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数据中心大工业用电与一般工商业用电的选择
来源: | 作者:champzon | 发布时间: 70天前 | 663 次浏览 | 分享到:
一、大工业用电,一般工商业用电的定义
我国电网公司根据用户的用电性质,一般将其分成四大类:

1. 居民生活用电;

2. 一般工商业用电;

3. 大工业用电;

4. 农业生产用电。


其中,大工业用电一般实行两部制电价,而一般工商业用电,通常实行单一制电价(部分地区除外,如上海一般工商业用电也可以实行两部制电价[5])。


简洁来讲,大工业用电就是每个月需要交纳的电力设施的占用费用,称作容量电费(即使不用电,这个钱也是要交的),然后再按照比较低的电价交纳我们所使用的电度数的电费,这部分称作电度电费;容量电费与电度电费的和,基本就是每个月需要交纳的电费,称之为两部制电价(在这里不考虑功率因数调整电费的赏罚以及政府方面的补贴)。而一般工商业用电则不需要交纳容量电费,但是需要按照较高的电价交纳电度电费,即单一制电价。


二、数据中心在用电类型选择上所面临的挑战


由于数据中心是近几年快速发展起来的行业,目前我国对于数据中心行业并未明确归属类别,故在部分省市地区,存在着数据中心既可以申请大工业用电,也可以申请一般工商业用电的情形。同时由于数据中心耗电量较大,在建成后,一般需要2年以上才能达到设计的用电规模。所以在数据中心行业中,大家经常讨论大工业用电与一般工商业用电的选择问题。


对于任何一个具体的数据中心,数据中心工程师都能够计算出应该如何选择用电模式,但是这需要计算过程和一定的专业基础。笔者希望将这个复杂的计算过程,简单易懂的呈现在大家的面前。也希望,即使是一个非专业人士,也能够在全国大多数地区,大多数时间,大多数电价变动下的情况下,快速的判断出数据中心应该选择哪一种用电模式,并判断出数据中心需要调整用电模式的大概负载率区间。同时在数据中心选址阶段,与政府及电力公司的谈判中,能够在电力申报的类型上,给予定性的判断,以利于后续运营期,电力成本的降低。


三、T-Power通用电价选择函数表


经过推算,笔者建立了T-Power通用电价选择函数并输出了T-P系列函数表,以变压器功率因数95%考虑,以40%最大需量申报为例(即需要缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的40%),给出以下T-P函数表,笔者简称为T-P40通用电价选择函数表(由于目前国内数据中心大多会要求一用一备的外电架构,故一般情况下外电最大需量不会超过50%,同时暂不考虑极小概率下,由于实际使用容量超过申报容量可能产生的罚款)。


表1 T-P40通用电价选择函数表(按40%最大需量申报,即缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的40%)



注:对于一般工商业用电的工业用户也需要缴纳容量电费的地区(如上海),纵坐标则调整为大工业用电与一般工商业用电容量电费的差价即可使用。



本函数表的横坐标为大工业电价相比一般工商业用电,电度电价便宜的价格(元/kwh)。纵坐标为最大需量申报的容量电费单价或差价(元/kVA/月)。数据区为数据中心的外线平衡负载率(%),是指数据中心采用大工业电价与一般工商业电价缴费相等的情况下,数据中心实际用电容量(kVA)占外线总容量(kVA)的比例。


以数据区第一个数据为例,当大工业用电电度电价比一般工商业便宜0.01元的情况下,最大需量的容量电费单价或差价为10元/kVA·月时,数据中心外线负载率达到58.5%时,大工业用电与一般工商业用电每月缴费相等,即超过该外线负载率,大工业用电才具有价格优势。


如前所述,目前大多数数据中心采用一用一备的外电架构,因此外线负载率一般不会超过50%,所以当大工业电度电价比一般工商业仅便宜0.01元的时候,电力公司允许自由选择且能够选择一般工商业用电的情况下,一般工商业用电具有明显的价格优势。


将表中外线负载率超过50%的情况标红,在采用一用一备的外电架构下,如果外线负载率落在标红区域,则直接选择一般工商业电价即可。


为更直观理解T-Power通用电价选择函数表,笔者绘制了以下的函数三维曲面图(纵坐标为外线负载率-%,横坐标为容量电费单价或差价-元/kVA/月,进深为电度电价差-元/kwh),当数据中心外线负载率落在图中三维曲面以下的区域,一般工商业用电价格具有优势,高于该曲面之后,则建议选择大工业用电。



四、不同区域电价选择的建议


结合华东(上海、江苏、浙江)、华北(河北北部地区、北京、天津)、华南(广东地区)几个主要经济发达区域,看一下本函数表的使用价值。表2为以上主要地区的电价表,电价数据来自于参考文献所列各地发改委、物价局及电力公司相关文件。



通过表2,定性分析,可以看到,在华东地区,上海的电价相对具有吸引力;同时在华北地区,冀北电网的电价具有区域的价格优势;在广东地区,粤北电价具有非常明显的价格优势。在经过2018年至今的几次电价降价后,在以上几个区域中,粤北220kV电度电价最低,峰平谷加权平均电度电价仅为0.4476元/kwh(含政府性基金及附加)。


根据表2数据,查询T-P40表格,得到各地数据中心的外电平衡负载率,见表3。


表3 T-P40通用电价选择函数表(各区域示例)


通过表3可以得出以下建议:


  1. 在上海、江苏、浙江,根据2019年最新执行的电价,优先选择一般工商业用电。

  2. 河北北部(冀北)地区,110kV供电外线负载率需要达到51%左右,即数据中心负载率(一用一备)需要超过100%,大工业电价才具有价格优势,因此在冀北电网范围内,如果采用一用一备的外电方式,110kV及以下的电压等级,选择一般工商业用电具有价格优势。

  3. 北京市:经济技术开发区建议直接选择大工业用电(如允许);城区在接近20%左右的外线负载率,40%左右的IT负载率(一用一备)情况下,需要关注用电类型的变更;郊区则分别在25~30%,50~60%左右的负载率情况下,关注用电类型的变更。

  4. 天津市:经过2019年的电价调整,天津一般工商业用电具有价格优势。

  5. 广州:不同供电电压等级下,外线负载率接近15%~20%,IT负载率(一用一备)接近30%~40%的情况下,关注用电类型的变更。

  6. 粤北:在外线负载率接近14%~17%,IT负载率(一用一备)接近28%~34%的情况下,关注用电变更。


以上所有分析均基于文章最后的电价参考文件的电价,40%的最大需量,一用一备的外电架构。本文的第五小节提供了其他最大需量情况下的TP表格供读者参考,其中T-P100表格为按变压器容量申报。


关于经济效益,以粤北为例,假设数据中心外电总容量为6万kVA,10kV供电,一用一备,第一年上架进度为25%。当采用大工业电价,第一年缴纳电费约2474万元;采用一般工商业电价,约1898万元;当按照T-P40表格的平衡负载率进行申报变更(理想状态下),约1856万元。


由于各地电价文件和执行细则相差较大,读者根据当地的具体条件,灵活参考本文内容。


五、其他最大需量函数表(T-P50,T-P67,T-P75,T-P100)


T-P50表格中的50%解释为,需缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的比例。由于T-Power通用电价选择函数表,以电价差价作为自变量,无量纲的负载率作为因变量,因此与申报外电总容量无关,故该系列表格不仅适用于单个数据中心的电价选择,也适用于单台变压器的报停与恢复,以及园区级的电价选择。同时由于在函数的推算过程中,备份电源比例在分子和分母同时出现,故本函数表本身与外电备份比例无关,外电是否采用DR架构,不影响函数表的使用,仅影响最终判断的临界值。(如当采用2用1备的外电架构时,根据申报最大需量的比例,使用对应函数表即可,判断采用大工业用电的临界值由一用一备的50%调整为67%。其他比例类推)。


表中标绿部分为外线负载率超过100%的情况(不可能实现的情形),在该情况下,直接选择一般工商业电价即可。


表4 T-P50通用电价选择函数表

(50%为需缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的50%)


表5 T-P67通用电价选择函数表

(67%为需缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的67%)


表6 T-P75通用电价选择函数表

注:(75%为需缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的75%)


请注意,由于一般情况下,按75%最大需量申报的容量电费可能会超过按100%变压器容量申报,所以T-P75表格的使用场景可能较少。


表7 T-P100通用电价选择函数表

(100%为需缴纳容量电费的容量占已经开电的受电变压器总容量的100%,即按变压器容量申报容量电费)


(转自:《工程建设标准化》总第248期,作者:朱华 李勇 李典林)