冷外，內燃機運行在春夏秋三季的6：00～22：00間，且供電負荷在45%～100%區間內。

　　參考文獻：

　　[1] 秦婷，張高記.數據中心節能減排措施探討[J].西安郵電學院學報，2013，18(4)：95-99.

　　[2] 張高記，陳學文.通信基站全生命周期節能減排措施探討[J].西安郵電學院學報，2011，16(2)：71-75.

　　[3] 田浩，李震，劉曉華，等.信息機房熱管空調系統應用研究[J].建筑科學，2010，26(10)：141-145.

　　[4] 何曉紅，蔡睿賢.內燃機及其熱電聯產系統的典型變工況解析特性[J].工程熱物理學報，2008，29(2)：191-194.

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