某燃煤電站閑置土地綜合能源方案的設計

朱良君，王世朋，謝玉榮，張海珍

某燃煤電站閑置土地綜合能源方案的設計

朱良君，王世朋，謝玉榮，張海珍

（1.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江省蓄能與建筑節能技術重點實驗室，浙江 杭州 310030）

針對南方某燃煤電站閑置土地資源，為提高閑置土地資源利用率，以及提高電站經濟性，擬對該區域閑置土地進行綜合能源供能方案改造，提出了建設數據中心機房，并配套建設分布式光伏以及儲能電站形成集光儲一體化的綜合供能體系，實施冷熱電多元供應的綜合能源供應方案，實現對該電站資源的綜合利用，以及對能源資源的綜合配置與優化，在提高電站的綜合能源利用效率的同時，大大提高其經濟性，起到推廣應用綜合能源的示范作用。

數據中心；多能互補；吸收式制冷；電儲能

隨著互聯網信息技術的更新換代，可再生能源技術的飛速發展，電力改革進程的穩步推進，開展綜合能源服務已成為提升能源效率、降低用能成本、促進競爭與合作的重要發展方向[1]。面對綜合能源服務的巨大市場，能源行業發生了重大變革，各大傳統能源企業紛紛制訂、實施綜合能源服務行動計劃，電力、熱力、燃氣以及石油石化等各類能源企業紛紛提出向綜合能源服務商轉型，各類配售電企業、能源服務公司也將自身未來的收益增長點聚焦到綜合能源服務領域[2]。

綜合能源服務本質上是由新技術革命、綠色發展、新能源崛起引發的能源產業結構重塑，從而推動新興業態、商業模式、服務方式不斷創新。綜合能源系統可以接納包括清潔能源在內的多種能源，提高各種能源的利用效率，促進能源系統之間的協調優化，實現多種能源的互補互濟[3]。中國能源安全面對著清潔能源電力消納難題和能源技術創新瓶頸等問題，而綜合能源服務系統作為一種新型的能源供應、轉換和利用系統對于規避能源供應風險、保障能源安全具有重要作用，中國正處于能源轉型關鍵時期，構建綜合能源服務系統有助于推動中國能源向低碳型、多元化、全方位國際合作轉型[4-5]。

1 數據中心簡介

數據中心是容納用以支持應用系統運行的基礎設施的物理場所，包括服務器，傳遞、計算和存儲數據的信息網絡及相關配套設備。2020-03-04的政治局常務會議上再次強調要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度，數據中心作為“新基建”中的一個亮點，引起了業界的高度關注。數據中心不僅僅是重要的基礎設施，更是新產業發展的服務體系和基本支撐，深刻改變了社會經濟運行的面貌[5]。中國IDC市場正在從高速發展期過渡向成熟期，2019-06-06，工信部向國內三家電信運營商及廣電發放了5G商用牌照，5G部署將進一步拓展高流量應用場景。工業和信息部向三大電信運營商中國移動、中國聯通、中國電信和中國廣播電視網絡有限公司正式發放5G牌照批準這四家企業經營“第五代數字蜂窩移動通信業務”。結合5G的主要應用方向，大流量場景將繼續增加，帶動全球網絡數據量激增，數據中心的重要地位進一步彰顯[6-7]。2010—2019年中國IDC市場規模情況如圖1所示，2019年中國IDC市場規模達到1 561億元，同比增長27.12%，增長率持續上升的原因主要為增值業務的快速增長，預計未來IDC市場仍將保持高速發展態勢。

圖1 2010—2019年中國IDC市場規?，F狀

目前，中國重點發展的各大新興產業，比如人工智能、遠程醫療、工業互聯網等，均需要以數據中心作為產業支撐。數據中心行業應用廣泛，上下游產業鏈條完整。中國IDC產業鏈的基本構成如圖2所示，IDC產業鏈主要由上游基礎設施、中游IDC專業服務及相關解決方案（云服務商為主）和下游最終用戶構成[8]，隨著“新基建”再次啟動，國內數據中心業務將會飛速發展。

2 項目背景分析

項目地點位于南方某二線城市，項目公司占地約 110 000 m2，位于城市近郊，地理位置優越，交通便利，距離附近機場約10 km，市政府約11 km，高鐵站約9 km，附近正在建設地鐵線路，可作為數據中心機房的優選地點。

圖2 中國IDC產業鏈結構

該燃煤電站現裝機規模為2臺50 MW發電機帶抽汽供熱機組，單臺機組抽汽最大值110 t/h，配3臺220 t/h循環流化床鍋爐。

抽汽情況：共六級抽汽，一級抽汽至中壓供熱，1.6～1.8 MPa，三級抽汽至低壓供熱，0.8 MPa，供熱抽汽溫度為250 ℃，汽輪機效率43%，煤耗360～400 g/kW·h。結合機組運行情況可見，熱電聯產機組煤耗較高，高于燃煤機組平均煤耗20%以上。該項目現狀供應現狀為電負荷充足，熱負荷偏小。當地環保政策嚴格，對污染物排放要求較高，機組面臨環保壓力較大，需要提前做好產業轉型升級改造的準備工作。

2.1 土地資源可利用性

建設數據中心難點之一是土地征用難，投資方基本無法拿到凈地，征地需自行處理拆遷等相關問題，嚴重影響了投資方投資的積極性。公司具備充足的土地資源，可開發用地面積滿足高端低碳數字經濟產業開發用地要求。

2.2 負荷保障能力可行性

建設數據中心機房的難點二是用電保障，由于數據中心需要具備高安全性，需配套兩路市電作為電源，同時配置不同等級的變電站，一般企業很難與電網公司進行協調并建設滿足要求的雙路電源。公司作為發電企業，具有自己的電源點，一方面電源點可以充當數據中心一路電源；另一方面電源可實現就近供電，實現公司與數據中心雙贏。

2.3 提供競爭性電價能力

建設數據中心機房的難點三是運行成本高，數據中心運營過程中，電費支出是運營的主要成本支出，占運營總成本的40%～60%。公司作為傳統的能源企業，具備代理用戶市場交易的能力。降低數據中心運行成本，一方面公司可以開展能源產品直供；另一方面，可以通過電力市場交易，購置相對比較低價的電量。由此可見，公司具備提供具有競爭性電價的能力，解決了數據中心運維費用高的問題，提升了數據中心的盈利能力和市場競爭力。

2.4 綜合服務保障能力

建設數據中心機房的難點四是支撐專業團隊建設難。為了保障數據中心的正常運行，需要配置服務器運維、網絡運維、電源動力運維、現場環境運維和保安物業、銷售等團隊。公司作為傳統能源公司，一直從事電力生產、運行與維護和能源市場開拓等工作，同時具有服務器運維、網絡運維、現場管理等方面的專業人員，通過公司內部的組織機構適當調整可以成立數據中心支撐專業團隊，開展數據中心的配套工作。

3 綜合能源方案設計

基于現有燃煤機組熱用戶相對較少、熱負荷嚴重不足、熱電聯產效率偏低和機組煤耗較高等現狀，對機組進行適當改造，加大汽機抽汽，汽輪機的抽汽溫度為250 ℃，恰恰是蒸汽型溴化鋰制冷機的最佳熱源。利用抽汽作為熱源，驅動溴化鋰制冷機制取冷凍水，同時繼續保留原有熱用戶，持續供應熱力蒸汽，拓展冷用戶，實現系統冷熱電三聯供。一方面，供能系統繼續向現有的熱用戶供蒸汽；另一方面，供能系統向數據中心和附近的辦公樓宇提供冷能，全面改善燃煤機組整體能源利用效率。

除進行原有的燃煤機組改造外，充分利用屋頂建筑面積，建筑屋頂布置分布式光伏發電系統，同時建設蓄能系統，開展用戶側儲能以及電網側調峰等能源服務。構建區域內集煤電、光伏、儲能于一體的多元化能源結構，打造區域內冷熱電多能供應的供應鏈，充分利用內置資源，開展綜合能源服務，實現經濟效益、社會效益及環境效益最大化，打造綜合能源示范項目。綜合能源方案如圖3所示。

4 效益分析

擬在該燃煤電站區域內建設數據中心建筑面積約 160 000 m2，可容納機柜數量為20 000個，配套建設高端辦公樓建筑面積約195 000 m2，并配置1座規模為100 MW·h儲能調峰電站，在廠房屋頂布置12 MW分布式光伏發電系統。依據高端低碳數據產業園規模設想，進行投資初步估算，項目總投資約38.2億元，其中數據中心造價29.6億元，高端辦公樓5.85億，具體分項估算情況如表1所示。針對該套綜合能源系統，根據投資概算，工程靜態總投資約38.17萬元，工程動態投資38.78萬元，計算得出項目的所得稅前投資財務內部收益率12.23%，投資回收期約8.11年，具有良好的投資前景。

圖3 綜合能源方案示意圖

表1 綜合能源配套設施預算造價表

序號工程項目名稱分項造價/萬元技術參數單位備注 1數據中心機房 1.1設備費240 0002萬個 1.2廠房費41 60016萬平方米 1.3其他配套設施費用15 000配套盤管、制冷設備、電氣設備等 2辦公建筑58 50019.5m2 3儲能調峰電站20 000100MW·h 4屋頂光伏6 60012MW 5合計381 700

針對熱電聯產機組運行現狀，配套接入的吸收式制冷系統，充分考慮數據中心的冷負荷，使得熱電聯產煤電機組的可用性大大提高，充分利用機組多余的蒸汽量，通過吸收式溴化鋰制冷機進行制冷，實現熱電聯產的高負荷運行，大大提高了電站的經濟性，機組的綜合能源利用效率由43%提高至55%，實現綜合資源的充分利用，綜合能源的示范推廣。

［1］封紅麗，龔遜東.園區綜合能源服務市場開拓經驗借鑒［J］.能源，2020（Suppl 1）：82-85.

［2］封紅麗.國內綜合能源服務發展現狀調研及發展建議［J］.電器工業，2019（2）：18-28.

［3］王明富，吳華華，楊林華，等.電力市場環境下能源互聯網發展現狀與展望［J］.電力需求側管理，2020，22（2）：1-7.

［4］朱君，孫強，馮蒙霜，等.工業園區綜合能源服務商業模式研究［J］.電力需求側管理，2020，22（2）：67-71.

［5］代紅才.綜合能源服務能源產業新時代的戰略選擇［J］.電氣時代，2020（3）：8-11.

［6］王世朋，趙大周，柯冬冬，等.杭州數據中心燃氣分布式能源典型方案及經濟性分析［J］.浙江電力，2019（10）：20-25.

［7］印佳敏，陳澤韓.天然氣分布式能源系統在大型數據中心的應用研究［J］.南方能源建設，2015，2（2）：52-56.

［8］朱良君，王世朋，謝玉榮，等.新型燃氣分布式能源與數據中心耦合供能技術［J］.科技與創新，2020（2）：29-31.

F321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.061

2095－6835（2020）12－0137－03

朱良君，男，安徽宿松人，助理工程師，研究方向為余熱高效利用、分布式能源、綜合能源服務。

〔編輯：張思楠〕