本发明涉及数据中心能源技术领域，更具体地说它是一种综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统。
背景技术：
我国的四川、云南地区有丰富的水电资源，但由于省内电力供大于求、外送通道能力不足等原因，造成大量的水力发电能力被浪费，弃水现象严重。2017年川滇两省的弃水电量达到约600亿千瓦时。近两年通过提高本地的消纳、建设特高压线路外送通道等措施，降低了弃水电量，但2019年四川省弃水总量仍有接近100亿千瓦时。
数据中心的运行需要消耗大量的电能，对城市的供电网络和运营商的运维支出都造成了沉重的压力。据统计，2018年全国数据中心总用电量约占全社会用电量的2.35％，约为三峡电站全年发电量的1.6倍，并且随着信息化的加速，这一数字仍将快速增长。同时，数据中心的运行产生大量的热量，其制冷系统需要消耗大量的电能用于数据中心制冷，其能耗约占整个数据中心能耗的30％左右。如果能降低数据中心的用电和用冷成本，将会产生巨大的经济效益。目前还未见记载有能与水电站相匹配的数据中心能源系统的结构设计。
因此，设计一种能够综合利用水电站清洁能源、结构更合理的数据中心能源系统很有必要。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：选址在水电站，包括供电系统和制冷系统；所述供电系统包括a段母线、通过母线联络开关与a段母线连接的b段母线、与a段母线连接的水电主供a路、与b段母线连接的水电主供b路；所述a段母线和b段母线上均通过第一开关连接有变压器和高压冷机；
所述制冷系统包括水库、板式换热器和数据中心；所述水库取水处通过取水泵与板式换热器连接后与水库退水处连接；所述数据中心空调水进水口通过第一冷冻水循环泵与板式换热器连接后与数据中心空调水回水口连接；
所述供电系统还包括备用供电系统；
附近电网可靠性高的地区，利用电网的电源作为备用电源，所述供电系统包括与a段母线连接的市电备供a路、与b段母线连接的市电备供b路；
附近电网可靠性低的地区，利用柴油发电机组作为备用电源，所述供电系统包括与a段母线连接的柴油备供a路、与b段母线连接的柴油备供b路、与柴油备供a路和柴油备供b路连接的柴油发电机母线；多个柴油发电机通过第一开关与柴油发电机母线连接。
在上述技术方案中，所述制冷系统还包括冷却塔和冷水机组；所述冷却塔出口通过冷却水循环泵与冷水机组的冷凝器侧连接后与冷却塔入口连接；所述数据中心空调水进水口通过第二冷冻水循环泵与冷水机组的蒸发器侧连接后与数据中心空调水回水口连接。
在上述技术方案中，所述水电主供a路、市电备供a路和柴油备供a路均分别通过第二开关与a段母线连接，水电主供b路、市电备供b路和柴油备供b路均分别通过第二开关与b段母线连接。
在上述技术方案中，所述母线联络开关和第二开关处均有电气及机械连锁。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明将数据中心这个用能大户选址在水电站附近，可大量就地消纳水电站发出的电能，避免弃水这种浪费能源的情况发生。建设特高压外送通道需要消耗巨额资金，就地消纳能源在电力建设的经济性方面也有明显优势。
2)建在城市的传统数据中心综合用电价格约在0.6-0.8元/千瓦时，而水电站的上网电价仅为0.2-0.3元/千瓦时；本发明在水电站附近建设数据中心，可采用直购电的形式享受水电站的低价电，大幅节省电费开支；
3)本发明利用水库冷水作为数据中心免费的自然冷源，可节省电制冷主机的运行电费，将数据中心的整体能耗降低15％左右，进一步节省了运行费用。
附图说明
附图1为本发明的示意图。
附图2为利用水电站作为主供电源，柴油发电机作为备供电源的供电系统示意图。
附图3为利用水电站作为主供电源，市电作为备供电源的供电系统示意图。
附图4为本发明制冷系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：选址在水电站，包括供电系统1和制冷系统2；所述供电系统1包括a段母线111、通过母线联络开关13与a段母线111连接的b段母线112、与a段母线111连接的水电主供a路121、与b段母线112连接的水电主供b路122；所述a段母线111和b段母线112上均通过第一开关31连接有变压器14和高压冷机15；
所述制冷系统2包括水库21、板式换热器22和数据中心23；所述水库21取水处通过取水泵231与板式换热器22连接后与水库21退水处连接；所述数据中心23空调水进水口通过第一冷冻水循环泵232与板式换热器22连接后与数据中心24空调水回水口连接。
所述供电系统1还包括与a段母线111连接的市电备供a路161、与b段母线112连接的市电备供b路162。
所述供电系统1还包括与a段母线111连接的柴油备供a路171、与b段母线112连接的柴油备供b路172、与柴油备供a路171和柴油备供b路172连接的柴油发电机母线173；多个柴油发电机14通过第一开关31与柴油发电机母线173连接。
所述制冷系统2还包括冷却塔25和冷水机组26；所述冷却塔25出口通过冷却水循环泵233与冷水机组26的冷凝器侧连接后与冷却塔25入口连接；所述数据中心23空调水进水口通过第二冷冻水循环泵234与冷水机组26的蒸发器侧连接后与数据中心24空调水回水口连接。
所述水电主供a路121、市电备供a路161和柴油备供a路171均分别通过第二开关32与a段母线111连接，水电主供b路122、市电备供b路162和柴油备供b路172均分别通过第二开关32与b段母线112连接。
所述母线联络开关13和第二开关32处均有电气及机械连锁。
实际使用中，供电系统1采用高可靠性的2n架构，每组数据中心10kv供配电系统需从水电站配套的变电站引双路电源作为主供电源；主接线采用单母线分段的形式，a段母线111和b段母线112之间设置母线联络开关13，正常时a段母线111和b段母线112分段运行；
当其中一段母线故障或者停电时，通过闭合母线联络开关13，由另一段母线承担全部负荷；
为了保证数据中心用电的可靠性，可配置柴油发电机组作为备用电源，当两路水电站送来的电源都失电时，启动柴油发电机组为数据中心供电，如图2所示；附近电网可靠性较高的地区，也可以利用电网的电源替代柴油发电机组作为备用电源，如图3所示；这两种供电系统均可满足a级数据中心的可靠性要求。
供电系统的运行逻辑如下：正常运行时，水电主供a路121和水电主供b路122同时供电，各带50％负荷，备用电源和母线联络开关13均断开；当水电主供a路121和水电主供b路122中有一路失电时，跳开失电回路的第二开关32，母线联络开关13闭合，由另一路主供电源承担100％的负荷；当最后一路主供电源也失电时，断开该回路主供电源的第二开关32，保持母联开关闭合并投入该段母线的备供电源，由该路备供电源承担100％的负荷。
供电系统1的各第二开关32和母线联络开关13处需设置电气及机械连锁，防止多路电源并联；具体逻辑为：任一段母线的主供电源和备供电源的第二开关32不允许同时闭合；在闭合母线联络开关13且由一路进线承担100％的负荷之前，另一段母线的主供及备供电源的第二开关32必须全部断开。
为了冷却数据中心服务器产生的大量热量，可将水电站的水库冷水作为自然冷源；建设取水管网、取水泵等取水设施，将低温的水库21的水抽取至数据中心24的制冷机房，并通过板式换热器22换热后向末端供应空调冷水；同时，为了保证数据中心24用冷的可靠性，需配置一组冷水机组26作为备用。
考虑到有的水库21水温可能无法满足数据中心24末端供冷温度，无法直接向数据中心24供冷，这种情况下可采用混水的方式供冷，即冷水机组26和取水设施的板式换热器22通过混水的方式联合向末端供冷。
利用水库21冷水供冷的制冷系统示意图见图4，运行逻辑为：正常运行时，取水泵231从水库21中取水，送至板式换热器22中进行换热，换热完毕后退至水库21中，板式换热器22二次侧设有第一冷冻水循环泵232，将空调水冷却降温后再送至数据中心24提供冷量。
当取水系统发生故障时，备用的冷却塔25启动，由冷却水循环泵233将冷却水送至冷水机组26的冷凝器，冷水机组26蒸发器侧设有第二冷冻水循环泵234，将冷水机组26制取的空调水送至数据中心24提供冷量。
其它未说明的部分均属于现有技术。
1.综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：选址在水电站，包括供电系统(1)和制冷系统(2)；所述供电系统(1)包括a段母线(111)、通过母线联络开关(13)与a段母线(111)连接的b段母线(112)、与a段母线(111)连接的水电主供a路(121)、与b段母线(112)连接的水电主供b路(122)；所述a段母线(111)和b段母线(112)上均通过第一开关(31)连接有变压器(14)和高压冷机(15)；
所述制冷系统(2)包括水库(21)、板式换热器(22)和数据中心(23)；所述水库(21)取水处通过取水泵(231)与板式换热器(22)一次侧入口连接，板式换热器(22)一次侧出口与水库(21)退水处连接；所述数据中心(24)空调水进水口通过第一冷冻水循环泵(232)与板式换热器(22)二次侧出口连接，板式换热器(22)二次侧入口与数据中心(24)空调水回水口连接；
所述供电系统(1)还包括备用供电系统(18)；
附近电网可靠性高的地区，利用电网的电源作为备用电源，所述供电系统(18)包括与a段母线(111)连接的市电备供a路(161)、与b段母线(112)连接的市电备供b路(162)；
附近电网可靠性低的地区，利用柴油发电机组作为备用电源，所述供电系统(18)包括与a段母线(111)连接的柴油备供a路(171)、与b段母线(112)连接的柴油备供b路(172)、与柴油备供a路(171)和柴油备供b路(172)连接的柴油发电机母线(173)；多个柴油发电机(14)通过第一开关(31)与柴油发电机母线(173)连接。
2.根据权利要求1所述的综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：所述制冷系统(2)还包括冷却塔(25)和冷水机组(26)；所述冷却塔(25)出口通过冷却水循环泵(233)与冷水机组(26)的冷凝器侧连接后与冷却塔(25)入口连接；所述数据中心(23)空调水进水口通过第二冷冻水循环泵(234)与冷水机组(26)的蒸发器侧连接后与数据中心(24)空调水回水口连接。
3.根据权利要求2所述的综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：所述水电主供a路(121)、市电备供a路(161)和柴油备供a路(171)均分别通过第二开关(32)与a段母线(111)连接，水电主供b路(122)、市电备供b路(162)和柴油备供b路(172)均分别通过第二开关(32)与b段母线(112)连接。
4.根据权利要求3所述的综合利用水电站清洁能源的数据中心能源系统，其特征在于：所述母线联络开关(13)和第二开关(32)处均有电气及机械连锁。
技术总结