“云計(jì)算”工業(yè)園區(qū)余熱利用系統(tǒng)研究.pdf

1、當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，能源和環(huán)境之間的矛盾日益突出，工業(yè)園區(qū)作為工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的新產(chǎn)物，其能源結(jié)構(gòu)是否合理，直接關(guān)系到我國(guó)能源發(fā)展方向。在工業(yè)園區(qū)制定經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的用能方式，是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，這就要求人們對(duì)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行合理地能源規(guī)劃，通過(guò)能源規(guī)劃來(lái)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
　　本文針對(duì)目前大型數(shù)據(jù)中心普遍存在的能量利用率低、溫室氣體排放嚴(yán)重等問(wèn)題，以低品位熱能余熱利用模型、區(qū)域供冷供熱模型以及常規(guī)能源系統(tǒng)模型為依托，建

2、立了大型云計(jì)算工業(yè)園區(qū)的能源綜合管理模型：主要包括冷熱源系統(tǒng)的能耗模型（離心式/螺桿式/模塊式水源熱泵機(jī)組的變工況能耗模型、蒸汽雙效型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組能耗模型以及燃?xì)忮仩t能耗模型）、區(qū)域供冷（熱）輸配系統(tǒng)的能耗模型（包括一次泵、二級(jí)泵、冷卻水泵能耗模型）、冬季低品位熱源的輸配能耗模型（即“云計(jì)算中心”冷凍水回水加壓泵能耗模型、電廠冷卻水加壓泵能耗模型）、低品位熱源水輸配熱損失計(jì)算模型以及水源熱泵熱泵系統(tǒng)相比于常規(guī)能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

3、模型。
　　以大型數(shù)據(jù)中心能源綜合管理模型為依據(jù)，利用C＃軟件，完成“大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計(jì)與評(píng)估軟件V1.0”的開(kāi)發(fā)，因地制宜地結(jié)合可利用資源量，以最大限度利用廢熱、降低能耗為目標(biāo)，尋找基于云計(jì)算工業(yè)園區(qū)廢熱的水源熱泵最佳用能方案。
　　本文以重慶某云計(jì)算中心配套服務(wù)區(qū)水源熱泵區(qū)域供冷(熱)項(xiàng)目為依托，在分析園區(qū)可利用低位熱源種類的基礎(chǔ)上，提出以電廠冷卻水和以云計(jì)算中心冷凍水回水為熱源的兩種水源熱泵區(qū)域供熱方案；利用SWOT

4、分析法對(duì)電廠冷卻水、冷凍水回水兩種低位熱源余熱利用方案進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)工業(yè)園區(qū)余熱梯級(jí)利用原理進(jìn)行闡述。通過(guò)熱泵將工業(yè)園區(qū)余熱及不能直接被利用的低位熱能加以利用，在降低―云計(jì)算服務(wù)區(qū)‖供熱能耗的同時(shí)，減少了工業(yè)園區(qū)廢熱的排放。
　　對(duì)于電廠冷卻水余熱利用方案，本文通過(guò)軟件動(dòng)態(tài)仿真，以輸配能耗、輸送能效比以及熱源水輸配熱損失、最大溫降為考核指標(biāo)，對(duì)輸配系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上，對(duì)熱源水側(cè)輸配溫差△T2和熱泵機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)換熱溫差△T1的

5、組合形式展開(kāi)詳細(xì)分析論述，以節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益為考核指標(biāo)，對(duì)比得出最佳組合方案（熱源水輸配溫差△T2取13℃，換熱溫差△T1取10℃）；在此基礎(chǔ)上對(duì)該方案相比于常規(guī)燃?xì)忮仩t供熱方案的節(jié)能潛力、增量投資和靜態(tài)增量投資回收期等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；最后，從熱泵機(jī)組熱水出水溫度和電廠冷卻水溫度兩方面出發(fā)，利用水源熱泵供熱變工況能耗模型，分析兩者對(duì)以電廠冷卻水為熱源的水源熱泵供熱方案能耗水平的影響程度。
　　研究表明，電廠冷卻水冬季最大溫降為

6、0.89℃，長(zhǎng)距離輸送不會(huì)影響供熱品質(zhì)。熱源水換熱溫差△T1取10℃，輸送溫差△T2取13℃，年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)139.83萬(wàn)元，靜態(tài)增量投資回收期6.93年，為最佳方案；相比于常規(guī)燃?xì)忮仩t供熱方案，累計(jì)節(jié)約標(biāo)煤774.50t，節(jié)能率47.6％。
　　對(duì)于冷凍水回水余熱利用方案，本文從熱泵機(jī)組蒸發(fā)側(cè)熱源水的供水溫度入手，通過(guò)計(jì)算不同熱源水供水溫度下，“云計(jì)算服務(wù)區(qū)”水源熱泵機(jī)組能耗以及機(jī)組制熱性能系數(shù)，分析“云計(jì)算中心集中制冷站”冷凍水

7、回水對(duì)于“云計(jì)算服務(wù)區(qū)”水源熱泵供熱能耗的影響程度。另一方面，本文針對(duì)熱源水供水溫度及換熱溫差對(duì)低品位加壓泵（取水二級(jí)泵）和冷卻水泵（取水一級(jí)泵）能耗的影響程度展開(kāi)分析，得出熱源水取水能耗受二者的影響水平。此外，本文針對(duì)熱源水不同溫度和輸配溫差工況下，冷凍水回水余熱利用方案相比于常規(guī)燃?xì)忮仩t供熱方案的節(jié)能量和節(jié)能率進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算中心集中制冷站變工況運(yùn)行時(shí)，云計(jì)算服務(wù)區(qū)區(qū)域能源站水源熱泵供熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，為方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

8、
　　研究表明，以數(shù)據(jù)中心冷凍水回水為熱源的水源熱泵供熱方案，冬季系統(tǒng)累計(jì)節(jié)約耗能折合標(biāo)煤625.89t，節(jié)能率38.5%，增量成本靜態(tài)投資回收期為7.14年。采用該方案，“云計(jì)算中心”蒸汽雙效型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的蒸汽耗量可減少5792.83噸，冷卻水泵累計(jì)耗電可減少222101.6 kW·h。熱泵機(jī)組冷凝側(cè)作為“云計(jì)算服務(wù)區(qū)”供熱的熱源，蒸發(fā)側(cè)作為“云計(jì)算中心”數(shù)據(jù)機(jī)房的空調(diào)冷源，消耗少量的電能，同時(shí)制備冷量和熱量，熱泵機(jī)組