绿色数据中心清洁微电网: 直接使用热能源提高系统能源效率

来源:星源水热科技

2023-03-25

数据中心可持续发展的关键是节能减排、碳中和降低PUE。我们的解决方案是:
(1)因地制宜整合各种分布式独立能源站的微电网
城市小型天然气CHP+有机固废再生能源+燃料电池→具备离网条件的智慧清洁微电网;
既可以作为小型边缘数据中心的主电源,又可作为大型数据中心的备份电源。

(2)利用前沿技术提高小型独立分布式能源站的效率
利用天然气CHP余热的固废处理和氨能转换及能源存储技术,结合氨燃料电池的热电生产链+制蓄冷系统,可大幅提高能源效率,发挥垃圾清洁的碳中和功能。
该解决方案能大幅提高数据中心的绿色可持续性目标值,实现数据中心的更低成本运营和更高的综合碳中和效益。


该解决方案的概念设计:


智慧清洁微电网主要由CHP联合循环燃气蒸汽发电机组模块,CHP机组余热驱动的固废处理和氨能转换及能源存储模块,氨燃料电池模块,以及可利用CHP机组余热的制冷和蓄冷模块组成。
在数据中心与主电网并网运行时,由主电网为数据中心的IT设备供电,微电网只为数据中心的制冷模块供电和供热;
主电网发生故障时,自动切换为由微电网为数据中心供电,数据中心的制冷则由蓄冷池提供。

该解决方案的优势:
取代柴油机备份电源,大大降低冗余供电设施的规模,并充分利用已建成的冗余供电设施为数据中心的制冷模块供电和供热,降低数据中心的运营成本;
热能源的直接使用大大提高系统能源效率;即避开“热电→电制冷/热电→电制热”这两个能量损耗大的转换环节;
发挥垃圾清洁的碳中和功能。


该解决方案的主要功能模块:
- 城市湿垃圾和污泥的“碳中和平台”
采用世纪星源与德国马普科学研究院(Max-Planck Institute)胶体与界面研究所合作开发的HTC水热碳化(Hydrothermal Carbonization)专利技术,可将有机物质高效地转换为碳化合物和有机酸,生成类似褐煤的水焦炭,其化学反应过程与褐煤和黑土在自然界长期自然形成过程相似。水焦炭可用于燃料和煤气化原料,经过热解可生产合成氨,用于氨燃料电池及其他氨经济循环中的用途;HTC的副产品为腐殖酸和土壤营养素,可用于土壤肥料和土壤调节剂。

-蓄能和液体介质高效直接冷却(DLC)功能模块
大规模的液体介质的蓄冷设施可以提高冷能使用效率;
冷能蓄能和热能梯级调节不仅实现了热能低成本存储,还具备“削峰填谷”的作用,是提高能效的最有效途径;
水介质冷能蓄能,通过冷能液体介质的直接冷却特性,可将空间制冷、IT装置DLC制冷、空调服务的综合能耗降低到最小;

-其他备份电源-先进的“燃料电池”模块
氨燃料电池模块可作为数据中心提供安全可靠的应急和备份电源,可以取代柴油机。
间接供氨燃料电池(IAFC)系统中,氨首先经过重整装置被分解成氨气和氢气,再供给燃料电池。氨分解是在催化剂的作用下加热后实现的。
氨的储存和运输比氢更便宜,基础设施完善。全世界每年生产约1.75亿吨氨,而每年液化石油气(LPG)市场约为3亿吨。
氨燃料电池成本低,是一种高效价廉的低温型燃料电池,而且避免了二氧化碳排放;
氨中不含碳元素,不会产生有毒的CO,避免了燃料电池的催化剂中毒。

应用示范项目:
拟建的平湖数据中心位于深圳市龙岗区,其中,清洁备份电源中心(包括联合循环燃气发电机组和燃料电池模块)以及数据中心建筑物建在地上,地下拟建制冷站和大型蓄冷池。  

数据中心建筑物采用钢筋混凝土框架结构建筑,地上10层,建筑面积68500㎡,设置机柜10000个(42U标准)。机柜平均功率为5kW,机柜设备总功率为50000kW,总冷负荷需求为66718kW,折算为电功率为5560kW。PUE值预估小于1.2。

供电及制冷基础设施包括:
2×25MW联合循环燃气机组,其电力及蒸汽直接为数据中心提供供电、制冷和应急发电,余热为HTC模块供热;
制冷和蓄冷模块包括制冷能力为40MW的制冷站和容积为42000t的蓄冷池,蓄冷量为360000KWh;
70MW氨燃料电池供电模块,作为数据中心应急和第二备份电源。

数据中心高效节能:
利用地下的蓄冷系统容量,有效进行电网的削峰填谷。
采用DLC液体进行界面直接冷却,PUE低于1.2(备份电源微电网供电模式):
相比同等规模PUE≥1.8的主流数据中心,每年可节能2.5亿度以上的电能(折合3万吨以上标煤),达到行业领先水平。

数据中心高可靠性:
按国标A级和国际TierIII+的等级规划建设,可满足政府、电信、金融等行业的可靠性要求。

本规划由深圳创意星源能源基建投资有限公司编制。