一种利用lgn冷能和热泵技术的通信机房冷电联供系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用LGN冷能和采用热栗技术的通信机房冷电联供系统。利用该系统可以燃烧LNG等发电，可取代传统的通信机房柴油备用电源，还可以部分代替市电；LNG冷能可以直接作为空调制冷的冷源，燃烧余热可以为空调制冷提供能量，降低精密空调所消耗的功率。本发明还能够满足通信机房对空调的温度、湿度的高精度控制和长时间可靠运行的要求，与现有精密空调系统的兼容性好。
【背景技术】
[0002]通信机房对电力和空调制冷的要求有两个特点:规模较大、技术要求和可靠性要求较高。
[0003]2009年我国通信行业总耗电量为290亿度，其中通信中心局站耗电量占到55%，按照I千克煤能够发电3千瓦时来计算，2009年通信中心局站需要消耗531万吨煤。而2013年通信行业总耗电量高达422亿千瓦，可见随着设备的小型化及密集化的程度越来越高，尤其是数据、业务支撑和IDC机房的功率密度越来越大，对机房供电系统的容量要求也越来越高，个别地区甚至出现因市电容量不能满足机房要求而导致机房面积有富余、但是设备却无法扩容的被动局面。通信行业的用电高峰往往集中在白天时段，在实行峰谷电政策的地区，不但不能享受低谷电的优惠，还要付出额外的高峰电费用。因此，如果白天用天然气等物质燃烧时产生的高品位能量发电，同时回收发电过程中产生的余热、用低品位能量制冷，实现能源梯级利用，而晚上采用市电供电的话，则既可以享受低谷电的优惠，降低企业的用电成本，缓解电网压力，为市电电网起到调峰作用，从多个方面起到节能减排效果，还能够方便对发电设备的维护保养，有助于延长发电设备的寿命。另外，将高效的发电系统布置在通信机房附近，其电力品质优于电网电力，减少了市电电网的谐波干扰、过电压干扰等对通信设备的损害。
[0004]小型燃气轮机极为适合于作为工业和大型建筑的自备热电设施，当用电大用热少时，可以采用燃气轮机一背压机同轴联合循环；当用电小用热大时，可以采用余热锅炉补燃技术，能够适应各种需求变化。燃气轮机还可与余热溴化锂机组组成冷电联合循环系统，将燃气轮机烟气直接排入余热溴化锂空调机制冷供热，省略了锅炉、化学水系统等设备投资，大大方便了用户。小型燃机可随时自动切换，确保能源供应安全。大修周期在3-4万小时，运行稳定可靠。调峰能力强，一般都可以在30%的工况下稳定持续运行，机组能够自动跟踪频率，实现电网和自备电源的混合运行，燃机转速高达10000转/分。
[0005]目前通信机房主要以市电为主，以柴油发电机作为备用发电机组。柴油备用发电机组并网运行时，其在电网上的负载一般要求不超过其额定负载的90%，控制系统除具备常规的过电流保护功能外，还应设定机组有功功率和无功功率的运行上限故障动作保护值。此外，柴油发电机组运行时对负载平稳性要求更严格，负载快速变化对柴油发电机组的稳定运行影响较大，从电网向机组转移负载以及从机组向电网转移负载的速度都有限制，不宜过快。而燃气轮机发电机组并网发电时可以100%功率向外供电，负载快速变化对燃气轮机发电机组影响很小，不会影响发电机组正常工作。
[0006]燃气轮机发电机组的带非线性负载的能力要远大于柴油发电机组，而通信机房中的通信开关电源、计算机开关电源、UPS、空调等都属于非线性负载。柴油机的工作方式(脉动)决定了其转速稳定性差，转速往往低于3000转/分，很容易受到非线性负载产生的谐波影响。燃气轮机的转速稳定，而且燃气轮机的转速高于柴油机3-4倍，转动惯量大，系统存储能量大(相当于燃机额定输出功的3倍)，不易受到谐波的干扰。相同非线性负载下，燃气轮机发电机组带非线性负载能力是柴油发电机组的2倍多。
[0007]与柴油发电机组相比，燃气轮机发电机组具有占地空间小，自动化程度高，操作及维护更简单，现场可以无人职守，带载能力强，机组总故障率低，在网寿命长，声排放及废气排放指标更环保，节省建筑空间等诸多优点。
[0008]液化天然气(LNG)是由低污染天然气经过脱酸、脱水处理，通过低温工艺冷冻液化而成低温(_162°C)的液体混和物，其密度大约增加600倍，以利于长距离运输。每生产I吨LNG的动力及公用设施耗电量约为850kWh。LNG的存储压力较低，一般小于200 kPa，必须经过加温、加压后才能送入天然气(CNG)燃气轮机发电。传统的加热方式是直接采用海水汽化器或燃气加热器加热，使得约830 kj/kg冷量白白浪费。这种冷能从能源品位来看，具有较高的利用价值，而其通常在天然气汽化器中被舍弃了，造成了能源的浪费。因此LNG冷能回收具有重要意义。LNG冷能利用方式很多，冷能发电是其中的一种。理论上，I吨LNG可发电240 kW*h，且发电过程中不消耗其它燃料，所发电能可满足接收站应用需求，使LNG冷能发电利用率高，具有可观的经济效益和社会效益。在LNG冷能发电的同时，还可以利用发电剩余的冷能来冷却燃气轮机进气和闭式循环冷却水，从而达到进一步节省能源、提尚经济效益的目的。
[0009]通信机房中，由于需要保证恒温恒湿条件，空调的制冷功率基本上等于设备的额定功率，因此空调制冷的能耗占了总能耗的50%以上。通信机房需要满足其严格的温度、湿度控制精度的要求，因此一般都使用精密空调。燃烧天然气发电、再用电驱动精密空调，必须经过“化学能一机械能一电能一机械能一冷能”四个步骤的变换，效率非常低，如果能够利用液体天然气的冷能直接作为精密空调的制冷源，既可以极大的节约能源，还可以降低精密空调压缩机的负荷，从而延长精密空调的使用寿命。精密空调的价格远远超过普通舒适空调，延长精密空调的使用寿命，能够大幅降低机房的运行维护成本。
[0010]由于通信机房不但要求室内温度、湿度时刻保持恒定，而且还要求空调必须具备7*24小时不间断的工作可用性，否则由于过热或静电设备将很快出现通信故障或运算故障，甚至会对设备造成不可逆的损坏。因此必须考虑在出现LNG停止供应、燃气轮机及吸附制冷等系统出现故障等情况时，空调系统必须仍然能够正常工作。经过检索，目前尚未发现既能够充分利用LNG冷能、燃烧LNG等发电，又能够满足通信机房对空调的严苛要求的技术方案、文献和专利。
[0011]通信机房中，由于过去我国小型燃气轮机技术不太成熟，大部分地区缺乏充足的天然气供应，因此通信机房很少使用燃气轮机技术，而同时利用LNG冷能和冷电联供更是没有先例。现在我国在进行能源结构调整，许多地区都开始具备较充分的LNG供应，从系统的整体角度，开发研究一套满足通信机房对电力和空调的特殊要求的LNG综合利用方案非常有经济价值和现实意义。
【发明内容】
[0012]本发明为了充分利用LNG的冷能，克服现有技术中的不足之处，提高通信机房的动力系统及空调系统的可靠性和效率，达到降低成本、节能减排等目的，针对通信机房对空调的特殊要求，设计了一种利用LGN冷能和热栗技术的通信机房冷电联供系统。本发明在启动时，LNG贮槽(101)中的-162°C常压液态天然气LNG (201)通过LNG栗(102)加压成为高压低温液态天然气LNG (202)，直接进入电加热器(105)加热送入燃气轮机(112)燃烧发电。
[0013]燃气轮机(112)启动后，高压低温液态天然气LNG (202)不再直接进入电加热器(105)被加热，高压低温液态天然气LNG (202)进入冷凝器(103)，利用中高温中压气态制冷剂(215)经过冷凝器(103)冷凝释放出的热量将其加热成为高压中温气态天然气LNG(203)，并利用高压低温液态天然气LNG (202)的冷量为吸附式制冷系统提供额外的制冷能源，燃气轮机(112)的燃气高温尾气(208)先经过制冷剂换热器(107)将解吸器(108)产生的气态制冷剂(213)加热成为高温高压气态制冷剂(214)，燃气高温尾气(208)被初步冷却成为中温燃气尾气(209 )再在换热器(104 )中将热量传递给高压中温气态天然气LNG (203 )而再次降温成为中低温燃气尾气(210)，高压中温气态天然气LNG (203)进入换热器(104)吸收燃气轮机(112)排出的中温燃气尾气(209)的热量成为高压高温气态天然气LNG (204)再送入透平膨胀机(106 )发电，降低压力、温度后成为气态天然气CGN (205 )，通过电加热器(105)根据需要加热后送入燃气轮机(112)燃烧发电。
[0014]本发明利用燃气轮机(112)的冷却水和燃气尾气的热量驱动