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浅谈火力热电厂周边拟建数据中心选址的可行性研究

3-3 17:05| 发布者: admin| 查看: 172| 评论: 0

摘要:   在互联网+、云计算、大数据、5G、人工智能发展的今天,特别是在新基建的大潮下,各地兴起了数据中心建设的热潮,对于新建数据中心首先就是面临选址可研,虽然在《数据中心设计规范》GB50174中给出相应的选址规定 ...

  在互联网+、云计算、大数据、5G、人工智能发展的今天,特别是在新基建的大潮下,各地兴起了数据中心建设的热潮,对于新建数据中心首先就是面临选址可研,虽然在《数据中心设计规范》GB50174中给出相应的选址规定,但是在实际的选址中会遇到特殊的地点和环境,比如在发电厂、江河湖海、废弃工业区、居民区、商业区等个性化的地区,在这些地区能否拟建数据中心,选址需要关注哪些核心的问题,需要遵循哪些规范成为投资方的首选问题。下面就在热电厂周边选址拟建数据中心对应的相关规范、重点关注的问题做一些研究,仅供参考。

  一、 发电厂分类和发电模式

  要在发电厂周边建数据中心,首先需要了解发电厂的技术和工作模式。

  1、发电厂的分类

  目前发电厂的分类有:火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、太阳能发电、其他可再生能源类型的发电厂

  (1)、火力发电厂:火力发电是利用燃烧燃料(煤、石油及其制品、天然气、垃圾等)所得到的热能发电。

  (2)、水力发电厂:水力发电是将高处的河水(或湖水、江水)通过导流引到下游形成落差推动水轮机旋转带动发电机发电。

  (3)、核能发电厂:核能发电是利用原子反应堆中核燃料(例如铀)慢慢裂变所放出的热能产生蒸汽(代替了火力发电厂中的锅炉)驱动汽轮机再带动发电机旋转发电。

  (4)、风力发电场:利用风力吹动建造在塔顶上的大型桨叶旋转带动发电机发电称为风力发电,由数座、十数座甚至数十座风力发电机组成的发电场地称为风力发电场。

  (5)、其他可再生能源类型的发电厂,包括地热发电厂、潮汐发电厂、太阳能发电厂等。

  下面重点探讨火电厂相邻的数据中心选址,水电、核电、风电以及太阳能发电厂(场)相邻的数据中心选址另行探讨和研究。

  在火电厂的发电形式有以下的分类:

  (1)、按燃料分类

  燃煤发电厂(煤)

  燃油发电厂(石油提取了汽油、煤油、柴油后的渣油)

  燃气发电厂(天然气、煤气等)

  余热发电厂(工业余热、垃圾或工业废料)

  生物发电厂(桔杆、生物肥料)

  (2)、按原动机分类

  凝汽式汽轮机发电厂

  燃气轮机发电厂

  内燃机发电厂

  燃气-蒸汽联合循环发电厂

  (3)、按供出能源分类

  凝汽式汽轮机发电厂(只供电)

  热电厂(同时供电和供热)

  (4)、按总装机容量分类

  小容量发电厂(总装机容量〈100MW〉)

  中容量发电厂(总装机容量100-250MW)

  大中容量发电厂(总装机容量250-600MW)

  大容量发电厂(总装机容量600-1000MW)

  特大容量发电厂(总装机容量>1000MW)

  (5)、按蒸汽压力和温度分类

  中低压发电厂(压力3.92MPa,温度450度,功率﹤25MW)

  高压发电厂(压力9.9MPa,温度540度,功率﹤100MW)

  超高压发电厂(压力13.8MPa,温度540度,功率﹤200MW)

  亚临界压力发电厂(压16.77MPa,温度540度,功率300-100MW)

  超临界压力发电厂(压力22.11MPa,温度550度,功率﹥600MW)

  超超临界压力发电厂(压33.5MPa,温度610度,功率﹥600MW)

  2、热电厂发电的工作模式

  拟在热电厂周边选址,需要了解热电厂的工作原理。按照目前热电厂的发电方式:发电的发电机组有两种主要形式:

  利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电,称为汽轮发电机组,目前主流的使用燃煤作为燃料的发电厂,占到全国发电装机容量的80%,在汽轮机发电的燃料上还有使用余热发电厂(工业余热、垃圾或工业废料)和生物发电厂(桔杆、生物肥料);

  燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电,称为燃气轮机发电机组。燃煤发电厂发电工作模式:

  目前燃气热电厂大多采用燃气-蒸汽联合循环发电,两套发电机组,进一步利用燃气轮机发电机组的废热,通过余热锅炉产生的蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。燃气+蒸汽联合循环发电模式:

  燃气+蒸汽联合循环发电模式是燃气发电机+蒸汽发电机的组合,燃气发电机的效率在40%,燃气发电机产生的废物达到500度左右,这部分废热通过余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽汽轮发电机组发电。目前燃气+蒸汽联合循环的组合模式是燃气热电厂的主流模式。发电效率高。

  二、火力热电厂安全风险

  目前火力热电厂主要有:燃煤发电厂、燃气+蒸汽循环联合发电厂、废弃物(垃圾或秸秆等)发电厂。在火电厂周边要建数据中心选址时,除了需要了解电厂的工作模式,更需要关注和分析火电厂存在的风险和对风险的评估,以及国家相关的安全标准和环保要求。

  1、火力发电厂风险

  在火力发电厂中存在的危险有害物质主要有煤粉(燃煤发电)、燃气(燃气发电)、废弃物(废弃物发电)、乙炔、点火轻柴油、汽轮机油、绝缘油、次氯酸钠、二氧化氯、氢气、盐酸、氢氧化钠、氨、联胺、硫酸、六氟化硫、磷酸三甲苯醋、高温高压水汽、烟 气、锅 炉灰渣等。此外还有锅炉、压力容器等特种设备和变压器、电缆等电气设备设施。因此, 生产过程中存在火灾、爆炸、污染环境等危险因素, 火力热电厂详细的风险源见下表:

  2、热电厂重要危险源详情分析与识别

  对这些危险有害物质和因素进行分析, 从中辨识出重大危险源, 并按照有关规定进行管理, 对于提升安全生产水平将会起到重大促进作用。

  ■ 燃料

  火力热电厂主要有:燃煤、燃气、燃油,均属易燃易爆物质,是火灾和爆炸源头。其中:

  ①、煤主要成分为碳和氢,此外还含有少量氮和硫,由于碳及煤碳中所含的黄铁矿和氧气发生氧化反应,缓慢氧化所释放的热量常能导致煤的自燃。煤中常含有铁屑、木块、石块等物质,若在送入磨煤机前不将上述物质除去,极有可能造成机器设备的破坏,还常因在磨煤机处产生火星而导致火灾的发生,由于煤输送带是连续运转的,故一旦发生火灾,火势将随着皮带的移动而快速蔓延,势必造成很大的损失。另外,煤粉管泄露煤粉很容易形成爆炸性粉尘,造成火灾爆炸事故。

  ②、燃油:燃油一般都是通过输油管道直接由油罐输送至锅炉,其火灾危险性存在于输油管道燃油的温度和压力,一般情况下,重油是要通过加温才可以流动的,通过空气或蒸汽加热,一般温度在50-80摄氏度,压力在690kPa,有时也可达至6895kPa,在如此高的压力下造成的管道破裂,可导致大量的雾状重油喷溅,遇明火形成大面积燃烧。

  ■ 点火轻柴油灌区重大危险源的辨识

  锅炉点火助燃使用的轻柴油因闪点较高(“GB252-2000”将10号、5号、0号、-10号和-20号等5个牌号的轻柴油的闪点指标由原来的≥65℃修改为≥55℃),不在GBl8218-2000《重大危险源辨识》所列的易燃物质名单中。但按照安监管协调字[2004]56号文规定,贮罐区(贮罐)所贮存的易燃液体,如煤油、松节油、丁醚等,若28℃≤闪点<60℃,储量超过100 t,则构成重大危险源。点火轻柴油闪点在这个范围之内,在2×135MW机组的工程中,一般设置2×500m3的贮罐,在2×300MW机组工程中,则设置2×1000m3贮罐,在火电厂中储量较大,应把点火油罐区划为重大危险源管理。

  ③、天然气的主要成份为炭氢化合物,主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢、氮及一氧化碳等的混合物。火灾危险性主要表现在输送天然气的管道都是高压管道,一旦管道破裂导致天然气泄露,和空气混合形成爆炸性混合气体,遇明火极易形成火灾爆炸事故。

  ④、氢冷式汽轮发电机组中的氢气是一种可燃气体,爆炸极限低,不论机组任何部位发生漏气,遇明火或高温都极易燃烧爆炸。

  在发电机为水-氢-氢冷却方式的电厂中,均设有制氢站,提供发电机绕组和铁芯冷却用氢气,若发电机采用空冷或者双水内冷,则不设制氢站。氢气为无色无味气体,密度0.0899g/l,沸点-252.8℃,自燃点572℃,爆炸极限:4.0%~74.4%,氢气在常温下不活泼,但易燃。

  以300MW机组典型设计为例,一般制氢站产氢流量为Q=10Nm3/h,压力3.2MPa,4台贮氢罐每个容积V=13.9m3。按照安监管协调字[2004]56号文规定,对于乙炔、氢、液化石油气等可燃气体,爆炸极限低于10%的,若在贮罐区(贮罐)的存储量超过10t,就是重大危险源。贮罐中储存3.2 MPa的氢气55.6m3,经过换算后,计算出氢气的量约为0.16t,不属于重大危险源。但是,在同一文件中规定,若压力容器(群)内所储存易燃介质,最高工作压力≥0.1MPa,且PV≥100 MPa×m3,则构成重大危险源。电厂中氢气贮罐177.92 MPa×m3 ≥100 MPa×m3,应属于重大危险源。因此,应将贮氢罐(群)划为重大危险源管理。

  ■ 压力容器、管道以及阀门

  火力热电厂的压力容器主要有锅炉、储油罐、储气罐、储氢罐等

  ①、锅炉系统

  锅炉通常可分为水管式,火管式锅炉两种,而在火力发电厂中常见的为水管式锅炉。

  当锅炉燃烧不良,使炉膛内没有完全燃烧的油粒或煤粉被烟气带到锅炉房尾部烟道上受热而发生二次燃烧事故;

  由于锅炉内布满输送煤粉或燃油或燃气的管道以及高温高压的蒸气管道,如果引起泄露也会导致火灾的发生;

  在锅炉内,由于燃料(煤粉和燃油)的氧化、自燃及粉尘爆炸能也能造成严重的火灾爆炸事故;

  炉膛内水管破裂也可能导致锅炉爆炸事故。

  ②、储油罐、储气罐、储氢罐

  对于燃料的存放,一般均采用管式的压力容器,存在泄露、雷击的安全高风险。

  ③、管道及配套部件

  主要的风险源:泄露。在发电厂为供油、供气、供氢铺设大量的管道,阀门、调压站以及泵组,在存储中遇到高温或在输送途径中均会出现泄露而引发的火灾或爆炸。这类火灾还会波及引发存储罐体、仓库安全。

  3、 煤场

  要危险源: 煤场储煤自燃。可能导致的后果: 火灾事故, 控制措施

  4、人员操作风险

  在火电热电厂的设计和建设中,均充分考虑到安全防护设备和措施,同时有较严格和完善的操作流程,但在火电热电厂的运行中仍然还会有重大的火灾或爆炸频发,这都来自其安全意识不强、维护不到位、违规操作,主要的表象为:,

  1)、忽视安全,忽视警告,操作错误。

  2)、人为造成安全装置失效。

  3)、使用不安全设备。

  4)、物体存放不当。

  5)、忽视个体劳动防护用品、用具的使用或未能正确使用。

  6)、对易燃、易爆等危险物品的接触和处理错误等。

  举例:2005年5月13日,新疆红雁池第二发电有限公司厂区的油罐发生剧烈爆炸,随即引起大火,事故是由于现场施工人员违反安全生产操作规程引起的。爆炸造成 5人死亡,1人重伤,发电厂损失惨重。

  三、与热电厂相邻拟建数据中心如何选址

  综上所述,火力热电厂存在一定的安全风险,有些还是高位的风险,给在发电厂附近选址建设数据中心带来不利的因素,在新基建大潮下,如何在该地区附近选址建设数据中心的可研提出新的课题,选址时参考哪些法规?数据中心与发电厂的安全距离如何鉴定?在实际勘察中需要关注哪些关键风险点?

  1、标准和法规

  到目前为止,还有一个专门针对在发电厂周边选址建设数据中心的法规,从目前涉及到数据中心建设的法规和**相关的文件,在发电厂周边需要新建数据中心时,涉及的规范和标准可参考如下:

  《数据中心设计规范》GB50174-2017

  《建筑设计防火规范》GB50016-2014

  《重大危险源辨识》GBl8218-2000

  《城镇燃气设计规范(2020版)》GB50028

  《火力发电厂与变电所设计防火规范》GB 50229

  《大中型火力发电厂设计规范》GB 50660

  《小型火力发电厂设计规范》GB 50049

  《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》环保部2008年第82号文件

  《发电厂油气管道设计规程》 DL/T 5204-2016

  《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定》DL/T5174

  《石油天然气工程设计防火规范》GB50183

  《电磁辐射管理办法》

  《环境电磁波卫生标准》

  《石油库设计规范》

  《氢氧站设计规范》

  《乙炔站设计规范》

  《氧气站设计规范》

  2、数据中心与发电厂的安全距离如何鉴定

  首先需要明确火力热电厂属甲乙类建筑厂房,在电厂周边选址拟建数据中心须重点预防火灾、爆炸的危害、保障人身和财产安全。在热电厂周边选址拟建数据中心应遵循和参考以下要求。

  1)、在《数据中心设计规范》要求A、B级数据中心距离甲、乙类厂房2000M米。

  2)、根据国家标准《火力发电厂和变电站设计规范》GB 50229-2019,第4.0.7条,厂区围墙内的建(构)筑物与围墙外其他建(构)筑物的间距,应符合现行国家标准《建筑设计防火规范 》 GB 50016(2018年版)的有关规定。

  厂区外,根据火灾危险性等级,不同建筑外或构筑物,应符合现行国家标准《建筑设计防火规范 》 GB 50016的有关规定。

  3)、在《发电厂油气管道设计规程》DL/T5024的第五章节给出了天然气管道调压站、管道、管道布局、安全泄放等设计要求

  4)、《建筑设计防火规范》第三章第3.4.1条:甲、乙类厂房与民用建筑之间的防火间距不应小于25。距重要的公共建筑不宜小于50m。

  《建筑设计防火规范》第三章第3.4.2条:甲类厂房与重要公共建筑的防火距离不应小于50m,与明火或散发火花地点的防火间距不应小于30m。

  《建筑设计防火规范》第三章第3.5.1条:甲类厂库与重要公共建筑的防火距离不应小于50m,与场外铁路线40m。

  《建筑设计防火规范》第四章第4.3.8条:液化天然气气化站储气罐(区),总容积大于500立方米小于等于1000立方米,距民用建筑的安全距离不小于90米。

  5)、环保部2008年第82号文件《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》的附件中规定“新改扩建项目环境防护距离不得小于300米。”

  6)、气站且单罐容积小于等于200立方米时,距居民区、村镇和学校、影剧院、体育馆等重要公共建筑(最外侧建、构筑物外墙)90米;

  7)、110KV变电站安全距离。110kv变电站安全距离国家《电磁辐射管理办法》规定100伏以上为电磁强辐射工程,第二十条规定:在集中使用大型电磁辐射设备或高频设备的周围,按环境保护和城市规划要求,在规划限制区内不得修建居民住房、幼儿园等敏感建筑。

  8)、北京市规划委(2004规意字0638号)110千伏的地下高压变电站工程项目,明确要求距离不得少于300米。

  3、在实际勘察中需要关注哪些关键风险点

  上面给出了相关法规对甲乙类厂房、厂库、储存容器和场地与民用建筑火电重要建筑的距离要求,但是在实际的可研阶段,需要依据上述要求,做好发电厂站实地考察,按照前面列举的风险点,逐一勘察和核对,评估其风险的等级,考察和核实的风险点有:

  1)、勘察火力热电厂装机容量,储油(气)、制氢和储氢或者储煤场的容量,装机容量决定的需要燃料的储存量,分析发生突发事件的风险的危害程度和影响面。

  2),核对风险点位置(指风险装置的地点)至拟建数据中心的距离,注:通常发电厂的占地面积非常大,核查储油罐、储气罐、储氢罐以及其他化学品存放点的实际位置到拟建数据中心的距离(不是以发电厂的周界为测量距离)。

  3)、高风险物质的存量、浓度、压力以及发生故障时是否构成重大的火灾或爆炸分析,比如燃气的增压站,设置在露天增压站当发生泄露时,不会产生燃气的聚集和高浓度,相对风险比较低而可控;如果是室内的增压站,就需要评估泄露产生的聚集和浓度。

  4)、高风险设施的安全技术和保障措施,比如露天储油、储气罐防雷、夏季的降温;比如煤场的洒水防扬尘和自燃;比如锅炉的智能化温控和设置已经阈值等等,做到风险可控,在此情况下,可适当放宽2000m(GB50174)硬性标准。

  5)、对燃气热电厂还需要关注燃气输送管道铺设方式以及与拟建数据中心的距离,燃气铺设的方式有:地面明管铺设、管道埋地暗铺和设置地下燃气管道的管沟;前两种方式相对风险小,第三种方式当发生泄露时,燃气会延地下管沟蔓延聚集,浓度上升,一旦遇到**,不仅发生火灾还会引发爆炸而且波及的距离、范围和破坏力更大。因此需要实地勘察热电厂内/外燃气管道的布置应符合《发电厂油气管道设计规程》DL/T5204-2016第5章节的规定和《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定》DL/T5174中的相关规定。

  6)、对火力发电厂还需要关注输变电线路的走向和与拟建数据中心的距离,主要的核对电磁辐射是否造成对数据中心的影响。

  7)、勘察热电厂送变电的并网情况,寻求直供电的可能;以及发电厂废热为数据中心所利用(溴化锂制冷),降低数据中心电价,减少空调系统的用电,提升数据中心PUE,建造绿色数据中心。



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