IDCC2018|格力电器数据中心首席研发工程师 李宏波:格力永磁变频冷水机组打造绿色节能IDC

中国IDC圈讯12月12日,由中国IDC产业年度大典组委会主办,中国IDC圈、CloudBest承办的第十三届中国IDC产业年度大典(简称“IDCC2018”)在北京国家会议中心隆重召开。作为国内数据中心云计算领域规模最大、最具影响力的标志性盛会。本届大会以“赋能企业数字化转型”为主题,汇聚了来自工信部和信通院的领导与专家,以及来自运营商、互联网、数据中心、云计算等多领域多行业的企业高管、嘉宾、媒体。与会嘉宾们在大典现场,共话数字经济时代,探讨企业在数字化转型进程中的新技术、新实践、新趋势。

IDCC2018|格力电器数据中心首席研发工程师 李宏波:格力永磁变频冷水机组打造绿色节能IDC

会上,格力电器数据中心首席研发工程师 李宏波为大家带来了《格力永磁变频冷水机组打造绿色节能IDC》的主题演讲。以下为演讲实录(未经本人核实):

各位尊敬的嘉宾大家下午好,非常荣幸能在这样一个年度的大会上介绍一下我们格力的产品。可能在大家的印象中,为什么格力会出现在这个地方?我们格力不是一个传统的制造企业吗?它为什么来到了这里呢?其实我们的数据中心特别是大的数据中心可能有40%多的能耗是消耗在空调上面的,所以例如IDC的建设、运营、节能,很大程度上是要依赖空调设备的节能来实现的。我们今天带来的就是格力目前在全球最为先进的空调设备。当然今天由于时间有限带来的主要是我们大型数据中心上面应用的冷水机组这一块。

我们是来自于一个传统的制造企业,所以PPT也是比较一板一眼的。首先简单介绍一下我们格力的公司。

格力公司成立于1991年,目前已经是世界上最大的空调企业,已经连续13年是全球最大的空调企业。在中央空调市场这一块格力已经连续6年国内市场的第一,可以看到数据,我们所了解到非常出名的约克、开利在中央空调市场上面还是有很大的压力的。格力的成绩源于格力对研发的重视,格力是一个特别重视研发的企业,我们公司有行业唯一一个国家重点实验室,包括国家级工程技术中心,格力在空调研发上面也是研发经费不设上限的,我们公司大大小小有700多间实验室支撑我们公司研发的工作,全球最顶尖的实验室的认证,格力全部都有。格力目前在空调方面的研发人员大概有1万多人,组成大概有12个研究院。到2017年年底,格力到目前为止总共专利统计有三万多项,在2016、2017两年在专利方面的申请以及审批量都是排在行业前期。我们今天谈到的冷水机组方面,是全国唯一一个拥有离心压缩机和螺杆压缩机核心设备的自主研发能力的企业,离心机目前我们的容量已经达到一年一千台以上,螺杆机达到三千台以上。当然这里也包括我们在空调方面对于核心技术的掌握,我们是掌握了冷水机组全生产链的技术,包括它的设计、制造、加工以及后面的测试。

目前由于我们技术的先进性获得了很多国家标志性项目的应用,比如像人民大会堂这样一个国家级会议中心,2015年终于用上国内企业生产的,不再受制于国外企业了。

前面是我们公司的简介,下面简单谈一谈数据中心它的特点以及它对我们冷水机组的需求。

1、  它的能耗特别大,能量密度比普通的家用空调要高十倍以上,这样数据中心这一小块的能耗大概占到国家电耗的1.5%,这是非常大的数据。这里面空调的能耗要占到40%以上,所以我们说空调是我们IDC的数据中心它节能减耗的重要的一个方向。

2、空调的能耗有个很大的特点,它跟会场的空调是完全不一样的,这里面来源于空调的对象不同,人在空调下会产生热也会排出水汽,但是我们的设备它只会产生热量,所以它负荷主要是要降温,不需要进行除湿。

3、  对于空调设备安全性的要求,空调的要求是有一个稳定的热环境,不但要防止芯片过热,也得防止它凝露和静电,所以对我们的要求相对而言是比较苛刻的条件。ASHRAE对IDC的设备进行了推荐,在这样的推荐下我们的环境温度只要到18-27度这个范围,就可以很好的为数据中心提供一个冷却。

4、对于电磁干扰的要求,我们在空调发展当中逐渐的变频化,同时产生一个问题,传统的变频设备对于数据中心会产生干扰,相应的也提出了这样的要求。

5、数据中心它的运行是要求全年运行的,像北京目前的室温是0度左右,这时候怎么样节能就是一个非常重要的课题。

针对数据机房对于空调的要求,我们给出了一个对应解决的措施,1、变频技术。这里的变频是特指采用永磁变频的技术,正如我们显热负荷的对应策略我们采用高出水温度的机组实现,对于全年运行的要求,格力给出的措施是比如我们的变频以及自由冷却措施。在安全可靠性方面是快速启动以及采用绿色变频器应对。

下面带来的是我们最大的一款冷水机组,在我们大型的数据中心里面经常使用到的离心机。这个离心机是国家“十一五”和“十二五”重要的研究课题,这个成果是国家的江亿、周远、陶文铨、王浚、饶芳权等5位院士鉴定的,达到国际领先水平,获得日内瓦发明展金奖,中国专利优秀奖,广东省节能协会的创新奖以及广东省相应的一些奖项及行业的奖。

这个技术有哪些先进技术?它是打破了常规离心机的框架,简单讲是“没有中间商赚差价”的感觉,也就是说以前的离心机需要一个增速齿轮把电机功传递到叶轮上面,新形式的离心机在最开始设计的时候就决定了它采用电机直接驱动叶轮的结构。在这一个架构上面,我们研发了永磁的电机。针对变频离心机的特色,我们在设计思路上也进行了调整,下面简单把这三个技术介绍一下。

1、电机直驱技术,为了实现这样一个传递功,使用电机转速达不到叶轮所需要的怎么办?只能用一个增速齿轮机构,这样的机构在市面上90%以上就是这样的机器,我们的机器是什么样的?就是左图是用电机高速永磁电机直接驱动了叶轮的结构,这个结构是格力首创的形式。再简化一下就可以看到结构了,这样一个结构有什么优势呢?机械损失的耗减减少,机械损失可以减少70%,在基本上所有工况下面都可以达到这样的水平。

2、直观上面的压缩机会有什么样的变化呢?压缩机的体积会比传统的压缩机减少60%,也就是说它的总量和体积只有传统压缩机的40%,噪声方面因为没有齿轮传动的噪声,它的噪声也会降低,这也有利于机房操作人员的舒适性提高。刚才说到有个电机,这个电机的特色是什么?它最大的差异就在于电机的转子里面是带有永磁体的,叫永磁电机。目前我们市面上发展非常火爆的电动汽车也是在走这样一个趋势,什么样的趋势呢,就是永磁电机驱动替代异部电机的驱动。这样电机的优势在哪里?第一是效率,最高效率下比三项异部电机高4%以上,这是什么样的概念?比如一个机器它的功率是一千千瓦,每时每刻都可以给大家节省40度电,每个小时都可以为大家节省40度电,这是一个非常可观的数据。第二这个电机还有另外一个很大的优势它的电机效率衰减的非常小,电机在整个运行区间里面效率都是在95%以上的,虽然异部电机效率会降低80%,这样在小时速功率的时候电机的效率甚至有10%的提升。

3、最后是我们设计方面的调整,所有格力的离心机都是采用双级压缩,比市面上的单级压缩能效可以提高5-6%。

第二我们压缩机的设计也来源于我们刚刚提多的负荷特性,像我们数据中心目前可以看到越来越多机器的水温设计出水温度越来越高,现在见的比较多的比如有12度,甚至有的出水温度已经提升到17度,当然这个17度仍然可以很好的满足数据中心冷却的要求,但是它的节能性将变的非常的优越,这个设计方法也是我们鼓励的方法,这个设计方法给离心机带来什么样的差别呢?下面有个表,机器不管是它的流量、压头还是压比都会有很大的变化,像其他厂家所有的机器是针对常规智能设计的,在这个工况下能不能运行,冷机仍然是可以运行的,是没有任何问题的,但是它已经跑出了机器擅长跑的那一段,也就是说它的压缩机的效率会大幅的下降。我们怎么办呢?就是针对性的开发,因为格力拥有压缩机的设计,所以把我们压缩机的设计让整个机器运行最高效率的区间,实现能效的提升。

我们也同时把叶轮、扩压器相应的系统元件进行的全面的改良。

上述是我们节能性方面的特点,当然我们在可靠性方面,其他厂家拥有的快速启动、快速实现供冷的需求我们也同样是能够满足的。包括我们的变频,我们知道当前有很多措施来实现IDC的节能,中间就包括变频的措施,像传统的离心机,把启动柜换成变频的启动柜,这样的方式也可以实现节能,但是会出现一些问题,除了前面提到的设计,原始的设计是针对冷水机组来的,第二是它的变频器,我们的变频器是绿色的变频器,最大的优势是采用IDBT作为诊流,有效的诊流,有效的抑制变频器产生的谐波。

最后探讨一下变频机组的应用,传统的离心机有个措施是在设计方面是以满负荷运行为最高点进行设计,所以它在运行的时候也是以百分之百运行作为它的目标,当机器跑到百分之百之后没办法再加能力之后,操作者会尝试再增加一台机器,但是对于变频机来讲这个策略已经不可行了,因为变频机最大的性能点一般控制在50%-75%,这是我们的运行控制。我们可以看到,首先我们加减机策略不是在机器的反负荷点进行加载,而是在部分负荷就开始加载,为了实现节能。第二个它的要求是当室外水温越低的时候,多台机器投入的负荷会越低,这是一个加减机的控制。

第二是节能性,在这里都是我们的方案,也有相应的论文发表在之智能杂志上面,我们的机器运营在北京、上海和广州,这样的数据中心运行率可以达到40%。

下面再简单介绍一下小一点冷量的变频螺杆机,在离心机实现永磁化之后,把这样的技术用在螺杆机上面,不仅仅是把电机推广进去,更大的技术发展在哪里呢?这个技术也是一个全球领先的技术,是把变频机的容量调节和压头调节进行解析,传统的螺杆机在调节能量的时候不可避免的要调节压头,运行过程中会出现压头和流量不匹配的情况,这个发生之后就会导致机器在偏离设计工况的时候它的效率大幅的下降,我们研究螺杆机在25%的时候,它的压缩机效率甚至低于50%这样的情况发生。我们的方式是把转速实现容量进行调节,压头的匹配是调节滑阀,这样把整个螺杆机调节实行分解,容量调节和室内气温变化分开了,这种情况之下可以实现流量压头完美的匹配。这样在螺杆机里面经常听到欠压缩、过压缩的问题在我们这个里面是没有的,可以实现全工况运行的高效。

在螺杆机上面对于安全性方面的快速启动和调电自启的功能都是同样实现的。包括我们的螺杆机可以在室外气温10度还可以正常启动运行,正常的水温气温可以到45度。

最后简单介绍一个风冷螺杆机器,也是采用变频螺杆压缩机,相应的技术方案是一样的,但是我们风冷螺杆有个先进的技术就是它在功能里面增加了一个自然冷却的功能,在比如环境温度大于15度的时候采用压缩机进行制冷,如果环境温度低于5度的时候就采用冷门泵进行循环,压缩机停掉,这之间是两者互补进行运行。这样有什么优势呢?这样一个机器可以实现从零下40度到48度这样一个室外环境下,可以实现对于IDC数据中心完美的供能。在室外气温低的时候,幅泵开启来之后,CUP可以达到40%以上,甚至可以高达70,这就可以在室外气温低的时候为IDC数据机房实现一个最大效率的降低能耗。

最后简单对我们应用的案例给大家做个分享,首先是人民大会堂,人民大会堂2015年的时候替代了开利的机器,人民大会堂首次实现了空调主机由国产厂家供应的情况。它的节能量是32.6%。

毛主席纪念堂也是用了永磁同步离心机及螺杆机。包括北京第一高楼中国尊采用的是并系统的离心机。上午有专家提到在宿迁,宿迁京东云数据中心二、三、四期全部采用永磁变频离心机,每次是4台,总共12台变频离心机。中国联通华南数据中心、电信亚森工业园IDC二、三期采用的都是这样的离心机,以及中国电信进出口局在东莞使用4台格力的变频离心机。

最后再简单介绍一下格力在离心机保障方面的小功能这个小功能叫远程智能服务中心,我们每一台出货的格力的机器上会带一个远程的数据,这个数据会实时传输离心机的状态,保护相应的参数到我们公司,可以在公司对所有机器的数据进行观测,包括它相应的曲线都可以在公司实现监控。这样就可以实现比现场监控人员更加贴心到位的监控功能,也就是说我们可以实现全年年24小时的监控,机器的任何异常可以在5秒钟内知道,异常之后实现半小时内响应,可以为大家提供一个“管家式”的服务。

今天的报告主要是这些内容谢谢大家!

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