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结合天然气分布式能源站的应用解读数据中心评级标准

作者:中国储能网新闻中心 来源:分布式能源 发布时间:2018-07-06 浏览:
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本文通过对目前国内数据中心评级使用的两套主流标准体系的最新版进行分析梳理,重点研究讨论有关供电系统和供冷系统配置的要求,以期结合天然气分布式能源站的自身特点,从此能源站自身更宏观的角度,解读将天然气分布式能源站应用于数据中心时不可忽视的设计要求。为天然气分布式能源站在数据中心的应用寻找更佳的解决方案助力。

科技发展使数据中心正成为一种越来越具发展前景的产业。同时,作为高能耗型建筑,其供能系统与新兴天然气分布式能源站应用的结合也引起了广泛的关注。然而,数据中心对高可靠性和高可用性的追求及其对评级的需求,难免使最终设计引入天然气分布式能源站的供能系统方案略显臃肿。为使此类方案得以进一步优化和合理精简,本文结合天然气分布式能源技术特点,对数据中心主流评级体系进行分析研究与归纳,以促进此类方案的优化。

1 数据中心评级标准体系概述

当今世界已有多家机构发布了数据中心的评级标准体系,如TUI、ASHRAE、TGG、AFCOM、TIA、ISO、BICSI、EN等。但目前我国国内参考较多且较为认可的主要有两个标准:ANSI/TIA-942-B和GB50174,且均于今年推出了新版本。本文对两套数据中心标准规 范 的 最 新 版 ,ANSI/TIA-942-B-2017和GB50174-2017进行分析研究。

ANSI/TIA-942-B-2017是美国国家标准学会电信产业协会推出的一套数据中心标准规范,引用了Uptime Institute 的四个级别:Tier I、Tier II、TierIII、Tier IV,级别要求从I到IV依次升高 。GB50174-2017《数据中心设计规范》则是我国国标GB50174-2008《电子计算机机房设计规范》的升级版,其中列出数据中心的三个级别C、B、A,级别要求从C到A依次升高。

鉴于评级对于数据中心商业价值的巨大影响, 若要对数据中心的供能系统进行改变创新,不仅需要探讨改变的技术可行性,还要顾及主流数据中心评级标准体系对各级数据中心的要求。

2 天然气分布式能源与数据中心供能系统的契合度分析

数据中心的能耗主体为其IT设备,其电负荷和冷负荷比例接近1。用于数据中心的天然气分布式能源站通常也能实现约44%左右的发电效率和约46%左右的余热利用效率,当采用COP 在1左右的溴化锂吸收式制冷机组时,其供电供冷比例也接近于1,两者供电供冷比例相当。可保证能源利用的充分性和稳定性。

另一方面,数据中心对可用性高标准的追求, 也使得实现能源站优良经济性的超长时间运行条件成为可能。

3 数据中心评级标准体系研究分析

天然气分布式能源融入数据中心供能系统,主要是影响到其供电系统、供冷系统。因此,虽然数据中心的评级内容涉及各个专业,本文仅对其中与供电、供冷系统关联较大的内容进行分析研究。

如果主电网十分可靠,或数据中心处理的数据敏感性要求较低、或不严格要求数据的实时可读取性, 则数据中心设施的有效性百分比将降低,它们会被归类为Tier I、Tier II或GB-C级。但当前趋势下,新建数据中心的级别趋向更高级别发展。因此本文的讨论也侧重于Tier III、Tier IV以及GB-B、GB-A级。

4 供电系统相关要求

常规数据中心的供能系统能量输入,几乎全部依靠电力。只有一些数据中心的冷却系统在设计时会引入一些自然冷却技术,然而其设备的自耗能源仍多以电能为主。典型的数据中心供电系统由中压配电、变压器、低压配电、不间断电源、末端配电以及发电机组等设备组成。不间断电源的作用主要是应对市电中断、发电机启动前的能量供应, 确保用电负载的持续供电。发电机组的主要作用则是市电中断时立即启动为负载提供持续、稳定的电力供应。数据中心在获取市电、配UPS同时,会为一些电源要求较高的用户配置柴油发电机组作为备用电源,以保证供电系统的可靠性和可用性。

数据中心所拥有的提供持续电源和应急电源的设备数量以及这些环节的设计方案是决定它们属于哪一等级的重要因素。结合数据中心典型供电系统模型和标准中的各级要求,分析整理结果见表1:

新建设的数据中心通常都会达到Tier IV、TierIII级别或GB-A、GB-B级别。由表1可见,在这种级别要求下,数据中心需采用双路市电(自同一或不同变压器),同时配置1到2组备用持续电源。传统配置中,备用持续电源均采用柴油发电机组。当引入天然气分布式能源站时,首先便是改变了其持续电源的配置状况。

应急备用电源UPS 部分的配置,则受天然气分布式能源站引入的影响相对间接。两个标准对其的具体要求参见表2。可根据不同等级的数据中心设计对该部分的可用性和可靠性规划选择不同的供配电系统UPS方案。

此外,与供电系统相关的还有对数据中心主要终端用电设备(如IT 设备、电制冷机等)采用单源型或双源型的要求。GB50174-2017中没有就此明确列出,但ANSI/TIA-942-B-2017对此进行了具体说明,参见表3:

5 供冷系统相关要求

就数据中心的冷却系统而言,虽然蒸发冷却和液体冷却技术在加速发展,但当前,以水为载冷剂带自然冷却的冷冻水机组的应用还是大多数数据中心的主要选择。它具有集中冷源、能耗较低、技术成熟稳定等特点,应用深入人心。冷冻水供冷系统,使数据中心的供冷系统与天然气分布式能源的余热制冷融合成为可能。

总结两个标准中对数据中心的供冷系统及其设备配置的要求,见表3和表4。

可见,大型数据中心的供冷系统主要设备(如冷水机组、泵等)的配置数量只要达到 N+1台即可。对于Tier IV和GB-A级别的大中型数据中心,应采用双供双回。此外,常规采用的电冷机具有双路供电接口,推及天然气分布式能源的溴化锂余热制冷机组也宜设计双路热源管路汇入机组入口。

6 结语

针对现有的引入天然气分布式能源站的数据中心供能系统实例,其除去分布式能源站后的部分与未引入分布式能源站之前并无区别,均存在优化和精简的空间。望本文结合天然气分布式能源站应用的评级标准的归纳解读可给今后数据中心带有天然气分布式能源站的供能系统方案的设计提供一些新的思路和便利。

作者:宋天琦 上海航天智慧能源研究院;上海航天能源股份有限公司

关键字:数据中心 分布式能源

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