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北京东方恒诺科技有限公司1IDC行业的能耗问题目前，我国各类数据中心（IDC)总量约43万个，可容纳服务器约500万台。其中经营性数据中心机房921个，面积约88万平米，机柜数约17.7万个，可容纳服务器约200万台。未来5年，我国对数据中心流量处理能力的需求将增长7-10倍，机房面积再翻一番才能满足需求。2011年我国数据中心总耗电量达到700亿千瓦时，占全社会用电量的1.5%，相当于2011年天津市全年用电量。2IDC机房耗能情况330%的耗能是为解决机房散热问题，同时产生大量余热最先进的国外IDC节能水平（PUE值）“PUE”=数据中心整体输入电力/IT负载所需电力微软都柏林数据中心PUE值：1.25惠普英国温耶德数据中心PUE值：1.16谷歌比利时数据中心PUE值：1.16Facebook数据中心PUE值：1.15雅虎“鸡舍”式数据中心PUE值：1.084目前国内IDC机房节能潜力巨大我国目前PUE在2~3之间，而国际上这些低能耗数据中心共同的特点：•特殊的地理位置，可采用自然冷却，如海风、冷水、呼吸式建筑•采用故障容错系统，这样设备故障不会造成影响，专用系统•非标准服务器，可以接受更恶劣简朴的环境PUE值小于1.1，对于建设于普通地点的普通数据中心是难以实现的各种机房节能方案的性能对比PUE典型数据中心2无冷水机组，采用100%的水侧的经济节能方案1.67UPS运行在旁路，采用415V系统1.45采用空气侧的经济节能方案，不用UPS1.295目前IDC节能常用技术手段氟泵：在外界环境温度很低的情况下，压缩机旁路，用泵直接循环制冷剂，利用制冷剂自身热容量，在不进行气液相变的情况下传递热量制冷。“氟泵”功耗远低于压缩机，减少电能消耗；热管空调：采用无源热管热泵实现冷热传导，相对直接利用自然冷风、冷水在空间上隔离。前提条件是有自然冷源。电能消耗主要在风扇、水泵等，能大大减少电能消耗；乙二醇：也是一种利用“不冻”液体的循环流动，实现热量交换，前提仍旧需要自然冷源，例如冬季使用；共同特点是：需要自然冷源，使用受到时间地点限制；另外热能不能回收利用，散失到环境，没有减排效果。6目前IDC能源节能手段的缺点地理条件限制：根据地理条件建设的机房，通常都远离闹市区，交通生活不便；企业管理难度大：虽然可以远程管理，但是具体运营过程中，对员工生产、生活配套服务产生很大问题，涉及员工家庭、子女教育等综合因素，难以解决；市场销售不佳：市场反应不积极，常常有稍微偏远一点的地点建设的机房，投入使用后少人问津，闹市区建设的机房，未及投产已预售一空；无减排效果：依靠自然冷源散热的制冷方式，没有考虑减少环境热排放的问题，后续很可能依据国家政策调整，需要进一步改造。7IDC的可利用能源的特点数量巨大：数千乃至数万千瓦的能量消耗，最后都变成热能，需要从机房“搬走”；稳定输出：IDC机房一旦启用，能量消耗24小时、长年累月持续消耗能源，产热稳定；热输出品位低：热量一般通过自然冷风、冷水、大型空调冷却水等带走，温度20多度，品位低；几十年的历史和国内外同行的现状表明，目前对该能量的利用率很低，机房节能主要考虑如何用更低的成本将热量“搬走”来实现节能，还没有人考虑回收利用该热量，即消耗少量能量，回收转换该热量，使之能得到充分利用。热泵技术在IDC的节能应用热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能(如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等)转换为可以利用的高品位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。虽然需要消耗一定量的高品位能，但所供给用户的热量却是消耗的高位热能与“泵”取的数倍低位热能的总和。因此，热泵是一种高效节能减排装置。IDC常规电制冷空调系统10改进后的IDC电制冷空调系统11IDC回收热能热水的利用1、直接利用企业生活使用、冬季取暖；供周边居民取暖、生活使用；供周边企业生产热源使用；2、转化利用提高输出温度产生蒸汽，推动蒸汽发电机发电；利用其它低温发电技术将回收的热能转换为电能；驱动吸收式热泵制冷，降低空调系统电力消耗12IDC热泵技术节能风险及问题相关产品和技术都非常成熟，但是电力消耗增加：采用压缩机热泵回收热量，需要消耗更多电能，虽然后续能通过热能再利用创收，冲销大量电费，但是电能的消耗量还是增加了，和目前国家节能减排考核模式不适应；另外电力供应能力是否足够、是否需要增容和能不能增容都影响系统实施；回收资源直接利用率：回收的资源首先是热水，如何消化利用大量的热水实现减排收益？如何尽快实现温水发电？也影响项目实施；13高效制冷发电方案本方案提出一个利用液态空气作为工作介质，吸收空调末端回水的热量，实现吸热、气化、升温，液体变气体，体积膨胀近千倍，可以得到高压常温的空气。利用该高压空气推动气轮机发电，实现低温热量做功发电！再利用流体力学的空气放大器原理设计气体混合引流器，减少液态空气气化量、高效率利用液态空气，进一步大幅提高发电效率。14高效制冷发电方案整个发电系统输入只有回水热量，输出电力和少量气化的空气，可以实现低温热能高效转化为电能，实现资源循环利用；液态气体临界温度-140°C以下，吸收常温热量后，处以超临界温度状态，工作压力可以很高，排放余压、余热影响很小，发电效率可以达到70%或更高；“低温热源”发电，还相当于输出“冷量”，可以实现对数据中心的制冷，是废热利用。这种技术还将用于工作、生产很多场合下的余热回收、余热利用发电、错峰用电、调峰储能、其它清洁能源储能等用途；15高效制冷发电方案16高效制冷发电方案171、超低温储液罐；2、高压超低温液体泵；3、高压超低温管路；4、射流引流器；5、低温换热器；6、低温高压气管路；7、气体混合引流器；8、气体扩张段；9、中温换热器；10、气体收缩段；11、常温工作气体管路；12、气轮机输入阀；13、工作气路；14、气轮机；15、发电机；16、乏气气路；17、气轮机输出阀；18、回气管路；19、制冷回水输入管路；20、中低温换热器连接管路；21、制冷回水输出管路；22、余气排放口；23、液态空气加注口；24、检修短路管路；25、检修短路气阀；26、引流回气管路；新技术的综合节能指标181、省去传统制冷机组电耗，降低备用发电机发电量和装机容量，IDC电耗大幅度降低；2、气轮机可靠性高，发电可靠性高；可以自发电自用，耗电进一步减少，供电能力要求降低；3、制冷效果好，可以实现机房低温运行，对设备有利；4、备份多种模式，可以直接制冷；5、节约冷却塔水耗；6、排气洁净、低温、无水，通过机房加湿后，可以做新风，进一步提高吸收热量的能力；7、减少了热排放，低碳、减排、循环利用能源经济性分析计算以一个原设计总用电量5000Kw为例19传统系统投资运行数据如下：空调系统耗电1500Kw，造价约450万；制冷量需求约为1500冷吨；后备发电机系统容量5000Kw，造价约1000万；每小时系统耗电5000度，按照0.5元计算，每天用电12万度，电费60000元；每天耗水约100吨；约合500元；每年运行直接费用：2208万元。经济性分析计算以一个原设计总用电量5000Kw为例20新装系统投资运行数据如下：节省了空调主机系统，节省的经费与新增的液态空气制冷发电系统相当；实际耗电下降为3500Kw，冷量需求约为1000冷吨；系统发电能力按照70%计算，可发电2500Kw；发电自用，则实际耗电1000Kw；后备发电机系统容量1500Kw，造价约350万；一次性节省650万；每小时系统耗电1000度，按照0.5元计算，每天用电2.4万度，电费12000元；每天消耗液态空气300吨，市场价150元/吨，合计45000元；每年运行直接费用：2080万元。减少128万元，应可获得节能减排补贴360万元。节能环保分析计算以一个原设计总用电量5000Kw为例21每年节约用电3500万度；按照我国1kWh发电耗328g（国家发改委公布数据）标准煤，燃烧一吨标准煤产生二氧化碳为2930kg，二氧化硫8.5kg，氮氧化物7.4kg，每颗大树每年吸收二氧化碳18.3kg，每棵树占地8㎡计算，与自然冷却方案相比，其环保效益如下：节省标准煤4700吨，节省水3.6万吨，减排二氧化碳12000吨，减排二氧化硫36吨，减排氮氧化物31吨，相当于种了68万棵树增加绿化覆盖面积8200亩。该项目的市场空间特点国内外市场空白，发展空间大；单个项目金额大，系统实施简单；从小项目到大项目均可以应用；符合国家能源政策，容易获得融资和补贴；设备技术成熟，系统可靠性高、技术风险小；节约能耗效果明显，社会经济效益突出。22项目运作的基本思路采用专利保护创新点、提高产品技术竞争门槛；与品牌企业合作，确保产品和服务的质量；寻求节能领域的资源优势企业合作，确立先发优势；抓住电信行业优质用户，找准模式，以点带面；先进的发展模式，借助资本的力量快速做大做强。23项目起步发展模式24首先针对电信运营商的IDC机房节能改造应用为主要市场；以合同能源管理的模式，确定资源提供方、设备服务提供商、资金来源、运营管理等各方；各方采用多方合作，效益分成的方式获得收益；前期资金设备从小到大，逐步投入，以市场为导向；系统保持兼容性、灵活性，做好示范工程；申请政府各项支持、优惠政策。25项目实施步骤第一阶段：原理样机制作采购一台50千瓦左右的气轮发电机组，定制一台每小时气化200公斤液态空气能力的水浴气化器，费用支出约100万；然后应用本方案技术，我方提出方案要求，寻求有经验、积极配合、有相应能力的合作研发团队外包委托开发或者合作开发，保证进度、效率，保证资金的使用效率，控制风险；完成后进行专家成果评审。总投资约300万26项目实施步骤第二阶段：小型示范工程针对一个5000千瓦左右的数据中心，在原理样机成果基础上，委托专业设计院进行设计，委托国内外知名厂家根据设计容量要求定制汽轮发电机组和气化器系统；根据设计院设计文件面向社会进行施工安装工程招标；改造费用约1000万，节电目标80%，节水目标是0水耗；项目完成后，组织专家评审。第三阶段：推广应用在示范工程成功后，在政府扶持下，数据机房企业根据自身投资、节能增效目标，整合社会资源，采用不同融资合作模式，开展节能增效热泵技术应用改造。财务预测分析目前启动项目，总投资不大，一旦前期样机完成研发，专利技术可以实现10倍以上增值，投资回报容易实现。问题的关键仅仅在于项目是否能实现的技术可行性，财务投资容易预测和分析。投入资金回收预期半年内通过样机完成技术鉴定，确认市场地位和价值，1年内技术股权溢价转让初步获利，3年左右逐步开始实现综合收益直接技术转让回报一次性或阶段分步技术转让、产品生产和专利使用授权、政府扶植、社会资金参与实现技术专利溢价增值•未来投资回报预期工程技术授权的专利技术提成获利，技术参股后所持股权资本运营升值政府扶植资金申报有原理样机做基础，具备条件申报政府扶持资金、实现资源升值融资金额及使用计划作为一个天使投资合作项目，考虑到未来项目进一步发展的需要，以及项目第一阶段务实的资金需求，也综合业界惯例，做出如下计划：项目股权出让出让30%，融资300万，达到100万项目就具备启动条件。资金用途研发直接费155万：购买液态空气气化系统15万，汽轮发电机组购买费100万，特殊零部件加工改造费40万。研发人工间接费45万：技术工人工资，研发场地租金，商务员工工资等。项目鉴定认证费用50万：鉴定会，论文发布，专利申报，推广宣传联络。备用金50万：各种不可预见费用支出，预留用于确保项目顺利实施。