CN107431353A - 为电子部件供能的燃料电池 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种示例性系统。该系统包括耦接到一组电子部件的燃料电池。当满足一组条件时，燃料电池向该组电子部件提供功率。

Description

为电子部件供能的燃料电池

背景技术

电子设备具有功率和温度要求。用于电子设备的功率可以从可获得的资源提供。所需的功率包括为电子设备供能并为控制电子设备的温度的系统提供功率的资源。

附图说明

在下面的描述中描述了本公开的非限制性示例，这些非限制性示例参照附图阅读并且不限制权利要求的范围。在附图中，在多于一个图中出现的相同和相似的结构、元件或其部分一般在它们出现的附图中标有相同或相似的附图标记。附图中所示的部件和特征的尺寸主要是为了方便和清晰的呈现而选择的，并不一定按比例绘制。参照附图：

图1-2图示了根据示例的向一组电子部件提供功率的燃料电池装置的框图；

图3图示了根据一个示例的管理数据中心中的功率和热部件的燃料电池系统的框图；

图4-6图示了根据示例的图3的系统的示意图；

图7图示了根据一个示例的管理数据中心中的功率和热部件的方法的流程图；

图8图示了根据一个示例的控制系统的框图；

图9-10图示了根据示例的控制用于一组电子部件的能源的控制装置；

图11图示了根据一个示例的控制能源的分配的方法的流程图；以及

图12图示了根据一个示例的将能源分配给电子部件的流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参照形成本文的一部分的附图，并且通过图示的方式描绘了其中可以实践本公开的具体示例。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他示例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。

电子系统的设计平衡电子设备上的功率密度、空间布局、温度要求、声学噪声和其他因素之间的冲突。降低功耗和碳排放量日益重要。可以使用结合到电子设备以及电子设备周围的环境中的加热和冷却系统来控制电子部件的加热和冷却。加热和冷却系统的示例包括空气和液体的加热和冷却部件。

随着对计算能力的需求持续快速增长，数据中心正在扩张，但仍然努力跟上需求。对大功率容量升级的增加的需求正在给公共事业设备充分支持功率容量的能力增加压力。在许多情况下，数据中心需要等待三年以上来进行大功率升级。此外，数据中心对电网的日益增加的依赖性正在影响其可靠性和正常运行时间。最后，对电网的依赖正在增加数据中心的碳排放量，除非他们愿意为更高价格的可再生能源付款。

数据中心现在正处于如绿色和平组织之类的组织的十字准线（关注）中，并且这是他们不舒服的地方。下一代数据中心的替代方案可能包括使用燃料电池为数据中心中的电子部件提供基本负载。例如，汽车工业的燃料电池可以被用作成本高效的替代方案，以按照与其需求更紧密地匹配的方式来为数据中心扩展功率输送系统。由于汽车工业的大量制造能力，汽车燃料电池还可以提供降低成本的益处。此外，燃料电池的使用可防止多年等待重大的功率容量升级，并且可允许数据中心紧密地随客户需求扩展容量。燃料电池的使用继而可减少对电网的完全依赖，提高数据中心的可靠性和正常运行时间，并减少数据中心的碳排放量，这些都是当务之急。最后，从与液冷的电子部件耦接的液冷的燃料电池捕获的废热可被用于驱动吸附式制冷机以制作冷冻水，而剩余的废热用于其他用途，例如加热建筑物和/或预热供实验室使用的水。

在示例中，提供了数据中心中的能源的分配。该分配在耦接到该组电子部件的第一能源和燃料电池之间分布，以向该组电子部件提供功率。

图1-2图示了根据示例的向一组电子部件提供功率的燃料电池装置的框图。如图1中所示的管理数据中心中的一组电子部件的燃料电池装置100包括燃料电池120和液体冷却系统140。参照图1-2，燃料电池120被耦接到该组电子部件210，以向该组电子部件210提供功率。该组电子部件210可以包括数据中心计算设备和电子设备，例如服务器、网络设备、存储设备、控制单元、冷却单元和功率单元等。液体冷却系统140从该组电子部件和燃料电池120移除热。液体冷却系统140协调液体经过燃料电池120和该组电子部件210的流动。

液体冷却系统140可以被连接到吸附式制冷机230，以将废热转化成冷冻水。液冷的燃料电池和液冷的电子部件可以在冷却回路中紧密地耦接，而废热将驱动吸附式制冷机230。吸附式制冷机230可以使用部分的废热来产生例如9℃的冷冻水，而剩余的废热可以被用于加热建筑物或预热供实验室使用的水，仅列举几个示例。使用保守假设的简单回报分析表明，部署燃料电池、液冷的电子部件以及使用吸附式制冷机230的下一代数据中心不仅可以满足数据中心的当前需求，而且还可以在五年内实现投资上的回报。

图3图示了根据一个示例的管理数据中心中的功率和热部件的燃料电池系统300的框图。燃料电池系统300包括一组电子部件210、燃料电池120、第一液体冷却系统342和第二液体冷却系统344。燃料电池120被连接到该组电子部件210，以向该组电子部件210提供功率。第一液体冷却系统342从该组电子部件210移除热。第二液体冷却系统344从燃料电池120移除热。第一液体冷却系统342和第二液体冷却系统344被耦接到数据中心冷却基础设施446，该数据中心冷却基础设施446协调第一液体冷却系统342和第二液体冷却系统344之间的流体流动，以形成单冷却回路，如图6中进一步图示的。

图4-6图示了根据示例的图3的系统的示意图。燃料电池120可以与可再生能源422结合用于数据中心中，以向数据中心提供持续的功率。该系统还可补充通过电网供应的功率，并用较低成本的基于燃料电池的解决方案来替代现有的昂贵的柴油备用发电机。使用燃料电池120可以减少当前电源和发电机的高碳排放量。与柴油备用发电机相比，燃料电池120还可以显著增加当用于备用发电应用中时的性能和可靠性。示例性系统包括燃料电池120，例如，68kW的氢基、水冷的燃料电池。对于示例性系统，68kW的燃料电池与大约62.5kW的数据中心计算设备耦接。液体冷却系统140匹配燃料电池和形成数据中心的电子部件210的电子部件的负载和所需的水流率。

图4示出了数据中心的示意图。例如太阳和/或风的可再生能源422可以被用于直接为数据中心中的电子部件的关键功率需求供能。可再生能源422也可以被用于为将水转化成氢的电解器424供能。当可再生能源422不可用于电解时，电网428也可被用于为电解器424供能。电解器424所产生的氢可以被储存在氢储存装置426中。电解器424所产生的氢可以被储存在氢储存装置426中并提供为燃料电池120供能的燃料储备。图4中所示的电解器424通过可再生能源422来供能。替代性地，裂化炉可被用于为燃料电池120产生氢。

功率可以通过可再生能源422、电网428和燃料电池120的组合来供应给电子部件210。例如，当可再生能源不再可用或没有产生足够的能源时，例如在使用太阳能的夜晚，储存的氢将被泵送到燃料电池120，该燃料电池120随后将产生使系统300的关键电子部件210运行的功率。当可再生能源422不再可用并且储存的氢已经耗尽时，数据中心中的电子部件210和电解器424将使用例如电力网络428之类的备用方法来供能。通过将燃料电池120用作构建组成部分，数据中心将能够以更紧密地匹配其客户对计算能力的需求的规模来扩展其功率容量。

数据中心电子部件210和燃料电池120都可以是液冷的，并且提供重要的废热源。通过使用液冷的电子部件，数据中心可以将来自电子部件的废热排出到诸如蒸发辅助空气冷却器448之类的具有极低的耗水率的干式冷却器。例如，数据中心的设计可以最大限度地重新利用来自数据中心的废热或最大限度地产生冷冻水。图5图示了使冷冻水的产生最大化的数据中心的设计的一个示例。

图4表示废热的再利用被最大化的示例。图4的示例在北方和较冷的气候中通常是有吸引力的。图5表示强调冷冻水的产生最大化的示例。图5图示了使冷冻水的产生最大化的数据中心的设计的一个示例。图5的示例在南方和较暖的气候中通常是有吸引力的。返回参照图4，IT水回路和燃料电池水回路被耦接（回路1）。进入燃料电池的温度较低处于55℃，这又限制了可产生的冷冻水的量，但最大化了重新使用的废热。图5将IT水回路（回路1）与燃料电池水回路（回路2）分离，这允许进入燃料电池的水的温度从55℃升高到68℃，从而允许增加可产生的冷冻水的量。

参照图5，数据中心可以包括具有电子部件和数据中心计算设备的关键功率需求的液冷的机架。该示例中的数据中心计算设备是混合冷却的，即诸如中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）和双列直插存储器模块（DIMM）之类的高功率设备使用水进行液冷，而其余的服务器是空气冷却的。在此示例中，液冷系统中的水假定捕获了机架热的至少75%，而其余的25%将被直接排出到数据中心的空气。对于燃料电池120，燃料电池热的至少90%将被直接排出到水。例如，数据中心电子部件和计算设备将被供应高达47℃的水。系统300可以使用更冷的水，但该示例提供了可用于仅使用干式冷却器来供应全年产生的水的温度，使得不需要制冷机。

例如，构成电子部件的关键功率需求的数据中心电子部件210可产生750kW的废热（例如经由回路1）。在回路2中，燃料电池120可以在满载下产生80℃的水，并且424gpm的加热水流可以被用于驱动市售的吸附式制冷机230，以在9℃的供应温度下产生825kW的冷冻水。冷冻水流可被用于计算机室空气处理机（CRAH）、后门热交换器（HX）或任务关键系统（MCS）中，以便从尚未被直接排出到水的空气中移除热。使用废热，吸附式制冷机230可能能够产生用于数据中心的冷却水流。

不用于为关键电子部件210供能的任何过量的功率可以被用在数据中心中，以为设施供能。此外，还可以安装附加的燃料电池120，以也为所有非关键的负载提供功率。图5中所示的示例性的数据中心的设计可以取消对基于电池的不间断电源（UPS）、柴油发电机的需求以及对电力网络428的不间断依赖。示例性的数据中心在给定的任何一天的非常小的百分比中使用电力网络428。在某些情况下，例如，在诸如具有高水平的太阳辐射的区域中的太阳能之类的可再生能源422的电位高的情况下，可完全不需要电力网络。结果，数据中心可具有较高的可靠性和减少的停机时间。

图6示出了表示电子部件和燃料电池水回路（回路1）与设施水回路（回路2）的紧耦合的示例性示意图。此外，冷却系统控制器670被示出为关联到气象站672。在一个示例中，气象站672在二十四小时内发送预期冷锋到达的天气预报。冷锋的到来意味着设施建筑物可能需要更多的热。然后，冷却系统控制器670可以与IT作业调度器674协调，以安排在合适的时间产生必要的废热所需的工作负载，以加热设施建筑物676。燃料电池120还可以响应于电子部件210处的增加的工作负载而产生所需的功率，但这在图6中没有具体示出。此外，控制器将与液冷的电子部件210和燃料电池120通信，以确保在正确水温下的正确的水流率被输送用于冷却的目的。如图所示的液-液热交换器678将电子部件和燃料电池水回路（回路1）连接到设施水回路（回路2）。

图7图示了根据一个示例的管理数据中心中的功率和热部件的方法的流程图。尽管以下参照燃料电池系统100来描述过程700的执行，但也可以使用用于执行过程700的其他合适的系统和/或装置。过程700可以通过使用燃料电池向一组电子部件提供功率开始（框702）。在一个示例中，电子部件可以直接从可再生能源供能，或直接从使用电解器所产生的氢的燃料电池供能。在另一个示例中，燃料电池可以被附接到通过天然气、甲烷、填埋气体或其他沼气源来供能的裂化炉，以为燃料电池产生氢。

除了使用燃料电池之外，还可以使用附加的能源，例如第一能源等。第一能源可以是例如可再生能源或电力网络。在一个示例中，当第一能源不向电子部件提供功率时，电子部件可以使用燃料电池来供能。在另一示例中，可以使用诸如第一电源、燃料电池、电力网络和/或可再生电源之类的两个或更多个功率源的组合将功率分配到该组电子部件。

过程700使用液体冷却系统从该组电子部件和燃料电池移除热。该液体冷却系统包括从该组电子部件移除热的第一组冷却部件和从燃料电池移除热的第二组冷却部件（框704）。过程700还协调液体冷却系统的第一组冷却部件和第二组冷却部件之间的流体流动（框706）。例如，液体冷却系统可以匹配燃料电池和形成数据中心的电子部件的电子部件的负载和所需的水流率。

图8图示了根据一个示例的控制系统的概貌。控制系统800可以以多种不同的配置来实现，而不脱离示例的范围。在图8中，控制系统800可以包括控制装置450、燃料电池120、可再生能源422、电子部件210、数据库890和用于将控制装置450与数据库890、燃料电池120和/或电子部件210连接的网络895。

控制装置450可以是计算系统，其执行与示例一致的各种功能以管理提供给该组电子部件210的功率，例如管理功率资源并优化功率资源的使用，以减少数据中心的碳排放量。例如，控制装置450可以是台式计算机、膝上型计算机、平板计算设备、移动电话、服务器和/或任何其他类型的计算设备。控制装置450获得与能源和电子部件210相关的各种因素。例如，控制装置450可以获得从可再生能源422可获得的功率的量、氢储存装置的填充水平以及电子部件和电解器的功率需求。

控制装置450比较这些因素以确定功率资源的适当使用。例如，控制装置450可以将电子部件和电解器的功率需求与从可再生能源可获得的功率的量进行比较。当电子部件和电解器的功率需求小于从可再生能源可获得的功率的量时，控制装置450还可以优先使用可再生能源来为该组电子部件210供能。在图12中图示了控制装置450所提供的一组条件和流程。

当满足一组条件时，控制装置450还可以使用燃料电池来为该组电子部件提供功率。例如，基于比较，可以发送指令以选择至少一个能源，例如燃料电池120、可再生能源422和/或电网428。比较结果和条件可以被存储在数据库890中。控制装置450的示例以及可通过控制装置450来执行的某些功能在下面关于例如图8-10来更详细地描述。

返回参照图4，作为可以使用控制系统800的数据中心的一个示例，其图示了数据中心的示意图。电子部件210可以直接地并仅由电网428、可再生能源422、燃料电池120、图4中未图示的天然气或具有天然气的沼气以及沼气中的任何一者来供能。替代性地，电子部件210可以利用所列出的能源中的两个或更多个的组合来供能。通过控制系统800使得可以实现在能源之间切换的能力。在能源之间切换的决策也可由多种因素驱动，包括来自电网428的能量的成本、可再生能源422的可用性、天然气或沼气的成本、储存的氢的可用性、工作负载优先级、电子部件210或数据中心的可用性等。基于鲁棒控制方法，决策制定可取决于多种因素及其组合。

数据库890可以是有助于数据存储的任何类型的存储系统配置。例如，数据库890可以促进定位、访问和检索数据（例如，SaaS、SQL、Access等数据库、XML文件等）。数据库890可以通过多种方法来填充。例如，控制装置450可以使用控制装置450所产生的数据库条目来填充数据库890，并将数据库条目存储在数据库890中。作为另一个示例，控制装置450可以通过从另一部件、无线网络运营商和/或电子部件210、燃料电池120、可再生能源422、电解器424和/或氢储存装置426的用户接收一组数据库条目来填充数据库890，并将该数据库条目存储在数据库890中。在又一示例中，控制装置450可以通过例如从电子部件210、燃料电池120、可再生能源422、电解器424和/或氢储存装置426获得数据来填充数据库890，这是例如通过使用连接到控制系统800的监测装置。数据库条目可以包含多个字段，其可以包括例如与容量、工作负载、功率需求和工作负载调度有关的信息。虽然在图8中所示的示例中，数据库890是部件450、120、210和422外部的单个部件，但是数据库890可以包括单独的数据库和/或可以是装置450、210和/或另一装置的一部分。在一些示例中，数据库890可以通过能够通过网络895远程地访问、创建、控制和/或以其他方式管理数据的装置450的部件来管理。

网络895可以是促进诸如控制装置450、燃料电池120、电子部件210、数据库890和可再生能源422之类的远程部件之间的通信的任何类型的网络。例如，网络895可以是局域网（LAN）、广域网（WAN）、虚拟专用网、专用内联网、互联网和/或无线网络。

图8中所示的布置结构仅是一个示例，并且系统800可以以多种不同的配置来实现。例如，虽然图8示出了一个控制装置450、可再生能源422、燃料电池120、电子部件210、数据库890和网络895，但系统800可以包括任何数量的部件450、120、422、210和890，以及图8中未描绘的其他部件。系统800还可以省略部件450、120、422、210和890中的任何一个。例如，控制装置450、可再生能源422、燃料电池120、电子部件210和/或数据库890可以被直接连接，而不是经由网络895来连接。作为另一个示例，控制装置450、可再生能源422、燃料电池120、电子部件210和/或数据库890可以被组合为单个装置。

参照图8，其图示了控制装置450。在某些方面，控制装置450可对应于图8的多个控制装置450。控制装置450可以以各种方式来实现。例如，控制装置450可以是专用计算机、服务器、大型计算机、执行接收和处理信息并提供响应的指令的计算设备和/或任何其他类型的计算设备。

图9-10图示了根据示例的控制用于一组电子部件的能源的控制装置450。控制装置450可以包括机器可读存储介质951、处理器956和接口957。处理器956可以是执行指令以进行操作的至少一个处理单元（CPU）、微处理器和/或另一硬件设备。例如，处理器956可以获取、解码和执行存储在机器可读存储介质951中的控制指令952（例如，指令953和/或954），以执行与本文提供的示例相关的操作。

接口957可以是便于在控制装置450和例如数据库890之类的其他部件之间传送信息的任何装置。在一些示例中，接口957可以包括允许控制装置450从网络895接收数据和向网络895发送数据的网络接口装置。例如，接口957可以经由网络895从数据库890检索和处理与控制数据中心中的能源有关的数据。

机器可读存储介质951可以是存储可执行指令的任何电子、磁性、光学或其他物理存储设备。因此，机器可读存储介质951可以是例如存储器、存储驱动器、光盘和/或类似物。在一些实现中，机器可读存储介质951可以是非暂时性的，例如非暂时性计算机可读存储介质等，其中，术语“非暂时性”不涵盖暂时传播信号。机器可读存储介质951可以用指令进行编码，该指令当通过处理器956执行时，执行与本文中的示例一致的操作。例如，机器可读存储介质951可以包括执行高效地控制数据中心中的功率和热部件的操作的指令。在图9中所示的示例中，机器可读存储介质951可以是存储指令的存储器资源，该指令在执行时使例如处理器956之类的处理资源实现控制数据中心中的能源的系统。所述指令包括控制指令952，例如功率指令953和决策指令954。

功率指令953可以用于使用均连接到该组电子部件的第一能源和燃料电池中的至少一个来向该组电子部件提供功率。例如，第一能源可以包括可再生能源。当功率指令953被处理器956执行时，功率指令953可以使控制装置450的处理器956和/或另一处理器优先使可再生能量向该组电子部件提供功率。当第一能源的可获得的功率低于可用功率阈值水平时，功率指令953可以使用燃料电池来向该组电子部件提供功率。例如，当电子部件的功率需求超过从可再生能源可获得的功率的量时，功率指令953可以通过燃料电池和可再生能源的组合来为该组电子部件供能。功率指令953还可以基于一组条件来使用可再生能源、燃料电池和电网的组合。例如，当需要制氢时，功率指令953可以指示连接到电解器的第一能源向电解器提供功率。基于来自决策指令954的指令，功率指令953还可以指示可再生能源向电子部件和电解器中的至少一个提供功率。功率分配的示例在下面关于例如图10-12进一步详细描述。

决策指令954可以用于管理向该组电子部件提供功率并为其确定优先级（prioritize）。例如，当决策指令954通过处理器956执行时，在电子部件的功率需求大于从第一能源可获得的功率的量的情况下，决策指令954可以提供使燃料电池向该组电子部件供能的指令。决策指令954还可以获得该组电子部件的功率需求、电解器的功率需求、从可再生能源可获得的功率的量、来自电网的能量的成本和/或氢储存装置的填充水平，以确定用于确定来自可获得的能源的功率的优先级和分配该功率的指令。例如，决策指令954可将电子部件和电解器的功率需求与从可再生能源可获得的功率的量进行比较，以确定能源，并确定何时运行电解器，使得电解器被指示为产生氢直到满足阈值氢水平，即填充水平阈值。当氢水平达到阈值时，指令可停止向电解器的功率输送。在另一示例中，决策指令954可以确定当氢储存装置的填充水平处于充满范围内时，从可再生能源可获得的功率的过剩的量被出售。例如，当该组电子部件的功率需求和电解器的功率需求的组合小于从可再生能源可获得的功率的量并且氢储存装置的填充水平处于充满范围内时，从可再生能源可获得的功率的过剩的量被卖回给电网。

相比之下，当氢储存装置的填充水平小于阈值时，则可获得的可再生功率被发送到电解器，并且电解器被设置成产生氢。下面例如关于图12进一步详细地描述决策指令954的示例。

参照图10，控制装置450被图示为包括功率引擎1062和决策引擎1064。在某些方面，控制装置450可对应于图7-8的控制装置450。控制装置450可以以各种方式来实现。例如，控制装置450可以是控制数据中心中的功率和热部件的计算系统和/或任何其他合适的部件或部件集合。

接口957可以是便于在控制装置450和外部部件之间传送信息的任何装置。在一些示例中，接口957可以包括允许控制装置450从网络接收数据和向网络发送数据的网络接口装置。例如，接口957可以从数据库890检索和处理与数据中心中的功率和热部件的控制有关的数据。

引擎1062和1064可以是用于实现与所公开的示例一致的功能的电子电路。例如，引擎1062和1064可以表示硬件设备和指令的组合，以实现与所公开的实现方式一致的功能。引擎的指令可以是存储在非暂时性机器可读存储介质上的处理器可执行指令，并且用于引擎的硬件可以包括执行这些指令的处理器。在一些示例中，引擎1062和1064的功能可以对应于通过图1-2的控制装置450执行的操作，例如当控制指令952被处理器956执行时执行的操作。在图10中，功率引擎1062可以表示硬件和指令的组合，其执行类似于当处理器956执行功率指令953时所执行的操作的操作。类似地，决策引擎1064可以表示硬件和指令的组合，其执行类似于当处理器956执行决策指令954时所执行的操作的操作。

图11图示了根据一个示例的控制能源的分配的方法的流程图。尽管下面参照控制系统800来描述过程1100的执行，但也可以使用用于执行过程1100的其他合适的系统和/或装置。例如，下面描述为通过控制系统800来执行的过程可以通过控制装置450和/或任何其他合适的装置或系统来执行。过程1100可以以存储在例如机器可读存储介质之类的存储设备上的可执行指令的形式和/或以电子电路的形式来实现。

过程1100可以通过获得可获得的可再生功率的量和该组电子部件的功率需求来开始（框1102）。例如，控制装置450可以检测系统800中可获得的可再生功率的量和用于关键电子部件的电子部件的功率需求。关于可获得的可再生功率和电子部件的功率需求的信息可以被存储在例如数据库890之类的存储设备中，并且控制装置450可以查询数据库890，以获得关于可获得的可再生功率和电子部件的功率需求的信息。

过程1100还可以包括将该组电子部件的功率需求与可获得的可再生功率的量进行比较（框1104）。比较的结果可以被存储在例如数据库890之类的存储设备中，并且控制装置450可以查询数据库890以获得结果。

过程1100还可以包括当满足一组条件时使用燃料电池向该组电子部件提供功率（框1106）。能源分配可以至少部分地基于电子部件的功率需求与可获得的可再生功率的量的比较。过程1100还可以使用控制装置450基于附加的外部变量的评估来确定优先的功率分配，所述附加的外部变量例如氢储存水平、来自电网的能量的成本、电子部件的功率需求以及可获得的可再生功率等。例如，当满足例如第一组条件之类的一组条件时，控制装置450可以使用决策指令954来使用燃料电池为该组电子部件提供功率。基于例如第二组条件之类的一组条件，还可以使用决策指令954来优先使可再生能源向该组电子部件和/或电解器提供功率。当满足一组条件时，决策指令954还可以被用于使用可再生能源、电网和/或燃料电池的组合来向该组电子部件提供功率。能源分配的示例在图12中示出。能源分配数据可以被存储在例如数据库890之类的存储设备中，并且控制装置450可以查询数据库890以获得能源分配。

在一些示例中，系统800的控制装置450可以获得电解器的功率需求和氢储存装置的填充水平。决策指令954可以将电子部件和电解器的功率需求与例如可获得的可再生功率的量之类的阈值进行比较。当电子部件和电解器的功率需求小于可获得的可再生功率的量时，决策指令954可优先使可再生能源为该组电子部件提供功率。当氢水平达到阈值时，决策指令954还可使控制装置450的处理器956和/或另一处理器停止电解器。

图12图示了根据一个示例的将能源分配给电子部件的流程图1200。图12图示了使用决策过程中的多个场景来分配能源的控制诊断。以下三个关键因素被用于驱动控制：1）单位为kW的可获得的可再生功率，PR；2）基于百分比的氢储存装置的填充水平，H2；以及3）单位为$/kWh的来自电网的实时电力成本，CG。应当注意的是，选择为控制中的决策点的所有值都任意选择，以展示控制装置450的一个示例。后续描述中使用的附加变量列出如下：

LE_MAX = 电解器的绝对最大功率需求（假定为120kW）；

LIT = 电子部件的功率需求（假定为500kW）；

PR_IT = 从可再生能源输送到电子部件的功率；

PG_IT = 从电网输送到电子部件的功率；

PFC = 从燃料电池输送到电子部件的功率；

PSELL = 卖回给电网的功率；

LE = 电解器负载；以及

PG = 从电网可获得的功率。

例如天然气或沼气、工作负载优先级、电子部件的可用性和数据中心的可用性之类的附加的因素未被示出，但是可以按照与本文所示的那些因素相似的方式来使用，或者除本文所示的那些因素外，还可以使用上述附加的因素。

图12中图示了若干条件。突出了三个条件以展示该流程图的应用。条件1：PR >500kW，H2 = 100%；条件2：PR < 500kW，H2 > 25%；以及条件3：120kW < PR < (500kW +120kW)，H2 ≤ 25% , $0.03/kWh < CG ≤ $0.05/kWh。

参照图12，条件1示出了当可再生功率PR大于500kW的电子部件的所选功率需求时的情况。条件1开始于可再生功率（PR）与电子部件和电解器的功率需求的比较，即PR与LIT+ LE_MAX的比较（框1201），作为用于在过程中向前移动的初始决策。随后的决策进行描述如下。氢储存水平H2被评估并确定为超过例如H2大于25%的最小氢可用性阈值（框1202）。从可再生能源可获得的功率超过电子部件的需求（PR > LIT）（框1203）。不需要电网的支持和燃料电池的支持来为IT设备供能（PG = 0W，PFC = 0W）。氢储存装置充满（H2 = 100%）（框1204）。不需要制氢，因此没有功率将被输送到电解器。电子部件被认为是可获得的可再生功率的第一优先级，并且电子部件的功率需求的100%将由可再生能源来供能（PR_IT =LIT）（框1205）。任何过剩的可再生功率将以市场价格被卖回给电网（PSELL = PR - LIT）（框1206）。

条件2强调可再生功率PR小于500kW的电子部件的所选功率需求，如框1201中所确定的。H2水平被确定为大于25%（框1202）。过程开始于可再生功率（PR）与电子部件和电解器的功率需求的比较，即PR与LIT + LE_MAX的比较（框1201），作为在过程中向前移动的初始决策。随后的决策进行描述如下。氢储存装置的水平被评估并确定为超过25%的最小氢可用性阈值（H2 > 25%）（框1202）。从可再生能源可获得的功率不满足电子部件的功率需求的需求（PR < LIT）（框1203）。不需要制氢，因此没有功率将被输送到电解器（H2 > 25%）。电子部件应被认为是所有可再生功率的第一优先级，尽管这将仅部分地满足来自电子部件的功率需求的需求，并且可获得的可再生功率的100%将被输送到电子部件（PR_IT = PR）。燃料电池可以为电子部件提供可再生能源不满足的任何附加的功率（PFC = LIT - PR_IT）（框1207）。不需要电网的支持来为IT设备供能（PG = 0W）。

条件3开始于可再生功率（PR）与电子部件和电解器的功率需求的比较，即PR与LIT+ LE_MAX的比较（框1201），作为用于在过程中向前移动的初始决策。随后的决策进行描述如下。氢储存装置的水平被评估并确定为已下降到或低于25%的最小氢可用性阈值（H2 ≤25%）（框1202）；并且该过程确定现在需要制氢。从可再生能源可获得的功率超过电解器的峰值需求（120kW），但无法满足电解器和电子部件的功率需求二者的需求（LE_MAX < PR <LE_MAX+LIT）（框1208）。为了确定针对电解器和电子部件的功率需求的能源选择，评估来自电网的能量的实时成本。在该示例中，来自电网的能量的成本高于$0.03/kWh的最小阈值（框1209），但低于或等于$0.05/k/Wh的最大阈值（框1210）。结果，电解器的负载被认为是可获得的可再生功率的第一优先级，并且电解器的功率需求的100%（LE_MAX）将由可再生能源来满足（框1211）。电子部件应被认为是任何剩余的可获得的可再生功率的第二优先级负载（框1212）；但是，这将仅部分地满足来自电子部件的需求（PR_IT = PR – LE_MAX）。电网应为电子部件提供可再生能源不满足的任何附加的功率（PG_IT = LIT – (PR – LE_MAX)）（框1213）。仅在氢储存水平提高到40%的容量之后（框1211），电子部件才恢复到可获得的可再生功率的第一优先级。基于来自电网的能量的实时成本来选择40%的氢储存水平，该成本在这种情况下为$0.03/kWh < CG ≤ $0.05/kWh（框1210）。如果能量成本较高（>$0.05/kWh），则氢将仅增加到30%。如果能量成本较低（≤$0.03/kWh），则氢将进一步增加至50%（框1209）。这是为了减少在能量更贵的高峰时段期间从电力网络操作的时间量，从而降低操作成本。

图12中的过程通过将来自电网功率的能量成本与使用可再生能源、天然气、沼气等产生的能量成本持续地进行比较，来最小化操作的总成本。要注意的是，来自电网以外的源的功率可以被直接输送到电子部件，或者它可以被用于产生氢。该过程还提供鲁棒控制方案，以允许在各种功率源之间高效切换。通过研究能量成本和对系统的影响，控制装置450可以被用于基于电力定价和可用性或可再生能源来调度工作负载，并允许确定最低的计算成本。例如，可以根据需要来调度关键的工作负载，而非关键的工作负载可被转移到为数据中心供能的成本最低的时间段。

图11-12是图示了根据一个示例的控制能源的分配的方法的流程图1100。尽管下面参照系统800来描述过程1100的执行，但也可以使用用于执行过程1100的其他合适的系统和/或装置。例如，下面描述为通过系统800来执行的过程可以通过控制装置450和/或任何其他合适的装置或系统来执行。过程1100可以以存储在例如机器可读存储介质之类的存储设备上的可执行指令的形式和/或以电子电路的形式来实现。

本公开已使用其示例的非限制性的详细描述进行了描述，并且不意在限制本公开的范围。应当理解的是，关于一个示例描述的特征和/或操作可以与其他示例一起使用，并且不是本公开的所有示例都具有在特定附图中图示或者关于一个示例描述的所有特征和/或操作。本领域技术人员可想到所描述的示例的变型。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”和它们的词形变化当在本公开和/或权利要求中使用时应意指“包括但不一定限于”。

要注意的是，上述示例中的一些可包括对于本公开而言可能不是必需的并且意在是示例性的结构、动作或者结构和动作的细节。如本领域中已知的，即使结构或动作不同，本文所述的结构和动作也可由执行相同功能的等同物来代替。因此，本公开的范围仅受限于权利要求中使用的元件和限制。

Claims (15)

1. 一种存储指令的存储器资源，所述指令在执行时使处理资源实现控制数据中心中的能量资源的系统，所述指令包括：

功率模块，其可执行以使用均连接到一组电子部件的第一能源和燃料电池中的至少一个来向所述一组电子部件提供功率；以及

决策模块，其可执行以管理向所述一组电子部件的功率提供并为所述功率提供确定优先级，所述决策模块在所述一组电子部件的功率需求大于从所述第一能源可获得的功率的量时，使用所述燃料电池来为所述一组电子部件供能。

2.如权利要求1所述的存储器资源，其特征在于，当需要制氢时，所述功率模块指示连接到电解器的所述第一能源向所述电解器提供功率。

3.如权利要求1所述的存储器资源，其特征在于，所述决策模块使用所述一组电子部件的功率需求、电解器的功率需求、从可再生能源可获得的功率的量以及氢储存装置的填充水平，来确定用于确定来自可获得的能源的功率的优先级和分配所述功率的指令。

4.如权利要求1所述的存储器资源，其特征在于，基于来自所述决策模块的指令，所述功率模块提供功率指令，以使用可再生能源向所述一组电子部件和电解器中的至少一个提供功率。

5.如权利要求1所述的存储器资源，其特征在于，所述决策模块使用来自电网的能量的成本来确定用于确定来自所述可获得的能源的功率的优先级和分配所述功率的指令。

6.一种控制数据中心中的功率和热部件的系统，包括：

一组电子部件；

产生氢并将氢储存在氢储存装置中的电解器；

向所述一组电子部件提供功率的燃料电池；

向所述一组电子部件和所述电解器中的至少一个提供功率的可再生能源；以及

管理提供给所述一组电子部件的功率的控制装置，所述控制装置包括：

决策模块，其：

获得从可再生能源可获得的功率的量、所述氢储存装置的填充水平以及所述一组电子部件的功率需求；

将所述一组电子部件的功率需求与从可再生能源可获得的功率的量进行比较；以及

当所述一组电子部件的功率需求小于从可再生能源可获得的功率的量并且所述氢储存装置的填充水平处于预定范围内时，优先使所述一组电子部件使用可再生能源；以及

功率模块，其：

指示所述燃料电池在满足第一组条件时向所述一组电子部件提供功率，以及

指示所述可再生能源在满足第二组条件时使用所述可再生能源向所述电解器提供功率。

7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述功率模块的指令包括：当所述一组电子部件的功率需求多于从所述可再生能源可获得的功率的量并且所述氢储存装置的填充水平高于填充水平阈值时，使用所述燃料电池和所述可再生能源的组合来向所述一组电子部件提供功率。

8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述决策模块

获得电解器的功率需求；以及

将所述一组电子部件的功率需求和所述电解器的功率需求与从所述可再生能源可获得的功率的量进行比较，以确定向所述一组电子部件提供功率的功率源，并且确定何时指示所述电解器产生氢。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，当氢储存装置的填充水平小于阈值时，所述决策模块优先使所述电解器产生氢。

10.如权利要求8所述的系统，还包括到电网的连接，所述决策模块获得来自所述电网的能量的成本，并且基于所述成本，确定所述功率源以及何时优先使所述电解器产生氢。

11. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，在以下情况下，从所述可再生能源可获得的功率的过剩的量被卖回到电网，即：

所述一组电子部件的功率需求和所述电解器的功率需求的组合小于从所述可再生能源可获得的功率的量；以及

氢储存装置的填充水平处于充满范围内。

12.如权利要求6所述的系统，其特征在于，基于一组条件，所述一组电子部件通过所述可再生能源、所述燃料电池和电网的组合来供能。

13.一种控制数据中心中的能量资源的分配的方法，包括：

获得可获得的可再生功率的量和一组电子部件的功率需求；

将所述一组电子部件的功率需求与可获得的可再生功率的量进行比较；以及

当满足一组条件时，使用燃料电池向所述一组电子部件提供功率。

14.如权利要求13所述的方法，还包括获得氢储存装置的填充水平，以及基于所述填充水平来控制电解器的操作。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：当所述一组电子部件的功率需求与电解器的功率需求的组合小于可获得的可再生功率的量时，优先使可再生能源向所述一组电子部件提供功率。