某燃煤电站闲置土地综合能源方案的设计

朱良君，王世朋，谢玉荣，张海珍

某燃煤电站闲置土地综合能源方案的设计

朱良君，王世朋，谢玉荣，张海珍

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江省蓄能与建筑节能技术重点实验室，浙江 杭州 310030）

针对南方某燃煤电站闲置土地资源，为提高闲置土地资源利用率，以及提高电站经济性，拟对该区域闲置土地进行综合能源供能方案改造，提出了建设数据中心机房，并配套建设分布式光伏以及储能电站形成集光储一体化的综合供能体系，实施冷热电多元供应的综合能源供应方案，实现对该电站资源的综合利用，以及对能源资源的综合配置与优化，在提高电站的综合能源利用效率的同时，大大提高其经济性，起到推广应用综合能源的示范作用。

数据中心；多能互补；吸收式制冷；电储能

随着互联网信息技术的更新换代，可再生能源技术的飞速发展，电力改革进程的稳步推进，开展综合能源服务已成为提升能源效率、降低用能成本、促进竞争与合作的重要发展方向[1]。面对综合能源服务的巨大市场，能源行业发生了重大变革，各大传统能源企业纷纷制订、实施综合能源服务行动计划，电力、热力、燃气以及石油石化等各类能源企业纷纷提出向综合能源服务商转型，各类配售电企业、能源服务公司也将自身未来的收益增长点聚焦到综合能源服务领域[2]。

综合能源服务本质上是由新技术革命、绿色发展、新能源崛起引发的能源产业结构重塑，从而推动新兴业态、商业模式、服务方式不断创新。综合能源系统可以接纳包括清洁能源在内的多种能源，提高各种能源的利用效率，促进能源系统之间的协调优化，实现多种能源的互补互济[3]。中国能源安全面对着清洁能源电力消纳难题和能源技术创新瓶颈等问题，而综合能源服务系统作为一种新型的能源供应、转换和利用系统对于规避能源供应风险、保障能源安全具有重要作用，中国正处于能源转型关键时期，构建综合能源服务系统有助于推动中国能源向低碳型、多元化、全方位国际合作转型[4-5]。

1 数据中心简介

数据中心是容纳用以支持应用系统运行的基础设施的物理场所，包括服务器，传递、计算和存储数据的信息网络及相关配套设备。2020-03-04的政治局常务会议上再次强调要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，数据中心作为“新基建”中的一个亮点，引起了业界的高度关注。数据中心不仅仅是重要的基础设施，更是新产业发展的服务体系和基本支撑，深刻改变了社会经济运行的面貌[5]。中国IDC市场正在从高速发展期过渡向成熟期，2019-06-06，工信部向国内三家电信运营商及广电发放了5G商用牌照，5G部署将进一步拓展高流量应用场景。工业和信息部向三大电信运营商中国移动、中国联通、中国电信和中国广播电视网络有限公司正式发放5G牌照批准这四家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”。结合5G的主要应用方向，大流量场景将继续增加，带动全球网络数据量激增，数据中心的重要地位进一步彰显[6-7]。2010—2019年中国IDC市场规模情况如图1所示，2019年中国IDC市场规模达到1 561亿元，同比增长27.12%，增长率持续上升的原因主要为增值业务的快速增长，预计未来IDC市场仍将保持高速发展态势。

图1 2010—2019年中国IDC市场规模现状

目前，中国重点发展的各大新兴产业，比如人工智能、远程医疗、工业互联网等，均需要以数据中心作为产业支撑。数据中心行业应用广泛，上下游产业链条完整。中国IDC产业链的基本构成如图2所示，IDC产业链主要由上游基础设施、中游IDC专业服务及相关解决方案（云服务商为主）和下游最终用户构成[8]，随着“新基建”再次启动，国内数据中心业务将会飞速发展。

2 项目背景分析

项目地点位于南方某二线城市，项目公司占地约 110 000 m2，位于城市近郊，地理位置优越，交通便利，距离附近机场约10 km，市政府约11 km，高铁站约9 km，附近正在建设地铁线路，可作为数据中心机房的优选地点。

图2 中国IDC产业链结构

该燃煤电站现装机规模为2台50 MW发电机带抽汽供热机组，单台机组抽汽最大值110 t/h，配3台220 t/h循环流化床锅炉。

抽汽情况：共六级抽汽，一级抽汽至中压供热，1.6～1.8 MPa，三级抽汽至低压供热，0.8 MPa，供热抽汽温度为250 ℃，汽轮机效率43%，煤耗360～400 g/kW·h。结合机组运行情况可见，热电联产机组煤耗较高，高于燃煤机组平均煤耗20%以上。该项目现状供应现状为电负荷充足，热负荷偏小。当地环保政策严格，对污染物排放要求较高，机组面临环保压力较大，需要提前做好产业转型升级改造的准备工作。

2.1 土地资源可利用性

建设数据中心难点之一是土地征用难，投资方基本无法拿到净地，征地需自行处理拆迁等相关问题，严重影响了投资方投资的积极性。公司具备充足的土地资源，可开发用地面积满足高端低碳数字经济产业开发用地要求。

2.2 负荷保障能力可行性

建设数据中心机房的难点二是用电保障，由于数据中心需要具备高安全性，需配套两路市电作为电源，同时配置不同等级的变电站，一般企业很难与电网公司进行协调并建设满足要求的双路电源。公司作为发电企业，具有自己的电源点，一方面电源点可以充当数据中心一路电源；另一方面电源可实现就近供电，实现公司与数据中心双赢。

2.3 提供竞争性电价能力

建设数据中心机房的难点三是运行成本高，数据中心运营过程中，电费支出是运营的主要成本支出，占运营总成本的40%～60%。公司作为传统的能源企业，具备代理用户市场交易的能力。降低数据中心运行成本，一方面公司可以开展能源产品直供；另一方面，可以通过电力市场交易，购置相对比较低价的电量。由此可见，公司具备提供具有竞争性电价的能力，解决了数据中心运维费用高的问题，提升了数据中心的盈利能力和市场竞争力。

2.4 综合服务保障能力

建设数据中心机房的难点四是支撑专业团队建设难。为了保障数据中心的正常运行，需要配置服务器运维、网络运维、电源动力运维、现场环境运维和保安物业、销售等团队。公司作为传统能源公司，一直从事电力生产、运行与维护和能源市场开拓等工作，同时具有服务器运维、网络运维、现场管理等方面的专业人员，通过公司内部的组织机构适当调整可以成立数据中心支撑专业团队，开展数据中心的配套工作。

3 综合能源方案设计

基于现有燃煤机组热用户相对较少、热负荷严重不足、热电联产效率偏低和机组煤耗较高等现状，对机组进行适当改造，加大汽机抽汽，汽轮机的抽汽温度为250 ℃，恰恰是蒸汽型溴化锂制冷机的最佳热源。利用抽汽作为热源，驱动溴化锂制冷机制取冷冻水，同时继续保留原有热用户，持续供应热力蒸汽，拓展冷用户，实现系统冷热电三联供。一方面，供能系统继续向现有的热用户供蒸汽；另一方面，供能系统向数据中心和附近的办公楼宇提供冷能，全面改善燃煤机组整体能源利用效率。

除进行原有的燃煤机组改造外，充分利用屋顶建筑面积，建筑屋顶布置分布式光伏发电系统，同时建设蓄能系统，开展用户侧储能以及电网侧调峰等能源服务。构建区域内集煤电、光伏、储能于一体的多元化能源结构，打造区域内冷热电多能供应的供应链，充分利用内置资源，开展综合能源服务，实现经济效益、社会效益及环境效益最大化，打造综合能源示范项目。综合能源方案如图3所示。

4 效益分析

拟在该燃煤电站区域内建设数据中心建筑面积约 160 000 m2，可容纳机柜数量为20 000个，配套建设高端办公楼建筑面积约195 000 m2，并配置1座规模为100 MW·h储能调峰电站，在厂房屋顶布置12 MW分布式光伏发电系统。依据高端低碳数据产业园规模设想，进行投资初步估算，项目总投资约38.2亿元，其中数据中心造价29.6亿元，高端办公楼5.85亿，具体分项估算情况如表1所示。针对该套综合能源系统，根据投资概算，工程静态总投资约38.17万元，工程动态投资38.78万元，计算得出项目的所得税前投资财务内部收益率12.23%，投资回收期约8.11年，具有良好的投资前景。

图3 综合能源方案示意图

表1 综合能源配套设施预算造价表

序号工程项目名称分项造价/万元技术参数单位备注 1数据中心机房 1.1设备费240 0002万个 1.2厂房费41 60016万平方米 1.3其他配套设施费用15 000配套盘管、制冷设备、电气设备等 2办公建筑58 50019.5m2 3储能调峰电站20 000100MW·h 4屋顶光伏6 60012MW 5合计381 700

针对热电联产机组运行现状，配套接入的吸收式制冷系统，充分考虑数据中心的冷负荷，使得热电联产煤电机组的可用性大大提高，充分利用机组多余的蒸汽量，通过吸收式溴化锂制冷机进行制冷，实现热电联产的高负荷运行，大大提高了电站的经济性，机组的综合能源利用效率由43%提高至55%，实现综合资源的充分利用，综合能源的示范推广。

［1］封红丽，龚逊东.园区综合能源服务市场开拓经验借鉴［J］.能源，2020（Suppl 1）：82-85.

［2］封红丽.国内综合能源服务发展现状调研及发展建议［J］.电器工业，2019（2）：18-28.

［3］王明富，吴华华，杨林华，等.电力市场环境下能源互联网发展现状与展望［J］.电力需求侧管理，2020，22（2）：1-7.

［4］朱君，孙强，冯蒙霜，等.工业园区综合能源服务商业模式研究［J］.电力需求侧管理，2020，22（2）：67-71.

［5］代红才.综合能源服务能源产业新时代的战略选择［J］.电气时代，2020（3）：8-11.

［6］王世朋，赵大周，柯冬冬，等.杭州数据中心燃气分布式能源典型方案及经济性分析［J］.浙江电力，2019（10）：20-25.

［7］印佳敏，陈泽韩.天然气分布式能源系统在大型数据中心的应用研究［J］.南方能源建设，2015，2（2）：52-56.

［8］朱良君，王世朋，谢玉荣，等.新型燃气分布式能源与数据中心耦合供能技术［J］.科技与创新，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，助理工程师，研究方向为余热高效利用、分布式能源、综合能源服务。

〔编辑：张思楠〕