数据中心已成“新基建”能耗巨兽,综合能源系

新基建项目正如火如荼开展着,数据中心新建和扩容步伐都会加快,其高能耗的特点亟待优化。

数据显示,早在2016年,我国数据中心的耗电量就已超过三峡大坝的年发电量,而到2017年,数据中心总耗电量超过三峡大坝和葛洲坝电厂发电量之和。华北电力大学2018年发布的《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告显示,2018年我国数据中心总用电量约160TWh,比上海市2018年全社会用电量还多。

据清华大学研究员王永真介绍,数据中心的能耗主要分IT设备及系统、空调散热系统、照明设备等三个部分,且能耗强度很高,是常规办公大楼的数十倍以上。

在数据中心所在园区开展综合能源服务可助力其提高能源利用效率,节能减排。从综合能源系统效率上来讲,天然气冷热电联供效率高,且系统输出的热电比特别适合数据中心的负荷特征,能够提高供能系统的设备利用率。因此,可结合数据中心当地资源禀赋,因地制宜,合理构建基于天然气联供的数据中心多能互补综合能源系统。

王永真指出:一方面,作为能源消费者,数据中心节能降耗的首要任务就是负荷侧能耗的降低。具体措施包括采用更节能的机架、服务器及运行策略、配电系统和空调系统的优化,甚至自然或免费冷源的使用等。另一方面,作为能源生产者,数据中心也可以供能,比如用热泵技术回收数据中心大量的低品位余热,用于周边建筑的采暖、生活热水供应或泳池加热,不仅节省建筑采暖费用,还能够降低数据中心散热能耗。(中国城市能源周刊 齐琛冏)

如上图所示,当地数据中心能源系统基于天然气分布式能源系统,并引入原动机烟气余热回收有机朗肯热功循环和低品位热能利用的地源热泵系统,与电网供电和电压缩制冷相结合,构建天然气多能互补冷热电综合能源系统,将有力支撑数据中心及其周边区域的冷、热、电需求,保证综合能源系统较好的能量、经济、环境和社会效益。

在数据中心规划前期,有必要统筹规划,因地制宜,基于天然气分布式能源及绿色电力供应,打造天然气与绿色电力的多能互补综合能源系统,做好数据中心能源供应的“顶层规划”,才能有助于数据中心的高效、绿色、经济和可靠运行。将分布式能源系统提前纳入园区基础设施一体化建设规划,同时能源服务企业提前介入,有利于提升园区专业化高质量全生命周期的能源服务,提升园区环境品质和用户舒适度同时,对招商引资具促进作用。基于天然气分布式能源,打造面向数据中心及其园区的多能互补综合能源系统的“顶层设计”。

在规划前期,做好相似负荷特征数据中心用能系统的案例调研,结合区域发展总规及控规(天然气管网、LNG门站和电网规划、绿电发展规划),从能的“量”和“质”视角,做好数据中心内部余热资源及其周边负荷特征、资源品质以及时空分布的辨识。在概念阶段,结合天然气分布式能源系统、余热回收系统、多能互补综合能源系统及能源互联网的基本特征,基于网络耦合及启发式方法,统筹冷、热、电、气等能源供应设备的转化特性,架构满足计及数据中心及其周边能源负荷需求的能源供应拓扑。

在综合规划方面,确定数据中心用能的边界及约束条件。考虑灰色模型及能源价格,制定系统运行策略,基于能源枢纽规划方法,进行计及数据中心的综合能源系统的系统配置(容量及数量)、能量-经济-环境的多属性综合评价与比选,避免设备利用率低的问题。在场景刻画上,基于业主、政府、社会等多用户需求,基于区域供能短、中、长期规划及情景分析,设计考虑运营环境及用户感受的供能价格体制,刻画计及数据中心的多能互补综合能源系统物理层、信息层和应用层的技术场景、建设模式和服务模式。(引用 王永真 高峰 张靖 清华大学能源互联网创新研究院)

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