分布式能源在数据中心应用的可行性探析_王强
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国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义 为：安装在用户端的高效冷/热电联供系统，系统能 够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的 废能———生产热和电；现场端可再生能源系统包括 利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循 环利用系[4-6]。
数据中心冷、电需求较大，总负荷具有一定的 峰谷差，适合采用分布式能源综合供应系统进行 冷、电联合供应，既能达到节能减排的效果，又能减 轻电网压力。
处理能力的需求将增长7～10倍，机房面积需要再翻 员运行下，可安全的为用户提供综合能源服务。
一番才能满足云计算发展的需求[7-8]。
热电冷联合供应是指燃气/石油为能源，能同时
由此可见供电安全、耗电量、制冷量、碳排放量 满足区域建筑物内的冷（热）、电需求的一种能源供
是大型数据中心面临的最大问题，传统数据中心供 应系统，通常由发电机组、溴化锂吸收式冷（热）水
图1 传统数据中心动力系统结构图
Fig. 1 The dynamic system structure diagram of the traditional data center
wenku.baidu.com
央空调和精密空调供冷。
户提供安全、经济的电能、热能与冷能。
随着IT技术的飞速发展和网络信息化时代的到
分布式能源主要由发电设备（ 汽轮机、燃气轮
由于该数据中心冷、电需求大及可靠性要求高 的用能特点，在燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调 机组联合循环冷热电联产方案的基础上，采用冷、 电安全可靠性较高的“燃气轮机+吸收式制冷机+电 制冷机+冰蓄冷”供能方案，本方案以数据中心的冷 负荷为基础，以能源利用率最大为目的，优化设计 能源综合供应系统，以满足数据中心的所有冷需 求，部分的电需求。采用4台4 600 kW燃气内燃发电 机组和5台制冷量为900冷t电制冷机，1套冰蓄冷装 置，1套板式换热器制来为数据中心提供电能和冷 负荷，为了保证用能的可靠性，原来的电网供电设 施和原有的10台电制冷机组作为备用，一旦系统的 发电机组出现故障，则采用市政用电为原来的离心 式冷水机组供电，用电制冷机为数据中心提供冷 源，如图5所示。
来，尤其是云计算技术引入，改变了传统IT基础设施 机、微型涡轮机、内燃机或燃料电池）、供热或制冷
的使用方式和软件部署模式，电信企业开始高起点 设备（ 溴化锂吸收式冷热水机组、电制冷机组）、锅
大规模的建设大型云计算数据中心，满足政企客户 炉或蓄热系统、汽）水换热器、调节装置（ 使蒸汽参
托管、互联网内容引入及VDC云服务等需求，数据中 数符合用户要求）以及建筑控制系统组成，安装在
ABSTRACT：This paper introduces the characteristics of the distributed energy supply as well as some common power supply schemes. According to the high energy demand for heating and cooling and high reliability requirement for the energy supply for the large data center（LDC），the paper points out that the energy supply scheme of“gas turbines + absorption refrigerator + electric refrigerator + ice storage”is more suitable for the energy supply of the IDC. This scheme is mainly based on the gas turbine which generates electricity and cooling capacity supplemented with the utilities’power supply，diesel engines and central air cooling facilities，to supply energy for the LDC， and therefore improves the energy supply reliability and helps to reduce energy consumption and emission. KEY WORDS：distributed energy；IDC；CCHP；energy utilization characteristics 摘要：介绍了分布式能源供能的特点和常见的供能方案，并 结合大型数据中心的冷、电需求大及可靠性要求高的用能特 点，指出“燃气轮机+吸收式制冷机+电制冷机+冰蓄冷”供能 方案更适合大型数据中心供能，该方案以燃气轮机产生电能 和制冷量，配合市电、柴油机及中央空调为数据中心供能，提 高了数据中心供能可靠性，达到节能减排的效果。 关键词：分布式能源；互联网数据中心；冷热电联供能；用能 特点
附近的能源站，根据能源“梯级利用”的原则，为用
1）方案1。锅炉-汽轮机发电设备-溴化锂制冷
清洁能源 Clean Energy
第 ２９ 卷 第 ９ 期
电网与清洁能源
89
机组联合循环冷热电联产。锅炉-汽轮机发电设备溴化锂制冷机组联合循环冷热电联产如图2所示， 首先将锅炉燃烧产生的大量蒸汽作为汽轮机的动 力来源，驱动发电机组进行发电，同时汽轮机的尾 气余热或者部分抽汽，通过换热器供暖以及供应生 活用热水，通过溴化锂吸收式制冷机制冷。
截止2012年3月我国各类数据中心总量约43 万
3）环保性。对清洁能源进行高效利用，可有效
个，可容纳服务器共约500万台。其中经营性数据中 降低粉尘排放、碳排放及NOx排放，有效保护环境。
心机房921个，面积约88万m2，机柜17.7 万个，可容
4）安全性。分布式能源在美国、欧洲、日本应用
纳服务器约200万台，未来5 a我国对数据中心流量 广泛，系统技术成熟，相关设备运行可靠，在专业人
图3 燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组示意图 Fig. 3 The diagram of the gas turbine-direct fired
lithium-bromide absorption chiller
3）方案3。内燃机- 直燃溴化锂吸收式空调机 组联合循环冷热电联产。内燃机-直燃溴化锂吸收 式空调机组联合循环冷热电联产如图4所示，这种 方案与方案2 类似，只是将燃气轮机更换成了内燃 机，由内燃机首先利用石油/ 天然气发电，将内燃 机的烟气和缸套冷却水中的余热，由直燃溴化锂吸 收式空调机组回收利用，由于内燃机排烟温度较 低、烟气流量较小，不适合产生蒸汽，在与吸收式 制冷系统配合时，通常需要补燃以改善制冷系统的 性能。
第 ２９ 卷 第 ９ 期 ２０１３ 年 ９ 月
文章编号：１６７４－３８１４（２０１３）０９－００８７－０５
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：ＴＭ６１９
清洁能源 Clean Energy
Vol.29 No.9 Sept. 2013
文献标志码：B
分布式能源在数据中心应用的可行性探析
1 数据中心用能特点
传统数据中心动力系统结构大多采用标准化 配置，如图1所示，正常时由外部市电供电，至于引 几路市电则由数据中心的等级决定，在市电中断时 由不间断电源UPS及备用柴油发电机组供电，由中
清洁能源 Clean Energy
88
王强，等：分布式能源在数据中心应用的可行性探析
Vol.29 No.9
机架制冷量高达20~30 kW，预计至2020年，全球数
2）高效性。根据“温度对口、品质对应、梯级利
据中心的碳排放将高达670万t，届时数据中心的碳 用”的理念，同时提供电、热、冷，可将能源利用效率
足迹（carbon footprint）将大于整个航空业的碳足迹。 从35%提高到75%，大量减少一次能源的使用。
direct fired lithium-bromide absorption chiller
3 案例分析
某数据中心额定负荷为16 MV·A，最大负荷为 20MV·A；数据中心已有设备的总制冷功率为13 MW； 考虑到功率因数（0.85）、电负荷与冷负荷的比例近 似为1。目前，数据中心由电网供电，两路市电接入 数据中心后，各设置变压器，互为备用。数据中心底 层布置有10台电制冷机，其中8台运行，2台备用，并 设置有10台应急柴油发电机。
上述3个方案从造价和运行经济性角度比较， 采用燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循 环冷热电联产方案，燃气轮机-直燃溴化锂吸收式 空调机组联合循环冷热电联产方案，相对锅炉-汽
图4 内燃机-直燃溴化锂吸收式空调机组示意图 Fig. 4 The diagram of the internal combustion engine-
王强1，夏成军2，唐智文3
（1. 中国移动通信集团 广东有限公司，广东 广州 510623；2. 华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640； 3. 中国移动通信集团 广东有限公司河源分公司，广东 河源 517000）
Discussion on the Feasibility for Distributed Energy in Internet Data Center
本文将针对传统数据中心动力系统结构及数据 中心的发展趋势，结合分布式能源的特点和常见供 能方案，探析互联网数据中应用分布式能源的可行性。
互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）是一 种以电信级机房设备向用户提供专业化和标准化 的数据存放业务和相关服务的数据中心。IDC的出 现完全适应了互联网爆发式发展的需求，目前，腾 讯、百度、YAHOO、新浪等著名网站和银行证券等传 统企业都选择了IDC这种全新的服务模式，将基础
网络设施和网络管理交给IDC提供商托管[1]。 在当前的信息化时代，数据中心运行的安全和
可靠性非常重要，一旦出现故障，可能对于社会生 活和经济运转带来巨大损失，因此能源供应的可靠 性非常重要。数据中心有大量的计算机和电子设备 不间断运行产生大量热量，必须及时排热才能保证 数据中心的正常运转，因此对空调制冷的可靠性、 稳定性也有极高的要求[2-3]。
轮机发电设备-溴化锂制冷机组联合循环冷热电联 产方案，节省了锅炉系统和化学水系统的投资，由 于内燃机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循环冷 热电联产方案在与吸收式制冷系统配合时需要补 燃以改善制冷系统的性能，综合需求和经济性角 度，燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循 环冷热电联产更具有优势。
图2 锅炉-汽轮机发电设备-溴化锂制冷机组示意图 Fig. 2 The diagram of the boiler-turbine generation
心将不在是单体机楼，将会发展为分片区的大型数 用户端的高效冷热电联供能系统[5]，具有以下优点：
据中心园区，国际大型数据中心园区占地面积一般
1）区域性。在能源负荷中心建立能源供应站，
在4万~10万m2之间，建筑面积一般在4万~13万m2 满足负荷中心的全部或部分能源需求 （电需求、热
之间，单位建筑面积耗电量为0.4~5.4 kW之间，单机 需求、冷需求）。
equipment-lithium bromide refrigeration train
2）方案2。燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机 组联合循环冷热电联产。燃气轮机-直燃溴化锂吸 收式空调机组联合循环冷热电联产如图3所示，该 方案也是由燃气轮机首先利用天然气发电，与方案 1所不同的是将烟气中的余热直接通过直燃溴化锂 吸收式空调机回收利用。
能方式已不能满足大型数据中心用能需求。
机组和换热设备组成。热电冷联产系统将高品位能
源用于发电，发电机组排放的低品位能源（烟气余
2 分布式能源供能方案
热、热水余热）用于供热或制冷，实现能源的梯级利
用，提高能源的综合利用率。热电冷联合供能普遍
分布式能源建设在需要用电、用热、用冷用户 采用以下方案进行供能[9-12]：
WANG Qiang1，XIA Cheng-jun2，TANG Zhi-wen3
（1. China Mobile Group Guangdong Co.，Ltd.，Guangzhou 510623，Guangdong，China；2. South China University of Technology， Guangzhou 510640，Guangdong，China；3. Heyuan Branch，China Mobile Group Guangdong Co.，Ltd.， Heyuan 517000，Guangdong，China）
数据中心冷、电需求较大，总负荷具有一定的 峰谷差，适合采用分布式能源综合供应系统进行 冷、电联合供应，既能达到节能减排的效果，又能减 轻电网压力。
处理能力的需求将增长7～10倍，机房面积需要再翻 员运行下，可安全的为用户提供综合能源服务。
一番才能满足云计算发展的需求[7-8]。
热电冷联合供应是指燃气/石油为能源，能同时
由此可见供电安全、耗电量、制冷量、碳排放量 满足区域建筑物内的冷（热）、电需求的一种能源供
是大型数据中心面临的最大问题，传统数据中心供 应系统，通常由发电机组、溴化锂吸收式冷（热）水
图1 传统数据中心动力系统结构图
Fig. 1 The dynamic system structure diagram of the traditional data center
wenku.baidu.com
央空调和精密空调供冷。
户提供安全、经济的电能、热能与冷能。
随着IT技术的飞速发展和网络信息化时代的到
分布式能源主要由发电设备（ 汽轮机、燃气轮
由于该数据中心冷、电需求大及可靠性要求高 的用能特点，在燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调 机组联合循环冷热电联产方案的基础上，采用冷、 电安全可靠性较高的“燃气轮机+吸收式制冷机+电 制冷机+冰蓄冷”供能方案，本方案以数据中心的冷 负荷为基础，以能源利用率最大为目的，优化设计 能源综合供应系统，以满足数据中心的所有冷需 求，部分的电需求。采用4台4 600 kW燃气内燃发电 机组和5台制冷量为900冷t电制冷机，1套冰蓄冷装 置，1套板式换热器制来为数据中心提供电能和冷 负荷，为了保证用能的可靠性，原来的电网供电设 施和原有的10台电制冷机组作为备用，一旦系统的 发电机组出现故障，则采用市政用电为原来的离心 式冷水机组供电，用电制冷机为数据中心提供冷 源，如图5所示。
来，尤其是云计算技术引入，改变了传统IT基础设施 机、微型涡轮机、内燃机或燃料电池）、供热或制冷
的使用方式和软件部署模式，电信企业开始高起点 设备（ 溴化锂吸收式冷热水机组、电制冷机组）、锅
大规模的建设大型云计算数据中心，满足政企客户 炉或蓄热系统、汽）水换热器、调节装置（ 使蒸汽参
托管、互联网内容引入及VDC云服务等需求，数据中 数符合用户要求）以及建筑控制系统组成，安装在
ABSTRACT：This paper introduces the characteristics of the distributed energy supply as well as some common power supply schemes. According to the high energy demand for heating and cooling and high reliability requirement for the energy supply for the large data center（LDC），the paper points out that the energy supply scheme of“gas turbines + absorption refrigerator + electric refrigerator + ice storage”is more suitable for the energy supply of the IDC. This scheme is mainly based on the gas turbine which generates electricity and cooling capacity supplemented with the utilities’power supply，diesel engines and central air cooling facilities，to supply energy for the LDC， and therefore improves the energy supply reliability and helps to reduce energy consumption and emission. KEY WORDS：distributed energy；IDC；CCHP；energy utilization characteristics 摘要：介绍了分布式能源供能的特点和常见的供能方案，并 结合大型数据中心的冷、电需求大及可靠性要求高的用能特 点，指出“燃气轮机+吸收式制冷机+电制冷机+冰蓄冷”供能 方案更适合大型数据中心供能，该方案以燃气轮机产生电能 和制冷量，配合市电、柴油机及中央空调为数据中心供能，提 高了数据中心供能可靠性，达到节能减排的效果。 关键词：分布式能源；互联网数据中心；冷热电联供能；用能 特点
附近的能源站，根据能源“梯级利用”的原则，为用
1）方案1。锅炉-汽轮机发电设备-溴化锂制冷
清洁能源 Clean Energy
第 ２９ 卷 第 ９ 期
电网与清洁能源
89
机组联合循环冷热电联产。锅炉-汽轮机发电设备溴化锂制冷机组联合循环冷热电联产如图2所示， 首先将锅炉燃烧产生的大量蒸汽作为汽轮机的动 力来源，驱动发电机组进行发电，同时汽轮机的尾 气余热或者部分抽汽，通过换热器供暖以及供应生 活用热水，通过溴化锂吸收式制冷机制冷。
截止2012年3月我国各类数据中心总量约43 万
3）环保性。对清洁能源进行高效利用，可有效
个，可容纳服务器共约500万台。其中经营性数据中 降低粉尘排放、碳排放及NOx排放，有效保护环境。
心机房921个，面积约88万m2，机柜17.7 万个，可容
4）安全性。分布式能源在美国、欧洲、日本应用
纳服务器约200万台，未来5 a我国对数据中心流量 广泛，系统技术成熟，相关设备运行可靠，在专业人
图3 燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组示意图 Fig. 3 The diagram of the gas turbine-direct fired
lithium-bromide absorption chiller
3）方案3。内燃机- 直燃溴化锂吸收式空调机 组联合循环冷热电联产。内燃机-直燃溴化锂吸收 式空调机组联合循环冷热电联产如图4所示，这种 方案与方案2 类似，只是将燃气轮机更换成了内燃 机，由内燃机首先利用石油/ 天然气发电，将内燃 机的烟气和缸套冷却水中的余热，由直燃溴化锂吸 收式空调机组回收利用，由于内燃机排烟温度较 低、烟气流量较小，不适合产生蒸汽，在与吸收式 制冷系统配合时，通常需要补燃以改善制冷系统的 性能。
第 ２９ 卷 第 ９ 期 ２０１３ 年 ９ 月
文章编号：１６７４－３８１４（２０１３）０９－００８７－０５
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：ＴＭ６１９
清洁能源 Clean Energy
Vol.29 No.9 Sept. 2013
文献标志码：B
分布式能源在数据中心应用的可行性探析
1 数据中心用能特点
传统数据中心动力系统结构大多采用标准化 配置，如图1所示，正常时由外部市电供电，至于引 几路市电则由数据中心的等级决定，在市电中断时 由不间断电源UPS及备用柴油发电机组供电，由中
清洁能源 Clean Energy
88
王强，等：分布式能源在数据中心应用的可行性探析
Vol.29 No.9
机架制冷量高达20~30 kW，预计至2020年，全球数
2）高效性。根据“温度对口、品质对应、梯级利
据中心的碳排放将高达670万t，届时数据中心的碳 用”的理念，同时提供电、热、冷，可将能源利用效率
足迹（carbon footprint）将大于整个航空业的碳足迹。 从35%提高到75%，大量减少一次能源的使用。
direct fired lithium-bromide absorption chiller
3 案例分析
某数据中心额定负荷为16 MV·A，最大负荷为 20MV·A；数据中心已有设备的总制冷功率为13 MW； 考虑到功率因数（0.85）、电负荷与冷负荷的比例近 似为1。目前，数据中心由电网供电，两路市电接入 数据中心后，各设置变压器，互为备用。数据中心底 层布置有10台电制冷机，其中8台运行，2台备用，并 设置有10台应急柴油发电机。
上述3个方案从造价和运行经济性角度比较， 采用燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循 环冷热电联产方案，燃气轮机-直燃溴化锂吸收式 空调机组联合循环冷热电联产方案，相对锅炉-汽
图4 内燃机-直燃溴化锂吸收式空调机组示意图 Fig. 4 The diagram of the internal combustion engine-
王强1，夏成军2，唐智文3
（1. 中国移动通信集团 广东有限公司，广东 广州 510623；2. 华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640； 3. 中国移动通信集团 广东有限公司河源分公司，广东 河源 517000）
Discussion on the Feasibility for Distributed Energy in Internet Data Center
本文将针对传统数据中心动力系统结构及数据 中心的发展趋势，结合分布式能源的特点和常见供 能方案，探析互联网数据中应用分布式能源的可行性。
互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）是一 种以电信级机房设备向用户提供专业化和标准化 的数据存放业务和相关服务的数据中心。IDC的出 现完全适应了互联网爆发式发展的需求，目前，腾 讯、百度、YAHOO、新浪等著名网站和银行证券等传 统企业都选择了IDC这种全新的服务模式，将基础
网络设施和网络管理交给IDC提供商托管[1]。 在当前的信息化时代，数据中心运行的安全和
可靠性非常重要，一旦出现故障，可能对于社会生 活和经济运转带来巨大损失，因此能源供应的可靠 性非常重要。数据中心有大量的计算机和电子设备 不间断运行产生大量热量，必须及时排热才能保证 数据中心的正常运转，因此对空调制冷的可靠性、 稳定性也有极高的要求[2-3]。
轮机发电设备-溴化锂制冷机组联合循环冷热电联 产方案，节省了锅炉系统和化学水系统的投资，由 于内燃机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循环冷 热电联产方案在与吸收式制冷系统配合时需要补 燃以改善制冷系统的性能，综合需求和经济性角 度，燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机组联合循 环冷热电联产更具有优势。
图2 锅炉-汽轮机发电设备-溴化锂制冷机组示意图 Fig. 2 The diagram of the boiler-turbine generation
心将不在是单体机楼，将会发展为分片区的大型数 用户端的高效冷热电联供能系统[5]，具有以下优点：
据中心园区，国际大型数据中心园区占地面积一般
1）区域性。在能源负荷中心建立能源供应站，
在4万~10万m2之间，建筑面积一般在4万~13万m2 满足负荷中心的全部或部分能源需求 （电需求、热
之间，单位建筑面积耗电量为0.4~5.4 kW之间，单机 需求、冷需求）。
equipment-lithium bromide refrigeration train
2）方案2。燃气轮机-直燃溴化锂吸收式空调机 组联合循环冷热电联产。燃气轮机-直燃溴化锂吸 收式空调机组联合循环冷热电联产如图3所示，该 方案也是由燃气轮机首先利用天然气发电，与方案 1所不同的是将烟气中的余热直接通过直燃溴化锂 吸收式空调机回收利用。
能方式已不能满足大型数据中心用能需求。
机组和换热设备组成。热电冷联产系统将高品位能
源用于发电，发电机组排放的低品位能源（烟气余
2 分布式能源供能方案
热、热水余热）用于供热或制冷，实现能源的梯级利
用，提高能源的综合利用率。热电冷联合供能普遍
分布式能源建设在需要用电、用热、用冷用户 采用以下方案进行供能[9-12]：
WANG Qiang1，XIA Cheng-jun2，TANG Zhi-wen3
（1. China Mobile Group Guangdong Co.，Ltd.，Guangzhou 510623，Guangdong，China；2. South China University of Technology， Guangzhou 510640，Guangdong，China；3. Heyuan Branch，China Mobile Group Guangdong Co.，Ltd.， Heyuan 517000，Guangdong，China）