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从雾霾重污染到联想冷热电联供-论冷热电联供在数据中心的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-06-19 1:09:48 * 浏览: 7
严重的烟雾污染已对数据中心造成严重伤害。改善能源使用结构,减少燃煤和使用清洁能源是减排和环境保护的重中之重。介绍了烟雾对数据中心的破坏,热电联供的结构,工作原理和优点,并简要介绍了热电联供在数据中心的应用。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)?” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript'%3E%3C / script%3E”))),从2015年11月底到12月中旬,中国北部连续数次沉重烟雾污染天气,北京发布了严重烟雾和严重污染的红色警告。雾霾对于北京居民来说是司空见惯的。严重的污染正在严重影响人们的心理防线,并导致严重的工农业生产,城市建设和人们的正常生活。甚至数据中心也无法免受其影响。 1烟雾对数据中心造成的损害烟雾是由于空气中灰尘,硫酸,硝酸,有机碳氢化合物和其他颗粒物的增多而造成的,这使大气变得混浊且雾气弥漫。这些灰尘,金属粉末和其他颗粒通常会逸出数据中心的过滤设备,并到达数据中心的冷却设备和电路系统的表面。即使在无雾的日子,许多数据中心风扇,多孔地板砖,电缆和设备机柜也会积聚大量灰尘。带有静电的灰尘会损坏服务器,网络或存储设备。 250V的静电可能会导致数据丢失,设备重新启动以及微电路损坏。未密封或密封不当的地板,裸露的墙壁和打印机可能会引起灰尘,导致停机和火灾隐患。在烟雾和霾严重污染的天气中,更多的细小漂浮颗粒进入数据中心,该中心将覆盖各种电子组件,这将降低计算机室的冷却性能。并且其中的腐蚀性物质将导致电缆之间的绝缘电阻下降甚至短路,这将对配电架的端口和底盘产生巨大影响。烟雾对数据中心的破坏有以下几个方面。 (1)腐蚀电路板,缩短设备寿命。在雾中的细颗粒吸收空气中的水分之后,在被细颗粒污染的装置表面上形成电解质层,这将对许多金属产生腐蚀作用。如果电解液渗入电线的保护层以形成腐蚀点,并且腐蚀点位置的导体电压不同,则电线和导体之间可能会产生电弧。这样的电弧通常会燃烧组件。 (2)堵塞防尘网,影响IT设备的散热效率。烟雾中夹带的灰尘通过机房内部的气流交换进入网络设备。散热性能下降,大功率设备的温度急剧上升,设备的风扇旋转更快,这影响了散热效果,导致本地组件的温度升高,甚至导致IT设备过热并导致停机时间和损坏。 (3)降低机房电路及部件的绝缘性能。随着机房中IT设备和电气组件性能的提高,其对环境参数的要求和对大气污染的敏感性也在不断提高。如果机房的密封效果不好,落在设备上或吸附在人体上的灰尘将通过数据中心内的气流交换进入网络设备,这些金属离子与潮湿空气的结合会减少电路和组件的绝缘性能。为了防止或减少烟雾对数据中心的影响,每个数据中心都有自己的预防措施,更重要的是要注意并开展环境监测工作。但这是被动的对策。消除烟雾d减少和消除污染天气的发生是最基本的策略。烟雾的原因很多。重要原因之一是能量结构不合理。中国的发电主要依靠火力发电。目前至少有67%的煤炭被燃烧。清洁煤技术的推广尚未普及,有许多设施正在运行。情况不好,环境治理不到位。因此,使用清洁能源是消除烟雾的重要手段。数据中心是一个很大的电力消耗,清洁能源在数据中心的应用具有现实意义。可以在数据中心中使用冷,热和电的组合供应吗?这已成为业界普遍关注的问题。 2冷热电联供分布式能源的结构和工作原理是相对于传统的集中供电方式而言的,它是指规模小,容量小(千瓦至50MW),模块化,分散式该系统靠近用户,可以独立输出冷,热和电能。分布式能源的先进技术包括太阳能利用,风能利用,燃料电池和天然气的冷,热和电联合供应。随着分布式能源技术的不断发展,天然气是促进燃气轮机或内燃机发电的主要燃料,然后利用发电的余热为用户提供制冷或供暖。 CCHP(冷热电联产)系统的组合使用已成为分布式能源的主要形式。换句话说,CCHP是一种分布式能源供应系统,它以天然气为主要能源发电,并利用发电后产生的废热进行冷却或加热,同时将电能和热(冷)输出给用户。 CCHP的典型结构如图1所示。从图1可以看出,冷,热和电的联合供应主要由发电系统和废热回收系统两部分组成。发电部分主要由燃气内燃机,燃气轮机或微型燃气轮机组成。近年来,还开发了外燃发动机和燃料电池。废热回收部分包括废热锅炉和废热直燃发动机。小型热电联产系统中的燃气轮机或其他发电设备燃烧天然气做功。首先,它将大约35%的能量转换为电能。这部分自发电和市政电源同时为自己的用户供电。其余大部分能量都在烟道气余热和气缸套中的水介质中,这些热量被余热系统回收,产生所需的冷量和热量。该系统可以由高度智能的控制系统集中控制,以实现发电机组和废热回收系统的互锁操作。它可以针对不同的制冷,供暖和电力负荷以不同的运行模式运行,也可以连接到楼宇控制系统。为实现无人值守,通过电话线连接到远程控制站以实现远程控制。 CCHP系统基于能量级联利用的概念,它结合了加热(供热和热水供应),冷却和发电过程。三重供电系统的某些特性在数据中心负载,电力和冷却方面的波动较小。全年冷却所需的大量能源更加匹配,因此在数据中心具有更高的应用可行性。 CCHP的基本原理是温度对位和阶跃利用,如图2所示。首先,清洁天然气在燃气发电设备中燃烧以产生高温高压气体,用于发电和发电。产生和发电后的中温气体通过废热回收装置进行冷却和加热,然后再进行低温。该段的烟气可以在进行热交换后排出。用于生活热水。透格在能源的级联利用中,能源利用效率已从传统发电系统的约40%提高到约80%,并且节省了大量的一次能源。 3CCHP系统的优势CCHP系统具有许多不可替代的优势,例如节能,减排,经济,安全,调峰填谷,促进循环经济的发展。 (1)提高综合能源利用效率CCHP系统的节能不仅仅是设备或过程的节能,而是整个能源供应系统的节能。由于该系统建在用户现场或用户现场附近,因此减少了能量传输和运输的损失。以供电为例,大型电厂离用户较远,通过高压输变电网降压后进入配电网,再分配给低压用户。长途传输损耗通常占总发电量的5%至10%。配电网络中的电能损耗更大。 CCHP系统避免了输配损失,还运用了能量梯级利用的原理,先发电,再利用余热,体现了从高品位能源到低品位能源的科学能源利用,并实现了综合利用。的利用效率和一次能源的收益大大提高。在一般的普通火力发电系统中,输入热量计算为100%,减去约2%的功率传输损耗,约60%的未使用热量去除,其发电效率约为38%。对于清洁能源天然气制冷和供热电源系统,输入热量也为100%,发电量占25%至40%,排热利用率占40%至50%。如果合理分配电,热,则总效率可以达到70%〜80%,而未利用的热量只有20%〜30%。因此,由于天然气联合热电系统余热利用的增加,其总效率比普通火力发电系统高约30%至40%。 (2)减少排放,保护环境由于使用了清洁燃料,大大减少了温室气体和烟气中的其他有害成分。一次能源的综合利用和当地各种可再生能源的使用进一步减少了排放。据估计,在满足相同电热负荷的条件下,与传统的CCHP燃煤发电和分配方法相比,CO2排放量可减少约50%。近年来,反硝化和温室气体捕集与利用技术的发展可以使CCHP系统的能源供应系统达到各种严格的环境保护标准。 (3)良好的经济天然气燃烧可在1500℃下获得高温能量。这部分能源可以从高到低的多个阶段使用,以优化制冷,供暖,电力和卫生热水到新能源的集成。一个统一的能源系统可以实现不同形式和不同能源的级联利用,从而以获得整个系统的综合能源利用效果。 (4)有利于电力负荷的天然气调峰热电联产系统可以作为传统电力系统的补充调峰,更好地保证电力供应。在用电高峰时,可以平均功率负载。当夏天在城市中使用大量的电动空调时,电力负荷将在一段时间内达到峰值负荷。同时,夏季也是天然气消费量低的时期,天然气供应能力过剩。通过使用天然气组合加热和冷却,在满足峰值功率消耗的同时,还可以利用废热进行冷却,还可以减少功率调峰装置的投资和运行成本,改善功率负载,并且效果更好。充分利用天然气基础设施功能。 CCHP系统是电力和燃气供应高峰和低谷填充的重要功能。北京等大城市大多使用电力夏季制冷,冬季使用燃气锅炉供暖。电力和天然气供应之间的季节性峰谷差异很大。以北京为例,自2007年以来,供暖季节的天然气消费量可占全年的比例。天然气消费量的80%时,冬季和夏季的供气高峰谷差达到8:1以上,而空气冷却季节的空调耗电量占总电力负荷的40%,功率的峰谷差接近2:1。采用CCHP系统后,发电余热可用于供暖和制冷,不仅可以减少电动空调造成的供电高峰,而且可以填补夏季供气的低谷,缓解各自的峰谷差,由能源供应需求侧管理。有效手段有利于能源供应的可持续发展。与大规模的天然气集中发电相比,尤其是与燃煤发电厂相比,CCHP系统首先使用天然气产生高价值的电力,然后利用废热进行冷却,加热或工业蒸汽负荷,比以前的收益更重要的经济。如果您站在国家宏观能源经济的水平上,并考虑优化能源结构,减少电力和天然气供应的高峰和低谷,并提高城市电网的安全性,那么CCHP系统将带来额外的经济价值相当可观。 (5)提高能源供应的安全性传统的集中式供电依靠大型电网和高压输变电系统。系统故障可能会造成严重影响,也可能导致大规模停电。近年来,我国的低温雨雪灾害以及美国,欧洲和东南亚的大规模停电,不断提高了人们对能源供应安全重要性的认识。 CCHP型分布式能源可以在大型电网发生紧急情况时维持本地电源供应,减缓本地对集中式电源系统的过度依赖,还可以根据特殊情况进行调整以改善电源供应用户负载的需求。