一種利用lgn冷能和熱泵技術的通信機房冷電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用LGN冷能和采用熱栗技術的通信機房冷電聯(lián)供系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以燃燒LNG等發(fā)電，可取代傳統(tǒng)的通信機房柴油備用電源，還可以部分代替市電；LNG冷能可以直接作為空調制冷的冷源，燃燒余熱可以為空調制冷提供能量，降低精密空調所消耗的功率。本發(fā)明還能夠滿足通信機房對空調的溫度、濕度的高精度控制和長時間可靠運行的要求，與現有精密空調系統(tǒng)的兼容性好。
【背景技術】
[0002]通信機房對電力和空調制冷的要求有兩個特點:規(guī)模較大、技術要求和可靠性要求較高。
[0003]2009年我國通信行業(yè)總耗電量為290億度，其中通信中心局站耗電量占到55%，按照I千克煤能夠發(fā)電3千瓦時來計算，2009年通信中心局站需要消耗531萬噸煤。而2013年通信行業(yè)總耗電量高達422億千瓦，可見隨著設備的小型化及密集化的程度越來越高，尤其是數據、業(yè)務支撐和IDC機房的功率密度越來越大，對機房供電系統(tǒng)的容量要求也越來越高，個別地區(qū)甚至出現因市電容量不能滿足機房要求而導致機房面積有富余、但是設備卻無法擴容的被動局面。通信行業(yè)的用電高峰往往集中在白天時段，在實行峰谷電政策的地區(qū)，不但不能享受低谷電的優(yōu)惠，還要付出額外的高峰電費用。因此，如果白天用天然氣等物質燃燒時產生的高品位能量發(fā)電，同時回收發(fā)電過程中產生的余熱、用低品位能量制冷，實現能源梯級利用，而晚上采用市電供電的話，則既可以享受低谷電的優(yōu)惠，降低企業(yè)的用電成本，緩解電網壓力，為市電電網起到調峰作用，從多個方面起到節(jié)能減排效果，還能夠方便對發(fā)電設備的維護保養(yǎng)，有助于延長發(fā)電設備的壽命。另外，將高效的發(fā)電系統(tǒng)布置在通信機房附近，其電力品質優(yōu)于電網電力，減少了市電電網的諧波干擾、過電壓干擾等對通信設備的損害。
[0004]小型燃氣輪機極為適合于作為工業(yè)和大型建筑的自備熱電設施，當用電大用熱少時，可以采用燃氣輪機一背壓機同軸聯(lián)合循環(huán)；當用電小用熱大時，可以采用余熱鍋爐補燃技術，能夠適應各種需求變化。燃氣輪機還可與余熱溴化鋰機組組成冷電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，將燃氣輪機煙氣直接排入余熱溴化鋰空調機制冷供熱，省略了鍋爐、化學水系統(tǒng)等設備投資，大大方便了用戶。小型燃機可隨時自動切換，確保能源供應安全。大修周期在3-4萬小時，運行穩(wěn)定可靠。調峰能力強，一般都可以在30%的工況下穩(wěn)定持續(xù)運行，機組能夠自動跟蹤頻率，實現電網和自備電源的混合運行，燃機轉速高達10000轉/分。
[0005]目前通信機房主要以市電為主，以柴油發(fā)電機作為備用發(fā)電機組。柴油備用發(fā)電機組并網運行時，其在電網上的負載一般要求不超過其額定負載的90%，控制系統(tǒng)除具備常規(guī)的過電流保護功能外，還應設定機組有功功率和無功功率的運行上限故障動作保護值。此外，柴油發(fā)電機組運行時對負載平穩(wěn)性要求更嚴格，負載快速變化對柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定運行影響較大，從電網向機組轉移負載以及從機組向電網轉移負載的速度都有限制，不宜過快。而燃氣輪機發(fā)電機組并網發(fā)電時可以100%功率向外供電，負載快速變化對燃氣輪機發(fā)電機組影響很小，不會影響發(fā)電機組正常工作。
[0006]燃氣輪機發(fā)電機組的帶非線性負載的能力要遠大于柴油發(fā)電機組，而通信機房中的通信開關電源、計算機開關電源、UPS、空調等都屬于非線性負載。柴油機的工作方式(脈動)決定了其轉速穩(wěn)定性差，轉速往往低于3000轉/分，很容易受到非線性負載產生的諧波影響。燃氣輪機的轉速穩(wěn)定，而且燃氣輪機的轉速高于柴油機3-4倍，轉動慣量大，系統(tǒng)存儲能量大(相當于燃機額定輸出功的3倍)，不易受到諧波的干擾。相同非線性負載下，燃氣輪機發(fā)電機組帶非線性負載能力是柴油發(fā)電機組的2倍多。
[0007]與柴油發(fā)電機組相比，燃氣輪機發(fā)電機組具有占地空間小，自動化程度高，操作及維護更簡單，現場可以無人職守，帶載能力強，機組總故障率低，在網壽命長，聲排放及廢氣排放指標更環(huán)保，節(jié)省建筑空間等諸多優(yōu)點。
[0008]液化天然氣(LNG)是由低污染天然氣經過脫酸、脫水處理，通過低溫工藝冷凍液化而成低溫(_162°C)的液體混和物，其密度大約增加600倍，以利于長距離運輸。每生產I噸LNG的動力及公用設施耗電量約為850kWh。LNG的存儲壓力較低，一般小于200 kPa，必須經過加溫、加壓后才能送入天然氣(CNG)燃氣輪機發(fā)電。傳統(tǒng)的加熱方式是直接采用海水汽化器或燃氣加熱器加熱，使得約830 kj/kg冷量白白浪費。這種冷能從能源品位來看，具有較高的利用價值，而其通常在天然氣汽化器中被舍棄了，造成了能源的浪費。因此LNG冷能回收具有重要意義。LNG冷能利用方式很多，冷能發(fā)電是其中的一種。理論上，I噸LNG可發(fā)電240 kW*h，且發(fā)電過程中不消耗其它燃料，所發(fā)電能可滿足接收站應用需求，使LNG冷能發(fā)電利用率高，具有可觀的經濟效益和社會效益。在LNG冷能發(fā)電的同時，還可以利用發(fā)電剩余的冷能來冷卻燃氣輪機進氣和閉式循環(huán)冷卻水，從而達到進一步節(jié)省能源、提尚經濟效益的目的。
[0009]通信機房中，由于需要保證恒溫恒濕條件，空調的制冷功率基本上等于設備的額定功率，因此空調制冷的能耗占了總能耗的50%以上。通信機房需要滿足其嚴格的溫度、濕度控制精度的要求，因此一般都使用精密空調。燃燒天然氣發(fā)電、再用電驅動精密空調，必須經過“化學能一機械能一電能一機械能一冷能”四個步驟的變換，效率非常低，如果能夠利用液體天然氣的冷能直接作為精密空調的制冷源，既可以極大的節(jié)約能源，還可以降低精密空調壓縮機的負荷，從而延長精密空調的使用壽命。精密空調的價格遠遠超過普通舒適空調，延長精密空調的使用壽命，能夠大幅降低機房的運行維護成本。
[0010]由于通信機房不但要求室內溫度、濕度時刻保持恒定，而且還要求空調必須具備7*24小時不間斷的工作可用性，否則由于過熱或靜電設備將很快出現通信故障或運算故障，甚至會對設備造成不可逆的損壞。因此必須考慮在出現LNG停止供應、燃氣輪機及吸附制冷等系統(tǒng)出現故障等情況時，空調系統(tǒng)必須仍然能夠正常工作。經過檢索，目前尚未發(fā)現既能夠充分利用LNG冷能、燃燒LNG等發(fā)電，又能夠滿足通信機房對空調的嚴苛要求的技術方案、文獻和專利。
[0011]通信機房中，由于過去我國小型燃氣輪機技術不太成熟，大部分地區(qū)缺乏充足的天然氣供應，因此通信機房很少使用燃氣輪機技術，而同時利用LNG冷能和冷電聯(lián)供更是沒有先例?，F在我國在進行能源結構調整，許多地區(qū)都開始具備較充分的LNG供應，從系統(tǒng)的整體角度，開發(fā)研究一套滿足通信機房對電力和空調的特殊要求的LNG綜合利用方案非常有經濟價值和現實意義。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明為了充分利用LNG的冷能，克服現有技術中的不足之處，提高通信機房的動力系統(tǒng)及空調系統(tǒng)的可靠性和效率，達到降低成本、節(jié)能減排等目的，針對通信機房對空調的特殊要求，設計了一種利用LGN冷能和熱栗技術的通信機房冷電聯(lián)供系統(tǒng)。本發(fā)明在啟動時，LNG貯槽(101)中的-162°C常壓液態(tài)天然氣LNG (201)通過LNG栗(102)加壓成為高壓低溫液態(tài)天然氣LNG (202)，直接進入電加熱器(105)加熱送入燃氣輪機(112)燃燒發(fā)電。
[0013]燃氣輪機(112)啟動后，高壓低溫液態(tài)天然氣LNG (202)不再直接進入電加熱器(105)被加熱，高壓低溫液態(tài)天然氣LNG (202)進入冷凝器(103)，利用中高溫中壓氣態(tài)制冷劑(215)經過冷凝器(103)冷凝釋放出的熱量將其加熱成為高壓中溫氣態(tài)天然氣LNG(203)，并利用高壓低溫液態(tài)天然氣LNG (202)的冷量為吸附式制冷系統(tǒng)提供額外的制冷能源，燃氣輪機(112)的燃氣高溫尾氣(208)先經過制冷劑換熱器(107)將解吸器(108)產生的氣態(tài)制冷劑(213)加熱成為高溫高壓氣態(tài)制冷劑(214)，燃氣高溫尾氣(208)被初步冷卻成為中溫燃氣尾氣(209 )再在換熱器(104 )中將熱量傳遞給高壓中溫氣態(tài)天然氣LNG (203 )而再次降溫成為中低溫燃氣尾氣(210)，高壓中溫氣態(tài)天然氣LNG (203)進入換熱器(104)吸收燃氣輪機(112)排出的中溫燃氣尾氣(209)的熱量成為高壓高溫氣態(tài)天然氣LNG (204)再送入透平膨脹機(106 )發(fā)電，降低壓力、溫度后成為氣態(tài)天然氣CGN (205 )，通過電加熱器(105)根據需要加熱后送入燃氣輪機(112)燃燒發(fā)電。
[0014]本發(fā)明利用燃氣輪機(112)的冷卻水和燃氣尾氣的熱量驅動