[發明專利]LNG能源梯級利用和數據中心一體化供能系統及方法

在審

• 申請號: 201710681065.0
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107503812A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 朱良松;鄭文廣;阮炯明;周宇昊;張海珍
• 申請（專利權）人: 華電電力科學研究院
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K17/02;F01D15/10;F02C6/18;H05K7/20
• 代理公司: 浙江英普律師事務所33238
• 代理人: 陳俊志

技術領域

本發明涉及電力系統分布式發電供能系統及方法，尤其涉及LNG能源梯級利用和數據中心一體化供能系統及方法。

背景技術

LNG是液化天然氣英文Liquefied Natural Gas的縮寫，是一種低溫液體混合物，每噸LNG氣化時可產生約230KWh的冷能，合理利用這部分冷能可產生很好的經濟效益。傳統的LNG利用方式是將LNG采用海水氣化供給用戶，在氣化過程中利用部分冷能進行制冷、空氣液化等，其受到下游用戶的制約，其冷能不能完全消納或是利用率較低，并且冷能直接釋放也會對周圍環境產生一定的影響。所以，如何高效梯級利用LNG氣化為NG過程中產生的大量冷能，成為一個亟待解決的技術難題。

數據中心機房內有大量的服務器、交換機和存儲設備等裝置，為了滿足生活和工作的需要，這些裝置需要每天都是開啟狀態，需要消耗巨大的電能，也產生大量的熱量。

2016年，國家大力倡導互聯網+，這也為LNG能源梯級利用與數據中心產業的結合創造良好的發展空間。

發明內容

本發明為解決現有技術中對LNG冷能利用率低的技術問題，提供一種結構設計合理的LNG能源梯級利用和數據中心一體化供能系統及方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：

LNG能源梯級利用和數據中心一體化供能系統，該系統通過潛液泵與LNG儲罐連通，包括LNG冷能利用模塊、制冷模塊、余熱利用模塊和發電模塊；所述LNG冷能利用模塊包括利用冷能的第一換熱器；所述第一換熱器第一入口連通潛液泵出口；所述制冷模塊包括為數據中心空調冷媒水提供冷能的第二換熱器；所述第二換熱器入口連通所述第一換熱器第一出口；所述的余熱利用模塊包括利用余熱的第三換熱器；所述第三換熱器第一入口連通所述第二換熱器出口；所述發電模塊包括渦輪機、燃氣輪機、內燃機、蒸汽輪機和發電機中的一種或多種；所述第三換熱器出口與發電模塊相連通；所述第一換熱器第二入口與發電模塊相連通，所述第一換熱器第二出口與發電模塊相連通。此設計不僅將LNG冷能通過多個換熱器進行回收利用，而且對冷能進行梯級利用；將LNG能源梯級利用和數據中心一體化設計，提高了能源利用率。

進一步，所述余熱利用模塊還包括余熱鍋爐，所述余熱鍋爐出口連通所述第三換熱器第二入口；所述發電模塊發電后產生的煙氣通過所述余熱鍋爐入口進入余熱鍋爐。此設計利用了發電后的煙氣余熱，提高第三換熱器中發電工質的溫度，提高發電效率；同時也避免了現有技術中未能利用煙氣或是少量利用，而將大量煙氣排放到大氣中，造成環境污染。

進一步，所述余熱利用模塊還包括制冷機組，所述制冷機組出口連通所述第三換熱器第二入口；所述發電模塊發電后產生的煙氣通過所述制冷機組入口進入制冷機組。此設計利用了發電后的煙氣余熱，提高第三換熱器中發電工質的溫度，提高發電效率；同時也避免了現有技術中未能利用煙氣或是少量利用，而將大量煙氣排放到大氣中，造成環境污染。

更進一步，所述第一換熱器的數量為2-4個，所述第二換熱器和第三換熱器的數量分別與所述第一換熱器的數量相同。此設計實現LNG冷能的吸收利用。

更進一步，所述LNG冷能利用模塊還包括第四換熱器，連通所述第一換熱器和發電模塊，吸收經過LNG多級釋冷后的冷能，并將冷能傳遞給數據中心空調冷媒水。此設計進一步的吸收利用經過多級利用后的LNG冷能，節省能源。

更進一步，在所述第四換熱器和發電模塊之間還設置有混合器，升溫后的LNG進入混合器與管道天然氣混合，進入發電模塊發電。此設計通過混合器調節管道天然氣的流量，以滿足數據中心對供電量和供冷量的要求。

LNG能源梯級利用和數據中心一體化供能系統的工作方法：LNG經過潛液泵升壓后進入第一換熱器中，與發電工質交換冷能，此時LNG溫度升高到-85～-100攝氏度；再經過下一個的第一換熱器交換冷能，此時LNG溫度升高到-30攝氏度左右，成為低溫天然氣；再經過第四換熱器交換冷能，此時低溫天然氣升溫到5～15攝氏度，進入混合器與管道天然氣混合，進入發電模塊發電；發電后產生的煙氣，一部分經過余熱鍋爐后進入第三換熱器，與第三換熱器交換熱量，加熱發電工質，提高發電模塊發電效率，另一部分經過制冷機組后進入第三換熱器，與第三換熱器交換熱量，加熱發電工質，提高發電模塊發電效率；經過第一換熱器的發電工質進入第二換熱器交換冷能，此時發電工質溫度升到0攝氏度左右，再進入第三換熱器升溫至30～80攝氏度，最后進入發電模塊發電后進入第一換熱器中進行下一循環。

本發明同現有技術相比具有以下優點及效果：