本发明专利技术公开了一种利用管网天然气发电制冷的数据中心一体化供能装置，包括监测调控系统、压力能发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统，其中压力能发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，压力能发电制冷系统包括膨胀发电系统和冷媒制冷系统；天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统；市电制冷系统主要由冷水空调组成；监测调控系统调控压力能发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统三者的供电和供冷比例，保证电能和冷能供应的稳定性及发电机组的稳定性、有效解决负载功率变化过大的问题。本发明专利技术能实现数据中心及高耗能建筑物的供电供冷，系统效率高，广谱性强，可节约大量电费支出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出一种利用天然气压力能及天然气自身燃烧释放的能量发电制冷，并通过市电辅助保证数据中心及其他高能耗建筑供电供冷稳定性的一体化装置。
技术介绍
电和冷是燃气系统节能技术的两个主要产品，正是互联网数据中心的动力能源，他们的有机结合将是很有前景的发展模式。目前，城市燃气主要通过管网系统进行运输，天然气利用时，上游的天然气通过高压管网输送到城市燃气或大型用户。高压天然气需根据用户的供气压力要求进行调压，在各地的天然气接收站或者调压站调压后进行城市燃气管网系统供下游用户使用。高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量，以日生产50万立方米的门站为例，压力从4.0MPa降至0.4MPa，导致的压力能损失约101.7KJ/h。如果能采用适当的方式回收利用这部分压力能，将能在很大程度上提高能源利用率和天然气管网运行的经济性。“十二五”期间，各级政府全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用，形成能源的梯级综合利用。随着城市天然气应用力度的逐渐增加，天然气管网的发展，高压天然气的压力能回收利用技术将具有广阔的发展前景。在互联网方面，随着信息化与工业化的深入推进，特别是移动互联网与智能手机产业的发展与普及，大大改变了人们的生活方式，社会组织与运作模式也带来了调整。随着越来越多社会和人类信息的电子化，以及信息交互与计算能力的大大提高和成本逐步下降。人类社会的生产力再次得到飞跃，人们越来越多的精力投入到创新当中。正是由于此轮移动互联网技术发展，造就了数字经济业务的飞速扩张。全球G20数字经济增长率平均为11％，发展中国家平均达到18％，远远高于传统产业。数字经济的飞速发展，带了大量电子数据的储存、计算和交换的需求。数据中心的需求量突飞猛进，2008年起全球主要市场均开始了数据中心大规模建设的时代，年度投资增长率保持在10％以上。数据中心机房内放置着大量的服务器、交换机和储存设备，这些IT设备需要保持7x24x365的在线工作，满足各类数字业务的需求。IT设备的耗电量是惊人的，每平方米建筑面积的功耗高达1000～2000瓦，甚至更高。而常规的民用或商业建筑，功耗仅70～150瓦。2016年，在十三五的开局之年，在国家大力倡导互联网+的环境下，天然气余冷及压力能利用的节能技术，与绿色云计算数据中心产业的结合，迎来了最佳发展机遇期。
技术实现思路
本专利技术提出一种利用管网天然气发电制冷的数据中心供能系统和一体化装置，该装置安全性能好，低能耗，易维护，高效率的利用天然气管网压力能进行发电制冷，并以天然气燃烧发电制冷为辅，市电供应为保障，为高能耗、需求波动较大的建筑提供稳定的低成本的绿色能源。本专利技术实现上述目的的技术方案为：一种利用管网天然气发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：包括监测调控系统、压力能发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统，其中压力能发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，所述压力能发电制冷系统包括膨胀发电系统和冷媒制冷系统，所述膨胀发电系统包括通过管路连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机，所述透平膨胀机的输出轴依次连接第一变速器及第一发电机，所述第一发电机的电力输出端通过第一变压同步器向外供电；所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的换热器、冷媒泵、冷媒储罐、由第一供水泵供水的制冷器，所述透平膨胀机流出的天然气与换热器换热后一部分天然气进入天然气冷电联供系统，另一部分进入中低压管网；天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接的燃烧室、燃气透平、由第二供水泵供水的余热锅炉、蒸汽透平，所述燃气透平的输出轴依次连接第二变速器及第二发电机，所述第二发电机的电力输出端通过第二变压同步器向外供电；所述蒸汽透平的输出轴依次连接第三变速器及第三发电机，所述第三发电机的电力输出端通过第三变压同步器向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平下游，主要由第三供水泵供水的吸收式制冷空调组成，蒸汽透平排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调的热源。所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次主要由冷却塔、第四供水泵、冷水机组冷凝器、冷水机组蒸发器、第五供水泵组成。所述监测调控系统包括：PLC；依次设置在高压管网与透平膨胀机进气口之间管路上的第一电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计、第一流量调节阀；依次设置在所述透平膨胀机与换热器之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀；依次设置在换热器与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、三通流量调节阀，所述三通流量调节阀一个出口连接天然气冷电联供系统，另一出口连接中低压管网，使所述透平膨胀机流出的天然气与换热器换热后流经三通流量调节阀，一部分天然气进入天然气冷电联供系统，一部分进入中低压管网；设置在第一变速器与第一发电机之间的速度变送器；依次设置在冷媒泵与冷媒储罐之间管路上的第二流量计和第二流量调节阀；设置在第一供水泵与制冷器之间的第三流量调节阀和用于测量经制冷器制冷后冷水温度的温度变送器；依次设置在中压管网和燃烧室进气口之间的第三电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、第三流量计、第四流量调节阀；依次设置在燃气透平和余热锅炉之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第二变速器和第二发电机之间的速度变送器；依次设置在余热锅炉和蒸汽透平之间的压力变送器、温度变送器；依次设置在蒸汽透平和吸收式制冷空调之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第三供水泵与吸收式制冷空调之间的第六流量调节阀；设置在第四供水泵与冷水机组冷凝器之间的第七流量调节阀；设置在冷水机组蒸发器与第五供水泵之间的第八流量调节阀；设置在冷水机组蒸发器出水管路上的温度变送器；所述PLC通过电路分别连接各电控阀、各个压力变送器、气动调节阀、各流量调节阀、各速度变送器、各温度变送器。进一步地，所述透平膨胀机与换热器之间的管路上设置有缓冲罐，保证气压温度。进一步地，所述的吸收式制冷空调采用余热蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组。进一步地，所述第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀选用具有紧急切断功能的ZCRB型燃气紧急切断阀；所述第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、第五流量调节阀、第六流量调节阀、第七流量调节阀、第八流量调节阀、三通流量调节阀和气动调节阀选用电动控制型阀。进一步地，所述PLC根据下游天然气用户用气量的不同，通过控制各阀改变进入不同系统的天然气流量来设置不同的压力能控制发电制冷系统与天然气冷电联供系统的输出配比，以满足各种不同工况。进一步地，当冷负荷随气温升高而增大时，所述PLC通过控制各阀增大进入装置的天然气流量，一方面增大压力能发电制冷系统或天然气冷电联供系统的制冷量，一方面将多余的电量输入市电制冷系统制冷，以满足较大的冷负荷波动。进一步地，所述透平膨胀机、燃气透平、蒸汽透平的速度变送器将主轴转速信号转换为标准电信号反馈至PLC，PLC根据主轴转速与输出功率之间的函数关系算出输出功率；PLC通过对比速度变送器和所述透平膨胀机、燃气透平、蒸汽透平的前后压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用管网天然气发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：包括监测调控系统、压力能发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统，其中压力能发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，所述压力能发电制冷系统包括膨胀发电系统和冷媒制冷系统，所述膨胀发电系统包括通过管路连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机(10)，所述透平膨胀机(10)的输出轴依次连接第一变速器(13)及第一发电机(14)，所述第一发电机(14)的电力输出端通过第一变压同步器(20)向外供电；所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的换热器(12)、冷媒泵(19)、冷媒储罐(16)、由第一供水泵(17)供水的制冷器(18)，所述透平膨胀机(10)流出的天然气与换热器(12)换热后一部分天然气进入天然气冷电联供系统，另一部分进入中低压管网；天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接的燃烧室(27)、燃气透平(28)、由第二供水泵(38)供水的余热锅炉(29)、蒸汽透平(30)，所述燃气透平(28)的输出轴依次连接第二变速器(32)及第二发电机(33)，所述第二发电机(33)的电力输出端通过第二变压同步器(36)向外供电；所述蒸汽透平(30)的输出轴依次连接第三变速器(34)及第三发电机(35)，所述第三发电机(35)的电力输出端通过第三变压同步器(37)向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平(28)下游，主要由第三供水泵(39)供水的吸收式制冷空调(31)组成，蒸汽透平(30)排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调(31)的热源。所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次主要由冷却塔(40)、第四供水泵(43)、冷水机组冷凝器(41)、冷水机组蒸发器(42)、第五供水泵(46)组成；所述监测调控系统包括：PLC(9)；依次设置在高压管网与透平膨胀机(10)进气口之间管路上的第一电控阀(2)、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计(7)、第一流量调节阀(5)；依次设置在所述透平膨胀机(10)与换热器(12)之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀(4)；依次设置在换热器(12)与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀(3)、压力现场显示器、温度现场显示器、三通流量调节阀(15)，所述三通流量调节阀(15)一个出口连接天然气冷电联供系统，另一出口连接中低压管网；设置在第一变速器(13)与第一发电机(14)之间的速度变送器；依次设置在冷媒泵(19)与冷媒储罐(16)之间管路上的第二流量计(8)和第二流量调节阀(6)；设置在第一供水泵(17)与制冷器(18)之间的第三流量调节阀(21)和用于测量经制冷器(18)制冷后冷水温度的温度变送器；依次设置在中压管网和燃烧室进气口之间的第三电控阀(22)、压力现场显示器、温度现场显示器、第三流量计(24)、第四流量调节阀(23)；依次设置在燃气透平(28)和余热锅炉(29)之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第二变速器(32)和第二发电机(33)之间的速度变送器；依次设置在余热锅炉(29)和蒸汽透平(30)之间的压力变送器、温度变送器；依次设置在蒸汽透平(30)和吸收式制冷空调(31)之间的压力现场显示器、温度现场显示器；设置在第三供水泵(39)与吸收式制冷空调(31)之间的第六流量调节阀(26)；设置在第四供水泵(43)与冷水机组冷凝器(41)之间的第七流量调节阀(44)；设置在冷水机组蒸发器(42)与第五供水泵(46)之间的第八流量调节阀(45)；设置在冷水机组蒸发器(42)出水管路上的温度变送器；所述PLC(9)通过电路分别连接各电控阀、各个压力变送器、气动调节阀(4)、各流量调节阀、各速度变送器、各温度变送器。...
【技术特征摘要】
1.一种利用管网天然气发电制冷的数据中心一体化供能装置，其特征在于：包括监测调控系统、压力能发电制冷系统、天然气冷电联供系统和市电制冷系统，其中压力能发电制冷系统的天然气排气口与天然气冷电联供系统的天然气进气口相连，所述压力能发电制冷系统包括膨胀发电系统和冷媒制冷系统，所述膨胀发电系统包括通过管路连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机(10)，所述透平膨胀机(10)的输出轴依次连接第一变速器(13)及第一发电机(14)，所述第一发电机(14)的电力输出端通过第一变压同步器(20)向外供电；所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的换热器(12)、冷媒泵(19)、冷媒储罐(16)、由第一供水泵(17)供水的制冷器(18)，所述透平膨胀机(10)流出的天然气与换热器(12)换热后一部分天然气进入天然气冷电联供系统，另一部分进入中低压管网；天然气冷电联供系统包括燃烧发电系统和吸附制冷系统，所述燃烧发电系统包括通过管路依次连接的燃烧室(27)、燃气透平(28)、由第二供水泵(38)供水的余热锅炉(29)、蒸汽透平(30)，所述燃气透平(28)的输出轴依次连接第二变速器(32)及第二发电机(33)，所述第二发电机(33)的电力输出端通过第二变压同步器(36)向外供电；所述蒸汽透平(30)的输出轴依次连接第三变速器(34)及第三发电机(35)，所述第三发电机(35)的电力输出端通过第三变压同步器(37)向外供电；所述吸附制冷系统通过管路连接在蒸汽透平(28)下游，主要由第三供水泵(39)供水的吸收式制冷空调(31)组成，蒸汽透平(30)排放的蒸汽作为输入吸收式制冷空调(31)的热源。所述市电制冷系统通过市电向负载供电，并通过水冷空调向负载供冷，主要由冷水空调组成，通过管路依次主要由冷却塔(40)、第四供水泵(43)、冷水机组冷凝器(41)、冷水机组蒸发器(42)、第五供水泵(46)组成；所述监测调控系统包括：PLC(9)；依次设置在高压管网与透平膨胀机(10)进气口之间管路上的第一电控阀(2)、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计(7)、第一流量调节阀(5)；依次设置在所述透平膨胀机(10)与换热器(12)之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀(4)；依次设置在换热器(12)与低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀(3)、压力现场显示器、温度现场显示器、三通流量调节阀(15)，所述三通流量调节阀(15)一个出口连接天然气冷电联供系统，另一出口连接中低压管网；设置在第一变速器(13)与第一发电机(14)之间的速度变送器；依次设置在冷媒泵(19)与冷媒储罐(16)之间管路上的第二流量计(8)和第二流量调节阀(6)；设置在第一供水泵(17)与制冷器(18)之间的第三流量调节阀(21)和用于测量经制冷器(18)制冷后冷水温度的温度变送器；依次设置在中压管网和燃烧室进气口之间的第三电控阀(22)、压力现场显示器、温度现场显示器、第三流量计(24)、第四流量调节阀(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐文东，熊凡凡，符仁义，丁际昭，张容伟，陈秋雄，陈运文，陆涵，温永刚，安成名，游咏，
申请(专利权)人：华南理工大学，深圳市燃气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。