一种数据中心能量综合利用系统技术方案

本发明专利技术涉及能源优化利用和节能技术领域，具体涉及一种数据中心能量综合利用系统。一种数据中心能量综合利用系统，包括：风光互补发电单元包括太阳能光伏矩阵、风力发电机组、风光互补控制器、蓄电池和蒸发冷却逆变器；风光互补控制器连接太阳能光伏矩阵、风力发电机组和蓄电池，蓄电池连接蒸发冷却逆变器；公用市电连接到蒸发冷却逆变器上，与风光互补发电单元并联；公用市电连接蓄能单元和数据中心；蓄能单元提供紧急备用电，蓄能单元与数据中心连接；所述数据中心包括用能单元和蒸发冷却服务器；余热利用单元连接数据中心。本发明专利技术所述的能量综合利用系统利用余热为用户提供热水、发电、供暖，达到设备高效散热且能源系统节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心能量综合利用系统
本专利技术涉及能源优化利用和节能
，具体涉及一种数据中心能量综合利用系统。
技术介绍
随着云计算、智慧城市和移动互联网的大力发展，作为信息的重要载体——数据中心的数量和规模迅速增长，其能源消耗和碳排放问题日益突出。据统计，2015年数据中心能耗达到1000亿度，占当年全国工业用量的1.8％，相当于整个三峡电站一年的发电量，且每年仍以12％的增速在逐年增长，预计到2020年碳排量将达到3.4亿吨。另一方面，中国数据中心的PUE平均值普遍大于2.2，数据中心能源效率低下，能源消耗巨大，与国际先进水平相比有较大差距，如美国数据中心PUE已达1.9，先进数据中心PUE甚至达到1.2以下。2015年初国家工信部联合其他部委，提出了建设绿色数据中心的要求，尽量提升数据中心的能源利用效率，降低碳排放，提高可再生能源在数据中心供电的比例。目前，数据中心的几乎所有电力供应均来自于公用电网。为进一步降低碳排放量，提高供电可靠性，利用清洁能源形成新能源互补发电系统与公用电网协调配置的供电机制，构建多能互补、经济高效、环保、无污染的数据中心供电系统和能源利用系统。同时，将具有我国自主知识产权的蒸发冷却技术与数据中心关联设备的有效结合融合将有利于提升设备效能，促进节能减排，实现绿色数据中心的保障。将具有自主知识产权的蒸发冷却技术应用到风力发电机，光伏逆变器，数据中心用电单元，将能够提升设备冷却效果，提高设备供电可靠性。申请号为200510086794.9中国专利技术专利公开了一种风力发电机蒸发冷却定子，将蒸发冷却介质灌入电机定子腔体内，蒸发冷却介质在蒸发冷却系统内实现无泵密闭自然循环，利用液体介质的气化潜热吸热的原理冷却介质，温升水平低，温度分布均匀，电负荷高，同等容量的电机体积小，重量轻，材料利用率高。中国专利CN200320129492.1提出功率电力电子器件安装在蒸发冷却箱体的外侧表面，功率模块工作时的热量传至模块内侧的蒸发冷却工质，冷却工质吸热沸腾冷却。该方式传热效果好，冷却结构简单，无噪音。数据中心用电单元(超级计算单元、交换器、信息设备等)的冷却在中国专利CN101751096A中给出，其实现了超级计算机表贴式冷却结构。目前传统的数据中心制冷方式多采用空调制冷方式，以空气作为一次热交换的冷却工质，直接把数据中心设备产生的热量排放到空气中，造成能耗的增加和环境的污染；也有采用水冷板直接将热量与水进行热交换制冷的解决方案，水冷散热冷却效果好，但是水强迫循环的高压力和水的导电性将给电子设备造成运行安全隐患。如果能采用绝缘工质替换水同时实现工质自然循环，再将数据中心的余热进行利用就能够进一步实现绿色数据中心的目标。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术采用可再生能源互补与公用电网匹配供电，蓄能单元余热利用的能源综合利用系统，从而达到节能减排的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种数据中心能量综合利用系统，包括：风光互补发电单元，其包括太阳能光伏矩阵、风力发电机组、风光互补控制器、蓄电池和蒸发冷却逆变器；所述风光互补控制器、所述蓄电池和所述蒸发冷却逆变器依次连接；所述太阳能光伏矩阵和风力发电机组均连接到所述风管互补控制器上；公用市电，其与所述风光互补发电单元并联，并连接到数据中心；所述风光互补发电单元、所述公用市电和所述数据中心组成主干路；蓄能单元，其设置于所述主干路的旁路，并分别与所述风光互补发电单元和公共市电连接，所述蓄电单元接受所述风光互补发电单元和公用市电的电能；所述蓄能单元连接所述数据中心并为所述数据中心提供紧急备用电；所述数据中心，其包括用能单元和蒸发冷却服务器；余热利用单元，连接所述数据中心。进一步的，所述风力发电机组采用1台或多台风力发电机组成，所述风力发电机的发电部分均由定子和转子组成，所述定子被封闭在由机壳、端盖、密封套筒及冷凝器组成的腔体内，所述腔体内注入蒸发冷却工质，所述定子将产生的热量传递给蒸发冷却工质；所述定子均采用浸泡式自然循环蒸发冷却装置实现散热，所述转子散热采用风冷方式。进一步的，所述风光互补控制器控制所述太阳能光伏矩阵、所述风力发电机组和所述蓄电池的自动充放电。进一步的，所述蒸发冷却逆变器和所述数据中心中的服务器均采用表贴式自然蒸发冷却装置进行散热。进一步的，所述蓄能单元采用飞轮储能或化学蓄能。所述飞轮储能将电能转化成飞轮的旋转动能加以储存，并在突发状态时释放电能以维持所述数据中心的紧急用电；所述化学蓄能采用钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池或超级电容器的方式将电量储存。进一步的，所述余热利用单元采用热交换器，或水源热泵机组，或吸收式热泵机组，或有机工质余热发电机组进行热量交换和再利用。进一步的，所述余热利用单元的热量通过蒸发冷却工质作为工作介质进行热量传递或热功转换。本专利技术的有益效果：采用新能源互补与公用电网匹配供电，集成自然循环蒸发冷却技术应用，蓄能单元以及二次冷却水余热利用的能源综合利用系统；融合自然循环蒸发冷却技术，提升数据中心的能源利用效率，降低碳排放，构建分布式可再生能源与公用电网的协调运行体系，增加蓄能单元提供稳定电力供给，利用余热为用户提供热水、发电，供暖，集成创新新技术达到节能减排的目的。本专利技术所述的综合能源系统集成度高，采用蒸发冷却技术的设备具有冷却效果好，温度均匀，可靠性高，无泄漏风险等优点，符合绿色数据中心建设思路。附图说明图1为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的示意图；图2为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的发电机蒸发冷却系统示意图；图3A为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热直接利用方案示意图；图3B为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热供暖、供水方案示意图；图3C为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热发电方案示意图；图4为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热应用于生活热水方式的示意图；图5A为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热应用于供暖方式的示意图(采用水源热泵机组)；图5B为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热应用于供暖方式的示意图(采用吸收式热泵机组)；图6为本专利技术所述的数据中心能量综合利用系统的余热应用于发电方式的示意图；其中，10-太阳能光伏矩阵，20-风力发电机组，30-公用市电，40-风光互补控制器，50-蓄电池，60-蒸发冷却逆变器，70-蓄能单元，80-数据中心，90-余热利用单元，601-浸泡自然循环蒸发冷却模块，602-表贴自然循环蒸发冷却模块，603-管道内冷蒸发冷却模块，604-喷淋蒸发冷却模块，901-供热空间，902-换热系统，903-用户，904-预热系统，905-余热发电机组，906-冷却塔，907-冷凝换热器，908-冷却水泵，909-用能单元，910-发电机组冷却设备，911-有机工质余热发电机组，912-水源热泵机组，913-辅助加热设备，914-储热水泵，915-温度监测机构T1，916-吸收式热泵机组，917-驱动热源，918-热交换器，919-补给水泵，920-供热水泵，921-第一水箱，922-第二水箱，923-温度监测机构T2，924-控制系统。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据中心能量综合利用系统，其特征在于，包括：风光互补发电单元，其包括太阳能光伏矩阵(10)、风力发电机组(20)、风光互补控制器(40)、蓄电池(50)和蒸发冷却逆变器(60)；所述风光互补控制器(40)、所述蓄电池(50)和所述蒸发冷却逆变器(60)依次连接；所述太阳能光伏矩阵(10)和风力发电机组(20)均连接到所述风光互补控制器(40)上；公用市电(30)，其与所述风光互补发电单元并联，并连接到数据中心(80)；所述风光互补发电单元、所述公用市电(30)和所述数据中心(80)组成主干路；蓄能单元(70)，其设置于所述主干路的旁路，并分别与所述风光互补发电单元和公用市电(30)连接，所述蓄能单元(70)接受所述风光互补发电单元和公用市电(30)的电能；所述蓄能单元(70)连接所述数据中心(80)并为所述数据中心(80)提供紧急备用电；所述数据中心(80)，其包括用能单元和蒸发冷却服务器；余热利用单元(90)，连接所述数据中心(80)。

【技术特征摘要】
1.一种数据中心能量综合利用系统，其特征在于，包括：风光互补发电单元，其包括太阳能光伏矩阵(10)、风力发电机组(20)、风光互补控制器(40)、蓄电池(50)和蒸发冷却逆变器(60)；所述风光互补控制器(40)、所述蓄电池(50)和所述蒸发冷却逆变器(60)依次连接；所述太阳能光伏矩阵(10)和风力发电机组(20)均连接到所述风光互补控制器(40)上；公用市电(30)，其与所述风光互补发电单元并联，并连接到数据中心(80)；所述风光互补发电单元、所述公用市电(30)和所述数据中心(80)组成主干路；蓄能单元(70)，其设置于所述主干路的旁路，并分别与所述风光互补发电单元和公用市电(30)连接，所述蓄能单元(70)接受所述风光互补发电单元和公用市电(30)的电能；所述蓄能单元(70)连接所述数据中心(80)并为所述数据中心(80)提供紧急备用电；所述数据中心(80)，其包括用能单元和蒸发冷却服务器；余热利用单元(90)，连接所述数据中心(80)。2.根据权利要求1所述的数据中心能量综合利用系统，其特征在于，所述风力发电机组(20)采用1台或多台风力发电机组成，所述风力发电机的发电部分均由定子和转子组成，所述定子被封闭在由机壳、端盖、密封套筒及冷凝器组成的腔体内，所述腔体内...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮琳，李振国，董海虹，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11