某銀行數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告.doc

目錄 I 某銀行燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)某銀行燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng) 可行性研究報告可行性研究報告 目錄 I 目 錄 1總論.1 1.1項目概況.1 1.2編制依據(jù).1 1.3編制范圍.2 1.4設計原則.2 2負荷需求分析.4 2.1建筑概況.4 2.2負荷分析條件.4 2.3負荷分析.6 2.3.1設計負荷要求.6 2.3.2辦公區(qū).6 2.3.3機房區(qū).7 3系統(tǒng)方案.8 3.1本項目能源站方案分析.8 3.1.1能源站方案基本要求.8 3.1.2三聯(lián)供系統(tǒng)適用性分析.8 3.2設備選型.9 3.3方案說明.10 4電力接入.11 4.1開發(fā)銀行供電概況.11 4.2電氣系統(tǒng)設計原則.12 4.3電氣接入方案.13 4.4配電室布置.13 目錄 II 5三聯(lián)供系統(tǒng)運行方案.14 5.1電氣系統(tǒng)運行方案.14 5.1.1燃氣發(fā)電系統(tǒng)運行方式.14 5.1.2可靠性分析.16 5.2空調系統(tǒng)運行方案.17 5.2.1余熱空調系統(tǒng)運行方式.18 5.2.2可靠性分析.18 5.3方案主要技術指標比較.19 6其它關鍵環(huán)節(jié).22 6.1燃氣供應.22 6.2平面布置.22 6.3消防.22 6.4環(huán)保.23 6.4.1大氣污染物排放.23 6.4.2噪聲污染控制.23 6.5勞動定員.23 6.6工程進度.24 6.7節(jié)能和環(huán)境效益分析.24 7經(jīng)濟評估.26 7.1投資估算.26 7.2項目財務評價結論.27 8結論和建議.28 8.1結論.28 8.2建議.28 9附錄一：三聯(lián)供技術簡介.29 9.1基本原理.29 目錄 III 9.2國際三聯(lián)供的市場發(fā)展.29 9.3國內三聯(lián)供的市場發(fā)展.30 9.4CCHP 在國外數(shù)據(jù)中心的應用 .31 9.4.1美國高通（Qualcomm）公司.32 9.4.2威瑞森（Verizon）公司通信交換站.33 9.5美國網(wǎng)絡應用公司（NETWORK APPLIANCE, INC）.34 10附錄二：能源站工藝流程圖.35 11附錄三：能源站布置平面圖.35 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 1 1總論總論 1.1 項目概況項目概況 國家開發(fā)銀行 XX 數(shù)據(jù)中心坐落于 XX 創(chuàng)新園地塊，是國家開發(fā)銀行在 XX 金融服務區(qū)建設的金融后臺。本數(shù)據(jù)中心總建筑面積 3.4 萬平米，其中機房面 積 1.5 萬平米，辦公面積 1.9 萬平米。 金融后臺建成后將滿足銀行今后 10 年的 IT 發(fā)展需求，包括各集團分公司 的需求、與中小金融合作的需求等，并保證一定的發(fā)展余量。本金融后臺還包 括各種銀行后臺業(yè)務的辦公區(qū)，其中包括軟件開發(fā)測試、結算清算、票據(jù)中心、 網(wǎng)絡銀行、呼叫中心、卡中心職能部門。 隨著國家對節(jié)能減排的重視以及對新能源技術的支持，燃氣冷熱電三聯(lián)供 系統(tǒng)已經(jīng)在國內各類公共建筑中得到實際應用，如上海浦東機場、北京燃氣集 團控制中心、北京火車南站和廣州大學城等大型公建都采用了三聯(lián)供技術。國 外三聯(lián)供系統(tǒng)還大量應用在數(shù)據(jù)中心等重要場合，根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計， 2008 年美國已經(jīng)有數(shù)十家數(shù)據(jù)中心采用了三聯(lián)供系統(tǒng)。已有實踐表明，三聯(lián)供 系統(tǒng)是一種適合數(shù)據(jù)中心負荷變化特點、運行安全穩(wěn)定、經(jīng)濟性較好的能源高 效利用技術。本報告將深入論證燃氣冷熱電三聯(lián)供在本項目中的適用性。 1.2 編制依據(jù)編制依據(jù) 主要編制依據(jù)如下： （1）中國電氣、燃氣、安全、建筑等相關設計規(guī)范，包括： 計算站場地技術要求(GB/T2887-2000) 采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范GB50019-2003； 公共建筑節(jié)能設計標準DBJ01-621-2005； 建筑設計防火規(guī)范GB50016-2006； 城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范GB50028-2006 分布式供能系統(tǒng)工程技術規(guī)程（試行） DGJ08-115-2005； 民用建筑電氣設計規(guī)范JGJ/T16-92； 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范GB50052-95； 低壓配電設計規(guī)范GB50054-95； 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 2 建筑物防雷設計規(guī)范GB50057-97（2000 年版） ； 人防防空地下室設計規(guī)范GB50038-2005； 10KV 及以下變電所設計規(guī)范GB50116-98； 民用建筑照明設計標準GBJ133-90； 通用用電設備配電設計規(guī)范GB50055-93； 爆炸及火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范GB50058-92； 建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范GB/T 50311-2000 等。 電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范GB50174-2008 電子信息系統(tǒng)機房工程設計與安裝09DX009 （2）甲方提供的初步方案說明、建筑設備平面圖等相關資料。 1.3 編制編制范圍范圍 本報告編制范圍為開發(fā)銀行規(guī)劃建筑燃氣冷、熱、電三聯(lián)供能源站，能源 站為 1.5 萬 m2新建機房區(qū)提供提供全年冷負荷，為 1.9 萬 m2新建辦公區(qū)提供提 供全年冷、熱以及熱水負荷。編制范圍包括能源站內工藝、電氣、自控、燃氣 供應系統(tǒng)。編制范圍不包括能源站室外 1.0 米以外的所有管線配套工程；能源 站以外的電氣、空調系統(tǒng)末端工程。 1.4 設計原則設計原則 三聯(lián)供能源站作為開發(fā)銀行新建建筑的配套設施，要配合銀行整體設計理 念，將其建設成為安全、高效、節(jié)能、低污染的現(xiàn)代化供能中心。本項目在考 慮能源中心建設項目時除了遵照國家及有關部委制訂的標準、規(guī)范進行項目實 施以外，還將遵循以下主要原則： 1. 保障數(shù)據(jù)中心的供能安全是首要原則。三聯(lián)供能源站直接關系到供應范 圍內用戶用電、用冷和用熱的安全性。對于開行數(shù)據(jù)中心來說，供能的安全性 至關重要：空調中斷會影響服務器的正常運行，增加出現(xiàn)故障的可能性；供電 中斷造成的數(shù)據(jù)丟失更會給銀行造成難以估量的損失。因此在開行數(shù)據(jù)中心的 能源方案設計中供能安全性將放在首要位置，所有重要負荷的供能均設置備用， 空調采用設備冗余、風冷和水冷兩種供冷系統(tǒng)、空調末端雙管路設置等備用方 式，供電更是采用兩路市電、UPS、柴油發(fā)電機組等三級備用。三聯(lián)供能源方 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 3 案應以不降低原供能系統(tǒng)的安全性為第一應遵循的原則，力求不改變原方案的 供能安全保證體系，并力求通過三聯(lián)供系統(tǒng)的引入增加系統(tǒng)的供能安全可靠性。 2. 緊密結合現(xiàn)有供能系統(tǒng)方案。開行數(shù)據(jù)中心前期已經(jīng)做了大量調研、方 案論證和設計工作，并形成了能源供應方案。新建的三聯(lián)供系統(tǒng)將以原建筑方 案和供能系統(tǒng)方案為基礎，不改變原方案的末端設計，僅在空調冷熱源和備用 發(fā)電機組方面作出調整。通過與原有供能系統(tǒng)的有機結合，增強三聯(lián)供系統(tǒng)的 可實施性。 3 結合實際發(fā)展要求，進行總體規(guī)劃、分步實施。結合開發(fā)銀行的規(guī)劃要 求，根據(jù)項目發(fā)展的實際情況進行總體規(guī)劃，能源建設在與項目相適應的前提 下逐步擴大、適度超前，以滿足實際需求為目的。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 4 2負荷需求分析負荷需求分析 2.1 建筑概況建筑概況 開發(fā)銀行項目總計建筑面積 3.9 萬 m2，其中機房面積 1.5 萬 m2，辦公面積 1.9 萬 m2，因此能源中心需要滿足機房的全年冷需求，辦公的冬季供熱、夏季 制冷以及全年的生活熱水需求。 2.2 負荷分析負荷分析條件條件 北京空調設計室外參數(shù)如下所示。 表 2-1 北京室外氣象計算參數(shù) 站臺位置大氣壓力hPa 室外計算相對濕 度（%） 室外平均風速 （m/s） 地名 北緯東經(jīng) 海拔 （m） 冬季夏季 最 冷 月 平 均 最 熱 月 平 均 最熱 14時 月平 均 冬季最 多風向 平均 冬 季 平 均 夏 季 平 均 北京39481162831.21020.4998.64578644.82.81.9 室外計算（干球）溫度（） 冬季夏季年平 均溫 度 () 采 暖 空氣 調節(jié) 最低日 平均 通風 通 風 空氣 調節(jié) 空氣調 節(jié)日平 均 計算 日較 差 夏季空氣 調節(jié)室外 計算濕球 溫度 （） 最熱 月平 均溫 度 （） 11.4-9-12-15.9-53033.228.68.826.425.8 2月8日3月20日4月29日6月8日7月18日8月27日10月6日11月15日 12月25日 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 日干球溫度統(tǒng)計 干球溫度（） 日期 日平均溫度（） 日最高溫度（） 日最低溫度（） 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 5 圖 2-1 全年日平均溫度分布 2. 室內計算參數(shù) 機房室內環(huán)境參數(shù)要求 （1）主設備區(qū)環(huán)境參數(shù)要求 溫度：2025； 相對濕度：4055； 最大露點：21 C； 溫度變化率：5/h,并不得結露； （2）配套房間環(huán)境參數(shù)要求 UPS 室溫度：27； 電力室溫度：28； 電池室溫度：25； 無濕度限制； （3）機房潔凈度要求 機房內灰塵粒子應為非導電、非導磁及無腐蝕的粒子。 灰塵粒子濃度應滿足： 1）直徑大于 0.5m 的灰塵粒子濃度18000 粒/升。 2）直徑大于 5m 的灰塵粒子濃度300 粒/升。 （4）機房正壓要求 主設備區(qū)較室外高：10Pa。 3. 供能時間 根據(jù)北京市的氣候條件和銀行的建筑特性，除機房要求全年制冷外，考慮 開發(fā)銀行辦公區(qū)每年采暖期 5 個月（11 月 1 日次年 3 月 31 日） ，制冷期 5 個 月（5 月 1 日9 月 30 日） 。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 6 2.3 負荷分析負荷分析 2.3.1設計負荷要求設計負荷要求 根據(jù)業(yè)主及設計院提供的設計資料，確定開發(fā)銀行項目的設計負荷： 表 2-2 開發(fā)銀行建設項目設計負荷指標 面積冷負荷熱負荷電負荷熱水負荷 不同功能 m2kWkWkWkW 機房15000773512000 辦公1900016151330100050 合計34000935013301300050 2.3.2辦公區(qū)辦公區(qū) 辦公區(qū)設計日負荷變化曲線如下圖所示： 24681012141618202224 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 冷負荷 熱負荷 電負荷 熱水負荷 負荷/kW 時間/h 圖 2-2 辦公區(qū)設計日負荷變化曲線 上圖所示為 100%負荷情況下的預測的辦公區(qū)的冷、熱、電及生活熱水日負 荷變化規(guī)律?？梢钥闯鲐摵删谏习嗥陂g較大，隨后隨著人員作息變化，到傍 晚下班后負荷逐漸降低，其中熱負荷在剛上班后達到峰值，而冷負荷則在下午 三點左右達到峰值。夏季夜間冷負荷很少，而冬季夜間室外氣溫較低，有部分 熱負荷需求。熱水負荷則隨著餐飲、人員活動規(guī)律特點變化。 由于設計負荷通常必須保證建筑物最大的冷、熱、電負荷需求，參照同類 建筑的運行情況，辦公區(qū)的實際冷負荷大多在 50W/m2左右，因此夏季制冷期 的冷負荷需求平均在 1000kW；辦公區(qū)的實際熱負荷大多在 40W/m2左右，因此 夏季制冷期的冷負荷需求平均在 800kW；而實際電負荷需求平均在 500kW。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 7 2.3.3機房區(qū)機房區(qū) 機房區(qū)設計日負荷變化曲線如下圖所示： 24681012141618202224 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 7200 8000 夏季冷負荷 夏季電負荷 冬季冷負荷 冬季電負荷 負荷/kW 時間/h 圖 2-3 機房區(qū)設計日負荷變化曲線 上圖所示為 100%負荷情況下的預測的機房區(qū)冬夏季冷負荷和電力日負荷變 化規(guī)律。機房區(qū)全年冷負荷變化小，因此要求全年制冷運行，冷負荷隨季節(jié)變 化有一定幅度的波動，夏季平均負荷約在 7500kW，冬季平均負荷約在 5800kW，總體上看全年均維持在較高水平。 機房一期供電共有兩段 10kV 高壓母線，兩段 10k 母線互相備用，在一段 母線故障時才使另一段母線承擔最大 10000KVA 的負載，日常運行時每段母線 最大負荷 5000kVA，約合 4000kW?？紤]到一定的設計余量及同時系數(shù)，預計 各段母線實際運行負荷在 2500kW 左右。二期供電系統(tǒng)配置與一期相同。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 8 3系統(tǒng)系統(tǒng)方案方案 3.1 本項目能源站方案分析本項目能源站方案分析 3.1.1能源站方案能源站方案基本要求基本要求 三聯(lián)供系統(tǒng)主要由發(fā)電設備、余熱利用設備、空調調峰設備及相關主輔設 備構成。目前三聯(lián)供系統(tǒng)中應用較多的發(fā)電機形式有燃氣輪機、燃氣內燃機和 微燃機。余熱利用設備有各種形式的余熱吸收式空調機組，與發(fā)電機組相結合 可以組成不同的三聯(lián)供系統(tǒng)工藝形式，如發(fā)電機組的煙氣和缸套水直接進入余 熱吸收式空調機組，或發(fā)電機組的煙氣和缸套水先通過余熱鍋爐產生蒸汽或熱 水再進入蒸汽或熱水型吸收式空調機組等。 上述各種設備及工藝組合均已經(jīng)發(fā)展成熟，在目前國內外的三聯(lián)供項目中 都有不同程度的應用，并且在國外有許多數(shù)據(jù)中心也采用了各種形式的三聯(lián)供 系統(tǒng)。國內三聯(lián)供系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應用起步較晚，因此本報告將結合本項目 具體特點，重點論述燃氣冷熱電在本項目中的適用性。論述中將遵循以下基本 要求： 1. 以提高供能安全可靠性為第一原則，新增燃氣發(fā)電供能系統(tǒng)及余熱供冷 系統(tǒng)應提高系統(tǒng)供電和供冷的安全性。 2. 新增三聯(lián)供系統(tǒng)應與大電網(wǎng)以及備用發(fā)電機組、常規(guī)供冷系統(tǒng)有機結合， 不影響原系統(tǒng)的使用。 3. 與已有的開發(fā)銀行相關建筑的規(guī)劃、設計方案和工程進度相結合，充分 結合項目的實際需求。 3.1.2三聯(lián)供系統(tǒng)適用性分析三聯(lián)供系統(tǒng)適用性分析 傳統(tǒng)機房規(guī)模較小，其機房供冷多為專用的機房空調系統(tǒng)，冷媒為 R410A 等制冷劑。隨著機房規(guī)模逐漸擴大和制冷技術的日益成熟，越來越多的大型數(shù) 據(jù)中心采用了水冷中央空調系統(tǒng)，本項目在設計中也采用了這種高效、節(jié)能的 大型空調技術，機房供冷設計供回水溫度為 7/12，辦公供熱設計供回水溫度 為 50/40。三聯(lián)供系統(tǒng)的余熱供冷系統(tǒng)為水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)機房空調較難結合， 但是與水冷中央空調系統(tǒng)在本質上屬于同一形式。因此，本項目采用水冷電空 調系統(tǒng)的先進設計理念為實現(xiàn)與三聯(lián)供系統(tǒng)在空調供應方面的有機結合創(chuàng)造了 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 9 有利條件。 三聯(lián)供系統(tǒng)將在本項目供電系統(tǒng)中增加燃氣發(fā)電設備，在故障或運行一定 時間例行維護時會出現(xiàn)燃氣發(fā)電設備之間或燃氣發(fā)電設備與市電之間的切換， 隨著電力電子技術的發(fā)展，STS 靜態(tài)轉換開關的切換時間已經(jīng)可以達到 8ms 以 內，遠小于 IT 系統(tǒng)所要求的的不間斷時間為十幾毫秒，完全可以滿足 IDC 機 房的不間斷供電要求，況且數(shù)據(jù)中心重要負荷一比一配置的 UPS 電源在外電完 全失電的情況下可以可以維持系統(tǒng)運行 20 分鐘以上，數(shù)據(jù)中心本身的這種設備 使得三聯(lián)供發(fā)電設備在數(shù)據(jù)中心的應用不會對系統(tǒng)造成任何影響。 本項目原設計中在變壓器低壓側設置了與各臺變壓器一一對應的柴油備用 電源，在采用三聯(lián)供系統(tǒng)后，相當于又增加了一路電源，因此可以適當減少柴 油備用發(fā)電機組的設置，并且可以通過采用油氣兩用的發(fā)電機組使得原柴油備 用的可靠性并不降低。柴油備用發(fā)電機組的減少使得本項目采用三聯(lián)供系統(tǒng)的 優(yōu)勢更為突出。 因此，本項目在客觀上具有在原方案基礎上引入三聯(lián)供系統(tǒng)的有利條件。 3.2 設備選型設備選型 1. 主要系統(tǒng)配置：燃氣內燃發(fā)電機，煙氣熱水型余熱直燃機。其中 2 臺發(fā) 電機共同直接對接 1 臺煙氣熱水型余熱直燃機。 表 3-1 各主要設備及技術基本參數(shù) 序 號 名稱規(guī)格型號 單 位 數(shù) 量 備注 1油氣兩用燃氣內燃發(fā)電機發(fā)電量:2370kW,發(fā)電效率:40%臺4一期投入2臺 2煙氣熱水型余熱直燃機制冷量:4652kW,制熱量:3582kW臺2一期投入1臺 3柴油發(fā)電機組發(fā)電量:4000kW臺2一期投入1臺 4缸套水換熱器板式換熱器,Q=1300kW臺4一期投入2臺 5缸套水散熱器板式換熱器,Q=1300kW臺4一期投入2臺 中冷水散熱器板式換熱器,Q=150kW臺4一期投入2臺 2. 輔助設備： 水泵、冷卻塔等附屬設備選型與原設計方案一致，其投入進度與主設備投 入進度相適應。另外保留原設計中 5 臺（4 用 1 備）750RT 電制冷機組中的 2 臺作為一期余熱直燃機供冷的補充和終期停止燃氣空調方式的備用。 空調系統(tǒng)管路布置與原設計方案相同，重要負荷設置雙管路系統(tǒng)。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 10 本三聯(lián)供系統(tǒng)采用燃氣發(fā)電設備直接對接余熱型吸收式空調設備的系統(tǒng)構 成方式，燃氣發(fā)電機組出線電壓為 10kV，分別接入一段 10kV 母線；取消原有 的低壓側備用柴油發(fā)電機組；余熱型吸收式空調機組空調水參數(shù)與電制冷機組 相同，按照原設計方式接入空調系統(tǒng)。系統(tǒng)末端設計及能源輸配系統(tǒng)的冗余設 計與原設計相同。 3.3 方案說明方案說明 對上述三聯(lián)供系統(tǒng)方案說明如下： 1 三聯(lián)供系統(tǒng)中的燃氣發(fā)電設備雖然替代了柴油發(fā)電機組，但是其運行方 式由簡單備用變?yōu)槌Ｓ谩樘岣咂溥\行負荷率，方案中將其接入方式改為在 10kV 高壓母線上接入，更有利于根據(jù)各變壓器所帶負荷變化調整發(fā)電機組出力。 2 三聯(lián)供系統(tǒng)設計應優(yōu)先考慮與市電并網(wǎng)運行，因此將燃氣發(fā)電設備分為 兩組，各自并入一段 10kV 進線。但是同時也應考慮短期內或市電故障情況下 燃氣發(fā)電系統(tǒng)獨立運行滿足數(shù)據(jù)中心負荷的可能，因此從設備選型及接線設計 方面均考慮使得燃氣發(fā)電機組總容量完全可以滿足獨立運行保障本項目所有重 要電負荷的要求。 3 本項目建設進度分為一期、二期兩個階段，三聯(lián)供系統(tǒng)的投入也可分階 段投入。如前期先投入 2 臺油氣兩用內燃發(fā)電機組，后期根據(jù)項目負荷情況和 并網(wǎng)接入情況再考慮投入后期的設備；余熱利用設備也可采用分期投入，一期 投入 1 臺余熱直燃機組，二期再投入一臺余熱直燃機組。 4 燃氣輪機方案的最大優(yōu)勢在于系統(tǒng)簡單，機房占地面積較少，但是由于 采用高壓燃氣在機房選址、消防安全等方面要求較高，因此本報告暫以燃氣內 燃機方案為主論述本項目中三聯(lián)供系統(tǒng)的實施方案。 5 原方案設計中采用的蓄冷系統(tǒng)是一種先進的能源技術，原設計理念是利 用夜間低谷電價蓄冷，對于三聯(lián)供系統(tǒng)來說，蓄冷更可以起到調節(jié)發(fā)電和余熱 利用平衡的重要作用，因此在方案中仍采用了與原設計相同的蓄能系統(tǒng)。 6 本報告以下方案論述及技術經(jīng)濟性分析主要針對項目一期采用 2 臺燃氣 內燃機、1 臺煙氣熱水型余熱直燃機和 1 臺備用柴油發(fā)電機組組成三聯(lián)供系統(tǒng) 的情況。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 11 4電力電力接入接入 4.1 開發(fā)銀行供電概況開發(fā)銀行供電概況 在前期開發(fā)銀行的方案設計中，數(shù)據(jù)中心報裝容量為 20000kVA，從兩個 110kV 變電站引來四路 10kV 進線，分兩期引入兩個 10kV 開閉站內。下端配有 16 臺 2000kVA 變壓器 1 用 1 備接入 400V 低壓母線，同時備用 9 臺 2500kVA 柴油發(fā)電機接入 400V 低壓系統(tǒng)，在市電故障情況下供應數(shù)據(jù)中心負荷需求。 根據(jù)上述資料并參照 TIA942 建設標準，以及電子信息系統(tǒng)機房設計 規(guī)范在保障配電系統(tǒng)整體水平不低于 Tier III 標準設計的基礎上，電氣系統(tǒng)一次 接線圖如下，并在此基礎上進行三聯(lián)供系統(tǒng)設計。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 12 圖 4-1 電氣系統(tǒng)一次接線圖 4.2 電氣系統(tǒng)設計原則電氣系統(tǒng)設計原則 為充分發(fā)揮三聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟性，三聯(lián)供系統(tǒng)設計應以并網(wǎng)運行為基本原 則，同時應保證不向電網(wǎng)反送電。在目前的電力政策及并網(wǎng)技術下，制定和選 擇三聯(lián)供系統(tǒng)并網(wǎng)方案主要考慮以下因素： 1 較好的電力主接線方式，它不僅決定了下一步的電氣設計和施工可行性， 而且它還直接影響系統(tǒng)投運后的運行方式優(yōu)化和運行維護工作的難度，繼而直 接關系到運行成本和收益。 2 根據(jù)目前的電力政策，不允許三聯(lián)供系統(tǒng)配電末端向電網(wǎng)反向送電，因 此必須增加防有功倒送措施，以防止低負荷時發(fā)電機過剩的電能被送到網(wǎng)上。 3 當在配電末端增加一個較大電源時，繼電保護必須作相應的調整，主要 考慮兩個方面，一是電網(wǎng)的保護增設和整定，二是發(fā)電機的保護配置。 4 國家對電源的管理有嚴格規(guī)定，雖然對燃氣小機組還沒有明確的要求， 但是從安全角度出發(fā)，應有必要的安全管理和電量管理措施。 5 設計三聯(lián)供系統(tǒng)后要和供電部門關于電能的計量協(xié)商一致，維護電力公 司和用電單位的利益。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 13 根據(jù)本項目發(fā)電設備選型、變配電設備及負荷分配特點，具體考慮本三聯(lián) 供系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設計并網(wǎng)原則如下： 1 由于所選發(fā)電機組容量較大，出線電壓為 10kV，所以本項目主要考慮 10kV 高壓并網(wǎng)。 2 本項目用電需求大，變壓器數(shù)量較多，在電氣系統(tǒng)設計階段即應考慮與 三聯(lián)供系統(tǒng)充分配合，使得燃氣發(fā)電機組的供電范圍盡量擴大。 根據(jù)上述原則及園區(qū)高低壓接線和變壓器設置情況初步考慮本項目發(fā)電機 組并網(wǎng)方案如下所示。 4.3 電氣接入方案電氣接入方案 三聯(lián)供系統(tǒng)將與市電并網(wǎng)運行，但發(fā)電機組所發(fā)電力全部在本項目范圍內 消耗，不允許向電網(wǎng)反送電力?？紤]到并網(wǎng)實施過程可能較長或者實際運行中 電網(wǎng)故障等問題，在并網(wǎng)方案中也將考慮三聯(lián)供系統(tǒng)獨立運行的可行性。 此接入方案不改變開發(fā)銀行 XX 數(shù)據(jù)中心原有電力接入方式，作為三聯(lián)供 方案只是在 10kV 開閉站引入了兩路市電外的第三路冗余電源，并且發(fā)電機組 采用柴油/天然氣雙燃料機型以提高系統(tǒng)可靠性，另外仍設置柴油設備用機組。 系統(tǒng)運行時發(fā)電機組與市電一起作為常用電源，大大提高了 XX 數(shù)據(jù)中心的供 電可靠性。 在并網(wǎng)運行模式下，各有一組燃氣內燃機與單個開閉站的一段母線并網(wǎng)， 當該段外網(wǎng)供電故障時，可通過倒閘操作與另外一段母線并網(wǎng)。同時另外設有 備用機組，當市網(wǎng)發(fā)生故障時投入使用。 如暫時不能實施并網(wǎng)運行，則兩臺燃氣發(fā)電機組并機運行后獨立承擔一段 10kV 母線的全部負荷，此時以市電作為該段母線的備用電源。另一段母線負荷 仍由市電滿足。 4.4 配電室布置配電室布置 采用三聯(lián)供系統(tǒng)后，機房配電系統(tǒng)需要增加兩臺開關柜和一個并機柜。并 機柜應布置在便于監(jiān)視的地方，如控制室。開關柜可以根據(jù)并網(wǎng)方案布置在與 相應變壓器便于接線的位置，如可以在并網(wǎng)變壓器后增加適當?shù)倪M線間隔。其 它開關柜數(shù)量根據(jù)采用的切換點數(shù)量、接線方式等進一步確定。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 14 5三聯(lián)供系統(tǒng)運行三聯(lián)供系統(tǒng)運行方案方案 5.1 電氣系統(tǒng)運行方案電氣系統(tǒng)運行方案 5.1.1燃氣發(fā)電系統(tǒng)運行方式燃氣發(fā)電系統(tǒng)運行方式 數(shù)據(jù)中心供電分為一期、二期建設，一期供電共有兩段 10kV 高壓母線， 每段母線配有四臺 2000kVA 變壓器負責數(shù)據(jù)中心負載，一臺 1250kVA 變壓器 承擔辦公負載。一期設計負荷最大約 10000KVA，因為兩段 10kV 母線互相備 用，在一段母線故障時另一段母線單獨承擔全部 10000KVA 負載，因此每段母 線日常最大負荷應為 5000kVA。據(jù)此本三聯(lián)供發(fā)電機一期配備 2 臺 2370kW 燃 氣發(fā)電機組，分別在兩段 10kV 母線上并網(wǎng)。 并網(wǎng)運行時，正常情況下根據(jù)電負荷變化情況調整發(fā)電機組出力，在保證 發(fā)電機組高效運行的基礎上，控制一定比例的電負荷由市電供給，其余由發(fā)電 機組供應。 如果暫時不能實現(xiàn)與市電并網(wǎng)運行，則兩臺燃氣發(fā)電機組并機后接入一段 10kV 母線上，按照目前的設備選型可以滿足全部負荷需求，另一段 10kV 母線 仍由市網(wǎng)供電。如果能爭取到 1 路市電作為燃氣發(fā)電機組獨立運行的備用電源， 則當一臺發(fā)電機組檢修或故障時首先切換至市電運行方式，如市電故障可由柴 油發(fā)電機組與沒有發(fā)生故障的油氣兩用發(fā)電機組共同滿足電負荷需要；如果沒 有市電作為獨立備用，則當一臺發(fā)電機組檢修或故障時首先切換至另一路 10kV 供電，如另一路 10kV 也發(fā)生故障，則由柴油發(fā)電機組與沒有發(fā)生故障的油氣 兩用發(fā)電機組共同滿足電負荷需要，此時可能需要關掉部分不重要的負荷。 當燃氣供應系統(tǒng)發(fā)生故障、并且市電也發(fā)生故障時，由柴油發(fā)電機組與三 聯(lián)供系統(tǒng)的兩臺油氣兩用發(fā)電機組共同滿足項目用電需求，三臺機組總容量 10000kW，與原方案中的備用柴油發(fā)電機組容量基本相同，可以完全滿足獨立 帶載的要求。備用柴油量與原設計方案相同，以保證柴油發(fā)電機組滿負荷工作 48h 為宜。儲油裝置的位置與原設計方案相同。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 15 圖 5-1 一期三聯(lián)供系統(tǒng)一次接線簡圖 5.1.1.1 發(fā)電機并網(wǎng)運行模式分解發(fā)電機并網(wǎng)運行模式分解 1、1，2#發(fā)電機斷路器分別與 1，2#市電斷路器并列運行； 2、1，2 段 10kV 母線中發(fā)電機日常運行負荷率在 50%以上調節(jié)（只開常用 發(fā)電機組） ，同時保證有部分電力由市電供應； 3、如 1 路 10kV 市電故障，斷開其斷路器，閉合兩段 10kV 母線母聯(lián)開關， 由另一路 10kV 市電及兩臺發(fā)電機組共同帶載運行； 4、如兩路市電均發(fā)生故障，啟動備用柴油發(fā)電機組與兩臺油氣兩用發(fā)電機 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 16 組共同承擔市電負載； 5、如發(fā)電機故障，市電可自動加大負載，承擔起發(fā)電機負載。 6、燃氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，油氣兩用發(fā)電機組以單獨燃燒柴油方式運行保證 系統(tǒng)電力供應。 5.1.1.2 發(fā)電機獨立運行模式分解發(fā)電機獨立運行模式分解 1、此時的狀態(tài)為兩臺油氣兩用發(fā)電機組并機后獨立滿足一段 10kV 母線負 荷，另一段 10kV 母線負荷仍由市電滿足。 2、如仍有 1 路 10kV 市電作為獨立運行發(fā)電機組的備用，則當發(fā)電機組出 線故障時該母線負荷全部切換至備用 10kV 市電。 3、如無 10kV 市電作為備用，本獨立運行系統(tǒng)仍可保證供電的安全可靠性。 當一臺發(fā)電機組出現(xiàn)故障時，將故障發(fā)電機組解列，同時投入備用柴油發(fā)電機 組，通過調整發(fā)電機組出力，使得保留的燃氣發(fā)電機組出力盡可能高。 4、當一臺發(fā)電機組出現(xiàn)故障時，也可將三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電機組均解列，同時 閉合 10kV 母聯(lián)開關，由另一路 10kV 市電滿足全部負荷需要。 5、當市電發(fā)生故障時，備用柴油發(fā)電機組與兩臺油氣兩用發(fā)電機組可以共 同承擔全部負載； 6、燃氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，油氣兩用發(fā)電機組以單獨燃燒柴油方式運行保證 系統(tǒng)電力供應。 5.1.2可靠性分析可靠性分析 無論是在并網(wǎng)或者獨立運行方案的方式下，10kV 出線的三聯(lián)供發(fā)電機安全 可靠性都可滿足 IDC 機房的應用條件，主要原因如下： 1、并網(wǎng)條件下相當于在每路 10kV 進線基礎上增加了一路電源，經(jīng)過合理 設置電氣保護，新增燃氣發(fā)電電源的狀態(tài)變化不會影響原有 10kV 進線的正常 運行，反而在 10kV 進線故障狀態(tài)下燃氣發(fā)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(tǒng)可靠性； 2、如果 1#，2#市電全部中斷，所配發(fā)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； 3、在發(fā)電機獨立運行方案中，發(fā)電機故障停機或者啟動時需要與市電系統(tǒng) 進行進行一次短暫的無間斷切換，數(shù)據(jù)中心內的電子信息設備的無間斷故障時 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)地無間斷切換。 在三聯(lián)供系統(tǒng)設計中建議燃氣發(fā)電機組接入 10kV 母線，并取消原有低壓 側的備用柴油發(fā)電機組，進一步提高了系統(tǒng)可靠性，主要原因如下： 1、低壓備用發(fā)電機接在低壓母線上，低壓系統(tǒng)中的 UPS 可能產生大量的 諧波，會對發(fā)電機的運行產生影響，而燃氣發(fā)電機組接在高壓側，有變壓器的 隔離，諧波對發(fā)電機的影響將大大減?。?2、低壓備用發(fā)電機組為日常備用機組，如發(fā)電機保養(yǎng)不當，故障不能及時 排除，一旦突然事故發(fā)生，可能會因啟動后帶載故障發(fā)生而停機，可能給數(shù)據(jù) 中心的安全運行事故，而燃氣發(fā)電機組為日常使用機組，可及時保養(yǎng)并排除故 障，消除備用發(fā)電機帶載故障隱患； 3、發(fā)電機組接在低壓，一段母線對應一臺發(fā)電機組，各段母線負荷分配不 均，發(fā)電機整體效率差，而燃氣發(fā)動機接在高壓側，發(fā)電機的出力會根據(jù)下級 4 段母線的負荷大小進行調整，且發(fā)電機為多臺并機，可根據(jù)負荷自動調整發(fā) 電機臺數(shù)和負荷大小，使得發(fā)電機運行在一個良好的狀態(tài)下； 4、三聯(lián)供用發(fā)電機全部為燃氣/燃油雙燃料發(fā)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(fā)電機，保障系統(tǒng)運行。 5.2 空調系統(tǒng)運行方案空調系統(tǒng)運行方案 采用本三聯(lián)供系統(tǒng)后空調系統(tǒng)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(fā) 電機組滿發(fā)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(tǒng)設計、空調系統(tǒng)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(shù)與電制冷機組相同，因此其接入空 調系統(tǒng)的方式與原冷水機組相同。三聯(lián)供系統(tǒng)中與原設計相同的部分在本報告 中不做詳細論述。 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)可行性研究報告 18 5.2.1余熱空調系統(tǒng)運行方式余熱空調系統(tǒng)運行方式 5.2.1.1 夏季工況夏季工況 1. 基本運行方式 1）夏季工況下，辦公區(qū)和機房區(qū)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(yōu)先采用發(fā)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(qū)，另一路單獨送往辦公區(qū)。 2）冬季工況下，辦公區(qū)需要供熱，而機房區(qū)仍然需要制冷。優(yōu)先利用發(fā)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(fā)電機組的缸套水熱 量可基本滿足供熱需求。余熱直燃機優(yōu)先利用發(fā)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(qū)。 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(jié)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(qū)供熱的補充。 2. 故障工況下運行模式 1） 發(fā)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(fā)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(tǒng)可以蓄存多余發(fā)電余熱供冷量，調節(jié)三聯(lián)供系統(tǒng)的運行特性， 還可以增加一路機房供冷系統(tǒng)。 5） 即使在發(fā)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(tǒng)也能滿足機房的不間斷負荷要求。 5.2.2可靠性分析可靠性分析 1. 余熱直燃機組設置全補燃功能，即使在沒有發(fā)電余熱的情況下，也可通 某銀行稻數(shù)據(jù)中心燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)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(tǒng)故障時仍能保 證供冷需求。 2. 冷卻水系統(tǒng) N+1 設置，并設計冷卻水蓄水槽，保障冷卻系統(tǒng)可靠運行。 3. 水管路系統(tǒng)選用雙系統(tǒng)，任意一路出現(xiàn)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(tǒng)。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(shù)季節(jié)中系統(tǒng)主要啟用經(jīng)濟節(jié)能的水冷 系統(tǒng)，而在不滿足水冷型機組運行的季節(jié)或系統(tǒng)發(fā)生故障及檢修維護時才啟用 風冷系統(tǒng)。采用雙冷源機組雖然會增加項目的初投資費用，但系統(tǒng)安全可靠性 較高，且運營成本可以大大降低。 5. 根據(jù)北京市氣象條件特點，在過渡季和冬季多數(shù)時段還可以直接利用室 外豐富的自然冷源對機房環(huán)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(jié)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。 5.3 方案主要技術指標比較方案主要技術指標比較 按照北京市現(xiàn)行各種能源價格對開行數(shù)據(jù)中心燃氣內燃機三聯(lián)供方案一期 項目進行簡單技術經(jīng)濟計算如下表所示。其中并網(wǎng)運行方