为热电联供技术正名

热电联供技术结合了发电机和专用的冷却器，可以把排出来的废热转换成冷却水来源，但是使用的公司却很少，问题出在哪里？

为热电联供技术正名

试水热电联产

在加利福尼亚州森尼韦尔，每到酷热的夏天，电价会达到最高水平。这时，Network Appliance（NetApp)公司耗电1百万瓦的数据中心就会退出普通电网。这家公司以天然气为动力的热电联供系统提供了全部电力，不但每年可以节省30万美元的能源成本，同时还能为数据中心提供“免费冷却能源”的来源。

NetApp的热电联供系统“可以在电价很高、而天然气价格很低的时候发电、冷却，从而减少了能源开支。”NetApp公司的全球基础架构副总裁David Roobins如是说。

热电联供（cogeneration）技术又叫热电联产（CHP），它结合了发电机和专门的冷却器，这种冷却器可以把排出来的废热转换成冷却水来源。EYP Mission Critical Facilities公司的执行负责人William Kosik认为，从技术上来讲，任何电力来源都可以用于CHP，不过“在小型的CHP商业化应用中，天然气是热电联供系统最常使用的燃料来源。”

他说，在某些情况下，热电联供设施使用有机燃料来发电，或者燃烧垃圾堆场的甲烷来发电。

至于NetApp，它的热电联供系统包括三台以天然气为动力的发电机和几只“吸附冷却器”，可以冷却该公司6000平方英尺大小的数据中心。冷却器通过吸附冷却工艺来提供冷水这种工艺使用硅胶来使水蒸发，水在其中充当了致冷剂。NetApp的设施主管Dan Hoffman说：“这种系统不含任何化学致冷剂，非常环保。”

EYP公司的CEO Peter Gross说，数据中心非常适合使用热电联供，不过使用这项技术的数据中心寥寥无几。专门为了数据中心而使用热电联供技术也并不多见：太平洋天然气和电力公司（PG&E）客户能源效率部门的主要项目经理Mark Bramfitt说，他没听说过还有哪家数据中心在使用这项技术。

切实节省能源

Kosik说，考虑使用热电联供有几个原因。比如说，使用热电联供系统来提供备用电源，这可以增强数据中心在遭遇严重停电事故期间的存活能力。

他说：“我们为客户进行现场评估时，发现这是客户担心的一大问题。”EYP搜集的这些数字一部分来自业界提供的信息。他认为，由于自然灾害增多，加上电力基础设施不断老化，停电次数在不断增加。

热电联供还可以充当经过调节的不间断电源的来源。CHP系统可以降低生命周期成本，能降低多少取决于电力和某种燃料来源的现行价格。这些情况各有不同，因为电力和天然气在不同地区的成本存在很大差异。

Kosik说，热电联供技术对数据中心而言能够在经济上切实可行，废热的重复使用是最大的因素。废热的最常见用途就是对园区环境里面的大楼进行供热。Gross说，NetApp使用采用吸附冷却器的热电联供虽然并不常见，但具有经济意义。

他说：“之所以能节省能源，就是因为发电过程的副产品是热量。可以利用热量来生成冷空气。正因为如此，整个系统的效率才大幅提高。”

NetApp的Hoffman说，他公司的热电联供系统效率在75%到80%；而天然气公用事业公司由于并未利用废热，效率大约只有35%。

据PG&E的Bramfitt声称，这些数字大致是正确的。

因为使用CHP系统比使用电力公司所发的电来得更有能源效率，所以可以减少总体的温室气体排放量。美国环保署的热电联供合作伙伴网站上面有个计算器，可以算出CHP项目到底能减少多少排放量。

咨询工程公司Michaud Cooley Erickson的副总裁John Smith提醒，CHP系统不会给每个人带来回报尤其是所在地区电力成本比较低的用户。他说，对大多数公司而言，“要做到发电成本低于电力公用事业公司，难度非常大。”

Gross说，一条实用的经验法则就是，热电联供项目在经济上要切实可行，其每千瓦小瓦的能源成本至少要比电力公用事业公司收的电价低1.5美分。

必有利弊

Bramfitt说，他倒宁愿数据中心的管理人员先考虑在空调系统上安装节能器。这种系统的节能原理就是充分利用室外的冷空气来冷却数据中心。他说，“节能器抵消了热电联供系统所具有的一部分经济优势”，因为用户已经有了免费冷却能源的来源。

Bramfitt认为，一开始就考虑热电联供无异于说“让我们通过发电来解决这个问题，而不是通过节电来解决这个问题。”他指出，而且节电方案风险比较低，因为这不需要公司管理发电设备，也不用担心急剧上升的燃料成本。

至于NetApp，该公司已经在使用鲜风节能器（air-side economizer）作为热电联供的互补技术。Hoffman说：“我们使用节能器时，就不需要热电联供系统，因为我们有免费冷却能源。”不过热电联供在炎热的夏天就可以派上用场，因为这时室外气温过高，不适合使用节能器。他说：“两者相互补充。”

数据中心的管理人员不愿支持这项技术，还有可能是由于他们对运行发电设备增添复杂性有所顾虑。Hoffman说，虽然有些系统使用涡轮机，但他的系统使用了以天然气为动力的内燃机，类似手下员工已经很熟悉的备用柴油发电机。

Gartner公司的分析师Rakesh Kumar说：“我的一些客户看了这项技术后，认为现在着手还为时过早。”

Ben Stewart就得出了这样的结论，Stewart是总部设在迈阿密互联网交换所和数据中心运营商Terremark Worldwide的设备工程部门副总裁。他一直在考虑为Terremark的最新数据中心安装一套CHP系统。这套系统将使用由联合科技公司提供的天然气涡轮发电机，提供专用电力。虽然有了这种发电机，就不需要冷却器成本，但Stewart还是决定暂时不在数据中心安装这套系统。他说：“这项技术有点过于先进，我们对于到时能不能围绕它建立起基础架构的其余部分并无把握。”

NetApp的Robbins毫不懊悔。他说：“当初向CIO竭力宣传这个项目时，我们说我们负责提供可靠电力和冷却功能，还能有效降低能源成本，我认为如今这些论点仍然适用。”

虽然在数据中心使用CHP并不常见，但这项技术本身并无新意。Gross说：“只是人们刚刚开始考虑在公司现场发电，特别是CHP。”

连Stewart也说，他还没有完全否定这项技术的部分作用。他说：“要是我们现在搞，会在比较小的地方进行试用。”

链接：衡量CHP的标准是经济利益的大小

但NetApp当初选择CHP并不是冲着能源效率而去的。Hoffman说：“坦率地讲，而是为了提高经济效益。”NetApp向PG&E购买的电力成本通常每千瓦小时在14美分左右，但是到了炎热的夏天，会涨到24美分。他说：“因为在夏天，电价很高，而天然气的价格很低，于是我们在夏天的高峰时间段使用热电联供。”

项目的成功不但与可以预测的电价有关，还与不可预测的天然气价格有关。天然气价格的急剧上升会对项目的回收期带来重大影响。

Robbins说：“当时，天然气的价格要低得多，这正是促使我们利用热电联供来获得能源的一大成本因素。但此后随着天然气价格上涨，其中一些经济因素及使用这套系统的理由发生了变化。”

NetApp的最初计划要求CHP系统提供平常的工作电源和备用电源。然而，不断上涨的天然气成本不但使得该系统只有在夏天的高峰时间段（此时电价最高）才使用，还促使NetApp另谋出路来获得备用电源。Robbins说，NetApp最后认定，“比较传统的”柴油发电机更适合这种用途。

PG&E提供的部分退款对于这个耗资250万美元的项目顺利开展起到了关键性作用。Hoffman说，部分退款承担了NetApp三分之一的成本。四年前系统首次安装时，NetApp预计有望在三年内通过降低能源费用来收回成本。不过此后，天然气价格却翻了一番，预计每年节省的60万美元因而减少了一半左右。Hoffman说：“这使得我们的回收期延长了一倍。”他又说，只有在夏天的电价处于最高水平时，运行热电联供系统才具有成本效益。

（沈建苗编译）