熱電廠內(nèi)建設(shè)數(shù)據(jù)中心的可行性和優(yōu)劣勢淺析

陳 何

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 引言

隨著5G、人工智能等新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，全社會對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)計算的需求呈爆發(fā)式增長，作為上述需求物理載體的數(shù)據(jù)中心，成為了“新基建”“新網(wǎng)絡(luò)”的重要組成部分，迎來快速發(fā)展的機遇期。產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展同步帶來數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式推陳出新，如國網(wǎng)電力公司為更好匹配5G 時代下邊緣計算的交互模式，提出變電站+儲能站+電力數(shù)據(jù)中心的“多站融合”發(fā)展模式等[1]。當(dāng)前有一種模式提出，以電廠作為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)主體，依托其自產(chǎn)電力和自產(chǎn)熱力的低用能成本優(yōu)勢，跨界運營數(shù)據(jù)中心。本文即針對上述“電廠模式”，以上海某電廠數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案為基礎(chǔ)，進行可行性、經(jīng)濟性等方面的淺析，總結(jié)可能存在的問題和障礙，旨在為同類項目提供借鑒和參考。

1 研究案例概況

1.1 電廠概況

案例電廠目前已建成兩期燃機工程，總裝機容量158萬kW。一期工程建設(shè)4套9E級（4×180 MW）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，在上海電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。二期工程建設(shè)2 套9F 級（2×430 MW）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，承擔(dān)上海電網(wǎng)電力供應(yīng)及電廠周邊的熱負(fù)荷供應(yīng)任務(wù)。

1.2 數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案

案例電廠擬在院內(nèi)新建1 棟國標(biāo)A 級、國際Tier III標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機房及配套能源中心（配電及換熱供冷設(shè)施），其中數(shù)據(jù)中心機房為地上2 層建筑，總建筑面積約20 000 m2，建成后計劃布置機架4 000個（單機架平均功率密度5 kW）；能源中心為地上2 層建筑（局部1 層），總建筑面積約3 000 m2，主要用于布置溴化鋰機組（自二期熱電機組接入熱力，并轉(zhuǎn)化為冷能）、冷水機組等設(shè)備，為數(shù)據(jù)中心機房提供冷源。其中，數(shù)據(jù)中心建設(shè)投資46 935萬元、能源中心建設(shè)投資23 669萬元，滿負(fù)荷工況下，年用電量20 499萬kWh、蒸汽32萬t、水104萬t，項目PUE為1.17。

2 可行性及優(yōu)劣勢分析

2.1 政策可行性分析

1）政策導(dǎo)向

截至2016 年底，在用數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模為18.3萬架，規(guī)劃在建IDC規(guī)模約11.2萬架，2018年上海可用數(shù)據(jù)中心規(guī)模約11.2萬架，需求規(guī)模超過35 萬架，存在較大供應(yīng)缺口[2]。為加快補足上述短板，上海陸續(xù)發(fā)布相關(guān)政策文件，大力推動數(shù)據(jù)中心發(fā)展，提出建設(shè)成為世界級信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)桿城市的愿景，明確了“上海連接、上海樞紐、上海計算、上海感知”四方面目標(biāo)，近期進一步將數(shù)據(jù)中心定位為新基建、新網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，項目的建設(shè)無疑是符合政策導(dǎo)向的。

2）用地政策

行政審批制度改革后，企業(yè)投資的固定資產(chǎn)投資項目需在前期階段登錄“多規(guī)合一”平臺，進行規(guī)劃選址符合性審查，并取得規(guī)劃土地意見書。其中，國土部門主要負(fù)責(zé)審查用地性質(zhì)是否符合要求。案例項目為燃?xì)怆姀S，用地性質(zhì)為三類工業(yè)用地（M3）。數(shù)據(jù)中心項目根據(jù)功能不同一般可歸類為工業(yè)廠房、商業(yè)建筑或科研用地，作為上述3種功能時對周邊居住和公共環(huán)境的干擾、污染和安全隱患均優(yōu)于三類工業(yè)用地（M3）要求。因此，從用地性質(zhì)的角度看，項目是符合自然資源部門的相關(guān)用地政策要求的。

3）產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入政策

數(shù)據(jù)中心的行業(yè)主管部門為經(jīng)濟信息化部門。對上海而言，2019 年市經(jīng)信委、市發(fā)改委出臺了《關(guān)于加強本市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌建設(shè)的指導(dǎo)意見》（滬經(jīng)信基〔2019〕21號），對新建數(shù)據(jù)中心項目提出了規(guī)模原則上應(yīng)不低于3 000 個機架，平均單機架功率不低于6 kW，綜合能源效率指標(biāo)（PUE）不得超過1.3 的要求。案例項目總規(guī)模4 000 個、PUE為1.17均滿足產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入要求，但單機架功率密度5 kW不滿足要求。

2.2 供電方案可行性

“電廠模式”相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心項目在供電方案方面的差異最為突出。本案例數(shù)據(jù)中心電源接至二期項目，由1#、2#發(fā)電機組各引入1路20 kV電源，經(jīng)20 kV/10 kV、10 kV/0.4 kV變壓后使用，同時新建1座35 kV/10 kV變電站，引入35 kV市電作為備用電源，為節(jié)約項目造價，數(shù)據(jù)中心不再額外配置柴油發(fā)電機組（供電方案詳見圖1）。

圖1 案例項目能源中心供電方案

1）供電方案可行性

案例項目的數(shù)據(jù)中心計劃由電廠自建，發(fā)電單位和用電單位屬于同一主體，但由于其用電量過高（超過常規(guī)廠用電量），且與電廠經(jīng)營業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)性不強，將被電力部門認(rèn)定為電力用戶而非廠用電設(shè)施。按照《電力法》等相關(guān)規(guī)定，發(fā)電企業(yè)不具備直接供電的資格和權(quán)利，因此將數(shù)據(jù)中心建設(shè)在熱電廠院內(nèi)，采用直供電的方案不符合現(xiàn)行政策要求。

2）供電方案對項目定位的影響

由于案例電廠二期項目當(dāng)前負(fù)荷較低且不穩(wěn)定，在檢修等機組停機時段，現(xiàn)設(shè)計的由二期項目接入的2 路20 kV 線路將無法為數(shù)據(jù)中心項目供電。此時35 kV 市電即成為項目常用電源，由于項目并未配置柴油發(fā)電機，上述時段IDC項目將被視為未設(shè)置備用電源，即供電系統(tǒng)不滿足A級、Tier III標(biāo)準(zhǔn)對供電系統(tǒng)2N 冗余的安全性要求，對項目的品質(zhì)定位產(chǎn)生影響。

2.3 經(jīng)濟效益分析

案例項目成本總體上包括建設(shè)期投資，以及運營期基本電費、能源成本、設(shè)備維護費、人工費、管理費、設(shè)備折舊等，項目收入主要為機柜出租收入。其中，電力、燃?xì)獾饶茉闯杀炯皺C柜出租收入會根據(jù)數(shù)據(jù)中心的租賃模式不同而有所差異，為此設(shè)定2種情景進行比較。

情景1：針對大用戶的裸機出租。即數(shù)據(jù)中心運營商僅提供機柜出租服務(wù)，帶寬、IP、能源等均由用戶與第三方結(jié)算，如帶寬費與電信運營商結(jié)算、電費交與市電力公司，參照國內(nèi)同類項目行情，案例項目機柜出租租金可按4 000 元/月（即4.8 萬元/年）進行估算。

情景2：針對小用戶提供綜合服務(wù)。數(shù)據(jù)中心運營商的機柜出租價包含能源費、增值服務(wù)費等，但帶寬費、IP 費單獨收取，該情景下數(shù)據(jù)中心運營商可適當(dāng)賺取能源和帶寬費用，參照國內(nèi)同類項目行情，其單機架租金可達到7 000元/月。

經(jīng)綜合分析，案例項目在情景1 下靜態(tài)回收期為7.6年，在情景2下靜態(tài)回收期在6.1年，較情景1提前1.5年。上述論證說明兩種模式在財務(wù)上均可行，情景2因為采用自產(chǎn)電力和熱力，能源的低成本加速了投資回收。

2.4 外部效益分析

案例電廠的外部效益主要體現(xiàn)在以下3 方面：一是數(shù)據(jù)中心項目作為穩(wěn)定的熱用戶，能有效提高電廠在正常運行工況下的熱負(fù)荷，直接提升機組運行效率，具有提升電廠經(jīng)濟性的作用；二是案例項目較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心項目（能源全部采用電力），年可節(jié)約能源7 511 tce、減少CO2排放81 873 t，具有較好的節(jié)能環(huán)保效益；三是當(dāng)前全國范圍內(nèi)尚無利用熱電廠熱力資源直供數(shù)據(jù)中心機房的先例，上述模式若能成功建設(shè)，將在一定程度上起到創(chuàng)新引領(lǐng)的作用，為電廠轉(zhuǎn)型發(fā)展提供參考和借鑒。

3 結(jié)論和建議

根據(jù)上述分析，案例項目是符合上海用地政策的，同時，較全部采用電力作為能源的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心項目具有更好的經(jīng)濟性、節(jié)能環(huán)保效益和示范引領(lǐng)效應(yīng)。但在現(xiàn)行政策下，采用電廠發(fā)電直供數(shù)據(jù)中心，以加快回收的模式是不符合《電力法》要求的。與此同時，在機組負(fù)荷不穩(wěn)定的情況下，取消備用發(fā)電機的配置會直接影響數(shù)據(jù)中心安全性和品質(zhì)定位。好在日前，國家和本市正在大力推進電力體制改革，開展“大用戶直供”等試點，為項目的實施提供了契機。建議同類型項目可加強與電改主管部門的溝通銜接，爭取納入“大用戶直供”試點，推動模式創(chuàng)新。