中石油数据中心燃气冷热电三联供项目可行性研究.pdf

北京理工大学工程硕士学位论文摘要燃气冷热电三联供是一种建立在能量的梯级利川概念基础上，以天然气为一 次能源，产生冷、热、电的联产联供系统，比传统方式（市电供电，燃气锅炉采 暖、电制冷）具有更高的节能率。数据中心是一个耗能大户，从全球来看，数据 中心都面临供电不足和电费高昂的问题。发展燃气冷热电三联供在数据中心的应 川是应对当前节能减排的需要，是未来数据中心能源使川的一种趋势。本文从数据中心项目及燃气冷热电三联供应川的相关背景出发，首先介绍了 数据中心项目的基本概念、发展史、供电现况及建立现代数据中心的必要性，接 着介绍燃气冷热电三联供的定义和优势及国内外发展现状，指出对数据中心燃气 冷热电三联供项目进行可行性研究的必要性。然后将理论与具体实践相结合，以 中石油数据中心燃气冷热电三联供项目为例，从市场、技术、经济、环境等方面 进行研究，针对数据中心燃气冷热电三联供项目可行性研究的关键点和保证条件 进行总结和提炼，选出了合理有效的投资建设方案。总体上，中石油数据中心川先进的冷、热、电联供技术代替传统的柴油发电 机备川方式，有效地利川了三联供系统同时发电、制冷和采暖的功能，体现了能 源梯级利川的效果，提高了能源的综合利川效率，响应了国家节约能源，优化能 源使用结构的号召，具有良好经济效益、社会效益和环境效益。关键词：数据中心；燃气，冷热电三联供；可行性研究。I北京理工大学工程硕士学位论文AbstractGas fired cooling-heating-power supply is based on a concept based on the cascade utilization of energy,using natural gas as an energy,cold,heat,electricity production and supply system,than the traditional way(city electric power,gas boiler heating,electric refrigeration)has a higher rate of energy saving.Data center is a major energy,from a global perspective,the data center are faced with the lack of electricity and electricity high problem.Development of gas-fired CCHP in data center is applied to deal with the current energy-saving emission reduction needs,is the future of data center energy use a trend.This article from the data center project and gas combined cooling heating and power supply with the related background,first introduced the basic concept of data center project,development history,status and establish the modern data center power supply the necessity,then introduced the gas CCHP definition and advantage and development status at home and abroad,and points out that the data center gas cooling power supplying project feasibility research.Then combining theory with practice,to the oil data center gas CCHP project as an example,from the market,technology,economy,environment and other aspects of research,aiming at the data center gas CCHP project feasibility study is the key point and guarantee conditions were summarized and refined,choose the reasonable investment construction scheme.On the whole,the petroleum data center using advanced cold,heat,electricity cogeneration technology instead of traditional diesel generator standby mode,the effective use of the CCHP system also generates electricity,refrigeration and heating functions,embodies the energy cascade utilization effect,improve the energy utilization efficiency,in response to a national energy conservation,optimization of energy structure to the call,with good economic benefit,social benefit and environmental benefit.Key Words:Data center;gas;CCHP;feasibility studyII北京理工大学工程硕士学位论文目录第1章绪论.11.1 研究背景和必要性.11.1.1 研究背景.11.1.2 研究意义.21.2 国内外研究现状.3L2.1国外发展现状.31.2.2 国内发展现状.51.2.3 研究现状.5L 3主要内容和研究方法.71.3.1主要内容.71.3.2研究方法.71.4预期目标和研究难点.91.4.1预期目标.91.4.2研究难点.9第2章研究项目概述.102.1 数据中心概述.102.2 燃气冷热电三联供概述.102.3数据中心燃气冷热电三联供可行性研究的必要性.112.4中石油数据中心项目概况.122.4.1 项目背景.122.4.2 建设条件.132.4.3 设计原则.152.4.4可行性研究报告编制依据.162.4.5 可研报告研究范围.16III北京理工大学工程硕士学位论文2.4.6 项目建设的必要性.17第3章 市场可行性分析.193.1市场 可行性分析.193.2中石油数据中心燃气冷热电三联供的市场可行性分析.19第4章 技术可行性分析.224.1 冷热电负荷模拟.224.2 冷热电负荷分析.264.3三联供系统配置.274.3.1 燃气轮机与内燃机比较.274.3.2 发电机组选择分析.314.3.3 余热利用形式.324.3.4电力系统配置.334.4切网运行方案的技术可行性分析.344.4.1 方案一:燃气内燃机三联供.344.4.2 方案二:燃气轮机三联供.374.4.3 方案三:常规市电方案.394.4.4 方案四150%负荷率.404.4.5各方案技术指标分析.414.4.6三联供方案确定.42第5章 经济可行性分析.445.1 经济可行性分析的作用.445.2经济可行性投资估算.445.2.1 投资估算内容.445.2.2 编制依据.445.2.3 投资估算表.4553财务评价.45IV北京理工大学工程硕士学位论文5.3.1基础数据.455.3.2 成本费用估算.465.3.3 财务盈利能力分析.465.3.4 不确定性分析.475.3.5敏感性分析.485.3.6经济性分析结论.49第6章 环境可行性分析.506.1设计依据.506.2环境影响评述.506.2.1大气环境影响.506.2.2噪声影响.506.2.3水环境影响.506.3环保措施.516.3.1大气污染物排放.516.3.2 水污染物排放.516.3.3 噪声污染控制.516.3.4 烟囱.526.4环保效益.52结论.53参考文献.54附录和清单.56攻读学位期间发表的论文与研究成果清单.57致谢.58北京理工大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景随着气候变暖、环境污染、能源供应安全、能源效率等问题的巳益严峻，节约能 源、保护环境、实现能源、环境和经济的协调发展已成为人们共同追求的目标。如何 提高能源利川率，减小对环境的污染，已成为当前能源领域研究的重点和热点。自七 十年代束能源危机开始，世界各国能源专家都非常注重于新能源开发及其常规能源的 高效利川，例如“梯级利川”。能源的“梯级利川”是指燃料通过原动机发电后，将 低品质的热能川于采暖、生活供热等川途，这一热量也可以用于驱动夏季空调的吸收 式制冷机，从而形成冷热电三联供系统山。燃气冷热电三联供是一种建立在能量的梯级利川概念基础上，以天然气为一次能 源，产生冷、热、电的联产联供系统。它首先利川天然气燃烧做功产生高品位电能，再将发电设备排放的低品位热能充分用于供热和制冷，比传统方式（市电供电，燃气 锅炉采暖、电制冷）具有更高的节能率，具有能源梯级利川，经济性好的特点，是燃 气利用的最隹方式之一。夏季是天然气负荷低谷期，同时也是电力负荷高峰期，燃气 冷热电三联供的应川，可以增加天然气在夏季的川量，减少夏季城市电力高峰川量，可以有效地缓解天然气冬夏季峰谷差，提高燃气设施的利川效率，同时减少电力设备 的峰值装机容量，对天然气和电力具有双重“削峰填谷”作川，具有很好的社会和经 济效益。止匕外，燃气冷热电三联供属于分布式能源供电方式，可有效提高用户端用电 的安全可靠性。近年来，我国经济的不断发展，许多行业需要进行存储和处理的数据量呈现出几 何式增长的态势，这也促成了我国数据中心建设“风生水起”局面的形成。数据中心 已经从以前的1000台服务器或1000皿以上规模，发展到了目前的上万平方米甚至几 万平方米的规模。数据中心是一个耗能大户，从全球来看，数据中心都面临供电不足 和电费高昂的问题。据Gartner预测，至2008年年底，全球近一半的数据中心将无 法拥有足够的能源和冷却装置用以支持高密度的服务器和存储设备。而到2011年，1北京理工大学工程硕士学位论文数据中心三分之一以上的预算将分配给环境成本o在数据中心的建设运营过程中，存在集中用电量和散热量大的问题，在建设时必须配置足够的供电及制冷系统通 常采用两路市电电源及电制冷空调。由于服务器等设备常年运行，消耗的电能很大，这既不符合节能环保的要求，同时也加重了巳常运营成本。止匕外，由于数据中心的信 息存储的重要性，对川电负荷安全性有很高的要求，在接入两路市电供电电源的同时,须配置自备应急电源通常采川柴油发电机组，这使得建设初期投资金额也很大。燃气冷热电三联供在数据中心的应川是应对当前节能减排的需要，燃气冷热电三联供 比传统的数据中心的用能方式有很大的不同，系统产生的电力直接用于数据中心的机 房用电，余热用于机房的制冷，能够满足数据中心对电和冷的需求，发展该技术是数 据中心的一种趋势1.1.2 研究意义(1)落实国家节能政策，实施可持续发展战略随着国民经济的快速发展，我国能源需求量也在大幅增加，从1993年开始我国 就已经成为能源净进口国，而且供需缺口越来越大，2010年我国的能源缺口将达到 8%,2040年将达到24%左右。因此近年来，国家开始大力支持发展节能降耗技术，尤 其是供热、电厂等耗能工程，国家重点鼓励采川冷热电联产技术取代现有的一大批供 热锅炉房，燃气冷热电三联供技术在获取较高的能源转换效率的同时，能够大大提高 有效能量的输出，并且能够以较少的土地、环境、燃料和水等相关资源的代价，获取 较大的能源利川效率，有效增强城市能源与环境相协调的可持续发展后劲。(2)保护环境、提高环境质量随着城乡工业和经济的快速发展，民川采暖、工业及生活用热量的迅速增加，环 境污染问题越来越严重，发展与环保的矛盾巳益突出。目前，北京每年燃烧近3000万 吨标准煤，燃煤排放的污染物严重影响了首都的环境质量。冷热电三联供系统使用天 然气清洁燃料，是低排放、低噪声的高标准环保型能源供应系统，二氧化碳和二氧化 硫的排放远远低于燃煤，有效的减少污染，保护了环境。同时，冷热电三联供可以有 效地提高能源利用效率，减少能源消耗总量，从而减少污染物排放总量，提高环境质 量。冷热电三联供技术已成为国家法律大力支持推广的环保节能技术。(3)完善公用设施建设，节约运行费用2北京理工大学工程硕士学位论文按照常规供能方式，数据中心将采用普通的电制冷机供冷，由于电价较高，运行 成本也较高。采用冷、热、电三联供技术，系统配置、运行灵活，不受外部干扰、安 全可靠，同时也能适应数据中心IDC机房随气候变化、使用条件变化而引起的冷热电 负荷变化。可以有效地降低运营成本，节约运行费川，提高经济效益。项目的社会效 益和环境效益明显。（4）提高电网安全可靠性、促进先进技术推广应川北京市的电力主要由内蒙、山西和河北等省、区来供应，在夏季川电高峰期，电 网的负荷极大。推广应用冷热电三联供技术能减少电制冷机的使用，在夏季电力高峰 时段，有效降低电力负荷；同时又在夏季天然气使川低谷段，增加天然气耗量，有利 于改善北京冬季、夏季天然气耗量不均衡的状况。数据中心是电力负荷特级单位，通 过应川冷热电三联供技术实现了多一路电源的供应，提供了供电和可靠性。同时大电 网与分散的小型发电机并存，被全球专家公认为投资省、能耗低、可靠性高的能源系 统。为提高北京市电力供应的安全可靠，防止或避免因电力输配线路的故障可能带来 的停电，规划、建设一批燃气冷热电三联供系统，是确保安全、可靠供应电力的需要。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外发展现状有关燃气冷热电三联供系统的研究与应川，美国、巳本和欧洲等都起步较早。特 别是在欧美等国，由于环境和能源问题，人们越来越关注环境效益和效率高的机械设 备研究。在此情况下，分布式发电、供能方式的热电冷三联供发展迅猛。美国以开发 和商业化为目的，天然气行业、电力行业和暖通空调行业的制造商广泛而深入的参与 了该领域的合作。工业界提出了“CCHP创意和“CCHP2020年纲领”，以支持美国能 源部的总体商川建筑冷热电三联供规划，并拟定了明确战略目标：力争在2010年，20%的新建商川或办公建筑使川冷热电三联供系统供能模式；对5%现有的商川写字 楼改建成冷热电联产的分布式系统供能模式。2020年在50%的新建办公或商川楼群 中采川冷热电三联供系统，将15%的现有商用、写字楼类建筑的供能系统改造成冷热 电三联供系统叫规划中倡导增加综合利用多项技术，包括先进的燃气轮机、微型透 平机、先进的内燃机、燃料电池、吸收式制冷机和热泵、干燥及能源回收系统、引擎 3北京理工大学工程硕士学位论文驱动及电驱动蒸汽压缩系统，热储存和输送系统以及控制及系统集成技术，不仅满足 建筑物的热和电力负荷的需求，也从整体上提高了从矿物燃料到能源的转换效率。目前，美国分布式能源供应站已达到近6000座，仅大学校园就有200多处采川了分 布式能源供应站。1998年，美国热电联产的发电量就已经达到3060亿千瓦，热电联 产发电量约占全美发电量的9%。分布式供能系统产电量的54%为自川电，其余采川 经营方式出售给公共电网。如威斯康星大学冷热电联供系统的电装机容量达到288M肌 生产的电力不仅满足学校，还将剩余电力出售给公共电网网。巳本由于资源缺乏，所以对冷热电三联供十分重视。在80年代后半期，巳本对 区域供热和制冷的需求增长了一倍，每年2500万GJ。其中，东京新宿区的区域供热 和制冷工程最为有名。对于东京市新建的市政厅和10多座摩天大楼，巳本东京煤气 公司在1991年初运行了一座高效、高性能的供热制冷中心，其总容量达到182.8M肌 1993年扩充至207.4M肌 成为世界上最大的区域供热和制冷厂。冷热电三联供在英国的应用发展非常迅速。特别使9.n事件以后，他们加速了 分布式能源站建设的步伐，以保证供电安全。在过去的20年中，英国国内己安装1000 多个小型成套的分布式供能系统设备，遍布英国的饭店、休闲中心、医院、大学校区、机场、公共部门建筑、写字楼、购物商城等。比如英国女王的白金汉宫，首相的唐宁 街官邸，而其中曼彻斯特机场是其比较有代表性的一个工程。1989年决定建设发电功 率6.4MW的三联供系统，向原有的两个候机楼和1993年4月投入的新候机楼供电和 热水。系统实现冬季采暖，夏季将多余的回收热量川于吸收式制冷。欧盟委员会确信，冷热电三联供是能够为欧洲气候目标创造单项最大贡献的能源 使用方式。1995年欧洲已有66GW的联供容量，占电力生产9%的份额；2010年市场 份额预计将达到18%。巳本1997年冷热电三联供的容量为4.3G肌 预计2010年将 达到10.02GW。由于冷热电三联供的诸多优点，近年来，美国、欧洲和巳本都分别制 定了一系列鼓励政策，促使三联供在有章可循的基础上迅速发展。如：巳本规定热电 联供的上网电价高于火力发电，法国对热电联供投资给予15%的政策补贴，丹麦对热 网投资给予50%的政策补贴，欧洲委员会已经批准了强制购买热电联供和可再生能源 发电的政策等9nL4北京理工大学工程硕士学位论文1.2.2 国内发展现状与国外相比国内对于冷热电三联供的研究和应川都要晚一些，而且现有的应用工 程无论从规模上还是数量上都难以与发达国家相比。而且由于我国在能源结构、价格、管理体制以及冷、热、电负荷等外部条件与国外存在差异，这就造成了冷热电三联供 在我国大中城市的推广应川仍需要研究一些技术方面的重要课题。再加上冷热电三联 供技术本身的节能性、环保性和经济性优势，近几年来已成为备受关注的研究领域。在我国，随着许多专家学者的协力宣传、推广，目前以天然气为燃料的分布式能 源建设，已由学术研究进入到工程开发阶段。北京、上海、广东、成都已有一批工程 实现冷、热、电、联产，以其自身优势和经济效益显示其强大生命力。目前，除北京燃气集团指挥监控中心、北京清华科技园A-02(文津国际公寓)三联供能源站、北京会议中心9#楼、北京火车南站三联供能源供应站、蟹岛生态园区 冷热电三联供能源中心、上海浦东机场、上海舒雅健康休闲中心、广东铝业集团、成 都深兰绿色能源站等多项冷热电三联供工程已建成投产外，上海、北京、广西、重庆 等城市还有许多三联供项目正在运作中。总的来说，我国冷热电三联供虽然起步较晚，但是发展速度很快。1.2.3 研究现状我国冷热电三联供领域的研究主要集中在以下几个方面：(1)冷热电三联供系统的节能性这一方面一直是学术界争论的焦点内容，有的学者认为冷热电三联供系统是“无 条件”节能的，有的则认为冷热电三联供是有条件节能的，就是要具体问题具体分析 不能对所有项目一概而论。(2)冷热电三联供设备、材料的研究冷热电三联供设备一直被视为整个技术的核心部分，先前利川热电厂蒸汽机加区 域热网的冷热电三联供技术在我国相对成熟，实现国产化也不是难题，关键在于热网 中高效、环保的传输介质和发挥区域热电厂参与热电(冷)联供的研究还在继续进行。对于燃气轮机应用于冷热电三联供，因为提高燃气轮机的利用效率是重点，国内虽然 已经有了个别例子，但是燃气轮机多数依赖进口，所以大小型燃气轮机的制造与生产 是当前研究的焦点问题。5北京理工大学工程硕士学位论文(3)现有项目的合理优化与整合根据统计资料显示，1998年我国668个城市中有286个城市建设了集中供热系统 年供应蒸汽量17463万吨，供热水64684百万千焦，总供热面积为86540万平方米，其中在总的供热量中有62.9%是采川热电联产，热电联产机组数达到1313台。这一 方面说明我国利川原有热电联产实行冷热电三联供潜力巨大，另一方面对现有的热电 联产装置进行合理的优化管理、增强节能效果也是一项重要的任务。所以针对热电联 产的优化、整合向冷热电三联供迈进是当前另一项研究的重点。(4)冷热电三联供经济性研究热电联产的经济性研究已经比较完善，但是夏季供冷的经济性研究还在起步阶 段，而且多数针对生产侧(即电厂侧)和管网侧展开研究。实践证明热电联产具有良好 的经济性是与川户有着密切关系的，冷热电三联供亦然。但是用户侧经济性和不同功 能川户对整个冷热电三联供经济性的研究还很少，这主要与我国研究领域各司其职、互不沟通有很大关系。所以，针对以前各自为战的状态，综合各学科的研究对用户侧 的经济性进行整体评价和研究是很有必要的。燃气冷热电联供技术的研究，除了主要设备，诸如燃料电池等先进高效的发电设 备、高性能除湿机等的研发外，主要集中在系统的评价、系统配置和运行的优化等方 面。燃气冷热电联供系统评价研究包括冷热电联供系统在能效、环境影响以及经济性 等方面的评价，以及在政府层面对合理发展冷热电联供的规模以及在用户层面上对冷 热电联供技术经济适用性的评价等。燃气冷热电系统配置与运行优化研究的内容非常 广泛，包括系统配置优化、运行优化、新流程研究等。冷热电联供系统配置优化核心 问题是确定系统的最隹内部结构，即机组形式、单级容量和各种基本装置组合的优化 等；冷热电联供系统的优化运行研究，则多将系统与蓄能结合起来，通过一定的优化 算法，研究在一定优化目标下系统最优的运行方式；冷热电联供系统的新流程研究，多集中于在传统冷热电联供方式的基础上，利川一些新的手段或方式，改进系统的流 程，以达到所要研究的目的，如提高系统效率，降低系统排放或提高系统经济性能等。本文的研究课题数据中心燃气冷热电三联供项目，有资料显示美国已有部分 数据中心采用，但在中国，尤其是在A级数据中心项目上尚未有应用实例。6北京理工大学工程硕士学位论文1.3 主要内容和研究方法1.3.1 主要内容本文从数据中心项目及燃气冷热电三联供的相关背景出发，介绍燃气冷热电三联 供的定义和优势及国内外发展现状，指出对数据中心燃气冷热电三联供项目进行可行 性研究的必要性。然后将理论与具体实践相结合，以中石油数据中心燃气冷热电三联 供项目为例，从市场、技术、经济、环境等方面进行研究，对该项目可行性作以结论,为该项目决策提供依据。最后，针对数据中心燃气冷热电三联供项目可行性研究的关 键点和保证条件进行总结和提炼，对燃气冷热电三联供在国内数据中心项目中的应川 起一定的借鉴作用。论文主要分为如下几个部分：第一章是绪论，主要介绍选题的背景和意义、研究现状、主要内容、研究方法、预期目标和研究难点。第二章是项目概述，本章介绍了数据中心与燃气冷热电三联供的基本情况及进行 数据中心燃气冷热电三联供可行性研究的必要性。中石油数据中心冷热电三联供项目 的项目概况、设计原则、可行性研究报告编制依据、可研报告研究范围和项目建设的 必要性。第三章是市场可行性分析，本章首先介绍了市场可行性分析的概念，接着对数据 中心燃气冷热电三联供进行了市场可行性分析。第四章是技术可行性分析，本章从中石油数据中心冷热电负荷模拟分析、三联供 系统配置、切网运行的能源站设计、自控系统角度对技术可行性进行了分析。第五章是经济可行性分析，本章从经济可行性分析的作川、经济可行性投资估算、财务评价三个角度对该项目的经济可行性进行了分析。第六章是环境可行性分析，本章从设计依据、环境影响评述、环保措施角度对环 境可行性进行了分析。第七章是结论，通过以上分析，得出结论并给予建议。1.3.2 研究方法本文采用可行性研究方法。可行性研究是管理学、投资学、市场学及工程学的常 7北京理工大学工程硕士学位论文用方法，简单而言即是计划及考虑某项目建议的可行与否。具体到工程项目，是指对 某工程项目在做出是否投资的决策之前，先对与该项目有关的技术、经济、社会、环 境等所有方面进行调查研究，对项目各种可能的拟建方案认真地进行技术经济分析论 证，研究项目在技术上的先进适宜适川性，在经济上的合理有利合算性和建设上的可 能性，对象项目建成投产后的经济效益、社会效益、环境效益等进行科学地预测和评 价，据此提出该项目是否应该投资建设，以及选定最隹投资建设方案等结论性意见，为项目投资决策部门提供进行决策的依据。可行性研究的方法很多，本身是相关方法的集成。从总体方向上划分包括经济评 价法、市场预测法和投资估算法。从内容上讲主要包括战略分析、调查研究、预测技 术、系统分析、模型方法和智囊技术等口 6。(1)经济评价方法可行性研究的经济评价方法分为财务评价和国民经济评价部分。财务评价是在国 家现行财税制度和价格的条件下考虑项目的财务可行性。财务评价只计算项目本身的 直接效益和直接费川，即项目的内部效果。使用的计算报表主要有现金流量表、内部 收益率估算表。评价的指标以财务内部收益率、投资回收期和固定资产投资借款偿还 期为主要指标。国民经济评价是从国民经济综合平衡的角度分析计算项目对国民经济 的净效益，包括间接效益和间接费川，即项目的外部效果。为正确估算国民经济的净 效益，一般都采川影子价格代替财务评价中的现行价格。国民经济评价的基本报表为 经济现金流量表(分全部投资与国内投资两张表)。评价的指标是以经济内部收益率 为主要指标，同时计算经济净现值和经济净现值率等指标。(2)市场预测法市场预测是利川市场调查所得到的信息资料，对项目产品未来市场需求量及相关 因素进行定量与定性的判断与分析，目的在于了解拟建项目产品在国内外市场的销售 情况，根据市场需求量来确定拟建规模，以避免选择项目的盲目性。市场预测的方法大体分为两大类，一类为定性预测方法，如判断预测法、专家评 估法等；另一类是定量预测方法，如时间序列分析法、回归分析法、状态转移分析法、经济计量模型分析法等。(3)投资估算法：8北京理工大学工程硕士学位论文A、工程投资比例分析a、主要生产项目、辅助生产项目、公用工程项目（给排水、供电和电讯、供汽、总图运输及外管）、服务性工程、生活福利设施、厂外工程、其它费川项目、预备费 各占建设总投资的比例。b、设备购置费、建筑工程费、安装工程费、其他费川占建设总投资的比例。B、分析影响投资的主要因素C、与国内类似工程项目的比较，分析说明投资高低原因（4）增量净效益法将有项目时的成本（效益）与无项目时的成本（效益）进行比较，求得两者差额,即为增量成本（效益），这种方法称之为增量净效益法。1.4 预期目标和研究难点1.4.1预期目标在进行本研究的过程中，力求科学公正，实事求是，将可行性研究的理论在实践 中运用出来，达到以下预期目标。（1）建立较为典型、较为系统的数据中心燃气冷热电三联供项目可行性研究架 构。（2）通过对中石油数据中心燃气冷热电三联供项目的可行性研究，总结出研究 的关键点和保障条件，对燃气冷热电三联供系统在数据中心项目中的推广和应川起到 示范性作用。1.4.2研究难点在研究中，可能会遇到以下难点：（1）目前国内尚无在数据中心项目上应川燃气冷热电三联供的案例，缺少相关 成功经验借鉴来制订合理的建设方案。（2）本研究中所涉及的部分数据需要与政府或行业主管部门协商确定，如备川 电容费等，在研究中的测算存在不确定性，对研究结论的准确性有一定影响。9北京理工大学工程硕士学位论文第2章项目概述2.1 数据中心概述数据中心的根源来自早期计算机领域巨大的计算机房。由于早期计算机系统体积 非常大，需要占用很大的空间；同时其运行和维护需要许多电缆连接组件；再次，过 去的计算机需要大量的电力，会产生大量的热量，需要对其散热效果进行控制。截至2007年，数据中心的设计、建造和运维已经形成了非常规范的规程，电信 行业协会(TIA)等专业机构推出了被行业认可的设计标准。目前，仍然有大量的操作 规程正在开发，绿色、节能、环保的数据中心开始受到大家的广泛关注。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，对提高企业竞争力至关重要。但是 企业的信息涉及面广，各种应川系统常常不能有效地共享数据，不断增加的安全威胁 对数据的安全性提出了挑战，急剧增长的数据量使得既有的存储容量和应用系统难以 适应企业的需要。因此建设高可靠、大容量的数据中心十分必要。数据中心建设的必要性表现在以下几个方面：(1)数据中心的建设成为企业信息化建设中的必经阶段。早期的企业信息化建 设集中在网络等基础设施建设及管理信息系统开发等方面，现在的企业信息化建设将 以数据中心建设为核心，并将其作为企业的知识中心及通川的业务平台；(2)数据中心采取“数据集中、应川分布”的方式，可以有效地提高信息资源 的利川率；(3)企业知识的集中沉淀与优化应川，将成为企业扩张经营的必备条件，数据 中心将在此方面扮演极为重要的角色；(4)国际上许多大企业正在建设或已经建设了各自的数据中心，企业关键应川 系统和关键硬件设施均统一集中在数据中心，支持企业的核心业务运作。综上所述，数据中心的建设代表了企业信息化的方向，并成为一股国际潮流，将 促进企业核心竞争力的提高。2.2 燃气冷热电三联供概述10北京理工大学工程硕士学位论文燃气冷热电三联供，即 CCHP（Combined Cooling,Heating and Power）,是指以 天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机发电机等燃气发电设备运行，产生的电力满 足用户的电力需求，系统排出的废热通过余热回收利川设备（余热锅炉或者余热直燃 机等）向川户供热、供冷。冷热电三联供的形式如图1所示，原动机（内燃机、燃气轮机、斯特林发动机、燃料电池等）通过燃烧燃料（天然气、沼气等）把燃料的化学能转化为动能驱动发电 机发电。由发电机产生的电通过电网（可与市政电网合用即与市电并网或上网，也可 单独电网即不与市电并网）为用户输送电力。原动机发电的同时也产生废热以高温烟 气、中温缸套水和低温冷却水的形式输出，这些废热通常不经过进一步利川而直接排 放到大气中，造成余热的浪费。这部分可回收的余热可川利川吸收式制冷机制冷或通 过板式换热器供热，实现能源的高效利川。除了余热锅炉（换热器）、吸收式制冷机、除湿机等直接利川余热的设备外，为了增加系统供电、供热、供冷的可靠性和稳定性,一般还要配置电动制冷机、燃气锅炉、蓄能装置等口8。图2.1简单地描述了冷热电联供系统的流程，热电冷联供系统设置制冷系统和供 热系统。制冷可通过两种方式，即吸收式制冷机和压缩式制冷机，其中吸收式制冷机 的热源可以有两种，即动力装置发电后排放的余热或锅炉。EgridQ water图2.1冷热电三联供系统简图燃气冷热电三联供作为分布式能源的一种，因其技术成熟、建设简单、投资相对 较低和经济上有竞争力，已经在国际上得到了迅速地推广。2.3 数据中心燃气冷热电三联供可行性研究的必要性11北京理工大学工程硕士学位论文时下的经济环境，让企业更加关注投入产出率，更加严格地控制预算和成本。绿 色科技概念是今后发展的一种趋势，对于高耗能的数据中心来说同样无法避免这股趋 势，因此，对数据中心项目应用燃气冷热电三联供这一新的能源解决方案进行研究具 有较大的发展空间和意义。项目的可行性研究对保证项目投资安全有着十分重要的意义。可行性研究对于数 据中心冷热电三联供项目来说具有以下现实意义。（1）保证项目投资决策的科学性和合理性。数据中心冷热电三联供项目总体来 讲施工难度并不大，但是项目涉及领域多，施工环节多，工程复杂、投资额大。所涉 及的专业领域包括建筑、供配电、通风空调、信息技术等多个领域，投资金额一般都 在数千万。如果投资之前不作详细的可行性研究，只靠盲目投资不可能达到预期的经 济和社会效益，只能给投资企业带来巨大的经济损失。因此，只有对投资项目进行详 细、可靠的市场预测、成本分析和效益计算，对项目所面临的主要技术经济问题进行 全面评价和分析，才能使投资决策建立在科学合理的基础上，使项目具有一定的可行 性。可以这么说，数据中心冷热电三联供项目成功与否，在相当大的程度上取决于可 行性研究的成功与否。（2）保证建设方案是最优。在投资建设之前，一般都会根据实际条件设计几套 可供选择的方案，每套建设方案中可能存在不同的风险因素，能够带来不同的经济效 益。只有通过可行性研究，反复论证，分析每一个方案的具体情况，进行详细的比较 和分析才能得出最佳的建设方案，使投资得到应有的回报。可见，能否选择最优的设 计施工方案，几乎完全依赖于可行性研究成果的正确性。（3）一定的示范意义。在数据中心项目中应川燃气冷热电三联供在国内尚无先 例，本选题的研究将为燃气冷热电三联供的推广实施起到一定的帮助作川，为燃气冷 热电三联供在国内数据中心项目中的应川起到一定的示范意义。2.4中石油数据中心项目概况2.4.1 项目背景中石油数据中心是中国石油集团公司规划建设的“两地三中心”的集团级数据中 心之一，是集团公司信息化建设的主生产中心，为总部统一建设的关键信息系统提供 12北京理工大学工程硕士学位论文生产运行环境；为部署在异地灾备中心的总部统一建设的重要信息系统提供异地灾难 备份服务；为入驻科技园区的各单位提供信息化发展所需的机房及信息技术支持服 务；为集团公司信息化建设提供服务、办公、研发、培训的环境和设施。中石油数据中心的建设规模和标准应满足集团公司中长期信息化发展的需求，其 建设水平代表了集团公司未来数年信息技术基础设施的建设基准，关系到集团公司核 心信息系统能否在一个安全、稳定、高效、节能的基础平台上运行，关系到集团公司 主营业务的连续性，地位十分重要。2.4.2 项目建设条件2.4.2.1 供电中石油数据中心规划总建筑面积为49000ltf,其中主机房楼建筑面积20250皿，辅 助区建筑面积20250ltf,公摊区建筑面积8500itf。计划一期建成建筑面积225004,其 中主机房建筑面积9000,辅助区建筑面积9000n12,公摊区建筑面积4500itf。中石油数据中心燃气冷、热、电三联供能源站建成后可以解决中石油数据中心 49000itf建筑内重要负荷的双路供电问题。三联供能源站供电电乐为10kV。2.4.2.2 燃气（1）天然气组份北京市目前的主要天然气气源来自陕甘宁长庆气田。表2.1陕甘宁天然气组分表组份编号分子式体积百分比1CH495.94942C2H60.90753C3H80.13674H2S0.00025C023.00006H200.0062由以上组份计算得出:13北京理工大学工程硕士学位论文表2.2陕甘宁天然气性质表燃气密度0.76276(kg/Nm3)燃气相对密度0.58991(空气为 1)燃气动力粘度0.1056E-04(Pa.s)燃气运动粘度0.1385E-04(m2/s)燃气高热值9316.36(kcal/Nm3)39.0051(MJ/Nm3)燃气低热值8397.88(kcal/Nm3)35.1597(MJ/Nm3)燃气爆炸浓度上限15.36(%)燃气爆炸浓度下限5.10(%)(2)压力级制北京市目前的天然气输配系统设计压力分为5级：表2.3燃气设计压力(表压)分级名称压力(MPa)高压燃气管道A2.5PC4.0B1.6CPW2.5次高压燃气管道A0.8PW1.6中压燃气管道A0.2PC0.4B0.01WPW0.2低压燃气管道P0.01(3)项目所在地燃气气源情况目前供项目周边已有两条燃气干线管网：一条是京昌高速DN500高压B天然气管线(2.5Mpa),另一条是北六环DN1000高压A天然气管线(4.OMpa)o两路管线为数据 中心形成环形双路供气气源，使得燃气供应有较高安全保障。2.4.2.3 供冷(1)冷源中石油数据中心规划建筑空调系统冷源由三联供能源站集中供应。14北京理工大学工程硕士学位论文(2)供冷参数