CN110986419B - 一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法 - Google Patents

一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法，包括内燃机、烟气热水型溴化锂机组、板式换热器、数据中心、余热回收器、光伏/风力发电系统、蓄电池组、第一加热器、温度指示器、第二加热器、蓄热水箱、第三加热器和热水型溴化锂机组；该系统将数据中心分布式供能系统与数据中心余热回收系统相结合，可有效回收燃气分布式供能系统余热、数据中心余热资源，同时实现可再生能源与燃气分布式供能系统想耦合，实现数据中心余热回收再利用，提高分布式能源站综合能源利用效率，有效降低数据中心供能成本，具有重要意义。

Description

一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法
技术领域
本发明属于分布式能源领域，具体涉及一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法。
背景技术
数据中心是实现数据信息集中处理、存储、传输等功能的服务平台，具有用电密度高、用冷需求大、供能可靠性要求高等特点。受云计算、大数据、移动互联网等信息化技术发展影响，数据中心的需求量也持续快速增长。
目前，数据中心用电量占全社会用电量的2%左右，由于数据中心高耗能，北京、上海、深圳等一线城市或浙江、江苏等发达省份严格控制数据中心建设规模，针对新建数据中心规模、电能利用效率（PUE）、可再生能源利用率等均有明确限定。
通过为数据中心配套建设燃气分布式能源供能系统，由燃气分布式供能系统对数据中心进行冷电联供，实现能源梯级利用及电力就地消纳，从而降低数据中心PUE值，由此成为行业研究热点。
燃气分布式供能系统排烟温度一般为120~140℃，仍有部分余热可以回收利用；数据中心冷却过程中也有大量热量被排放到室外，大量热量无法得到利用。同时数据中心辅助区又需要消耗能源进行卫生热水供应及冬季供暖，在此背景下，对数据中心分布式供能系统进行余热回收，促进数据中心节能降耗具有非常重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于针对数据中心供能系统，提供一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法。该系统可以将数据中心分布式供能系统与数据中心余热回收系统相结合，实现数据中心余热回收再利用，同时提高分布式能源站综合能源利用效率，降低数据中心供能成本。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统，其特征是，包括内燃机、烟气热水型溴化锂机组、板式换热器、数据中心、余热回收器、光伏/风力发电系统、蓄电池组、第一加热器、温度指示器、第二加热器、蓄热水箱、第三加热器和热水型溴化锂机组；所述内燃机的高温烟气出口通过烟气管道与烟气热水型溴化锂机组的高温烟气入口相连，所述内燃机的高温缸套水出口通过热水管道与烟气热水型溴化锂机组的热水入口相连，所述烟气热水型溴化锂机组的热水出口通过回水管道与内燃机的缸套水入口相连；所述烟气热水型溴化锂机组的冷冻水出口通过冷冻水供水管道与板式换热器的冷冻水入口相连，所述板式换热器的冷冻水出口通过冷冻水回水管道与第一循环泵的入口相连，所述第一循环泵的出口与烟气热水型溴化锂机组的冷冻水回水入口相连；所述板式换热器的出水口与数据中心的空调水通道相连，所述数据中心的出水口与第二循环泵相连之后分成两路，一路通过管道与板式换热器的热水入口相连，另一路通过管道与第一阀门的入口相连，所述第一阀门的出口与余热回收器的热水入口相连，所述余热回收器的热水出口与第一加热器的热水入口相连，所述余热回收器的烟气入口与烟气热水型溴化锂机组的烟气排放口相连。
进一步的，所述光伏/风力发电系统与蓄电池组相连，所述蓄电池组与第一加热器相连，所述温度指示器与第一加热器的出口相连，所述第二加热器的入口与温度指示器相连，所述第二加热器的出口与蓄热水箱的入口通过热水管道相连，所述蓄热水箱的出口分成两路，一路为供热管道，通向数据中心生活热水供热管道及冬季办公采暖管道，另一路管道与第二阀门的入口相连，所述第二阀门的出口与第三加热器的入口相连，所述第三加热器的出口与热水型溴化锂机组的热水入口相连，所述热水型溴化锂机组的热水出口与蓄热水箱的入口通过热水管道相连。
进一步的，所述热水型溴化锂机组的冷冻水出口与第三循环泵的入口相连，所述第三循环泵的出口与板式换热器的冷水入口相连，所述热水型溴化锂机组的冷冻水回水入口与第一循环泵的出口相连。
进一步的，所述光伏/风力发电系统为光伏发电系统和风力发电系统中的任一项，或者两者同时存在；所述第三加热器优先为热泵系统。
所述的基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统的工作方法，其特征是，过程如下：内燃机消耗天然气产生电和热，其中所发电力直接上网或对数据中心直供电，产生的高温烟气及缸套水分别通过管道进入烟气热水型溴化锂机组作为其运行的驱动热源，缸套水利用完之后通过管道回转内燃机循环使用；烟气热水型溴化锂机组产生冷冻水通过管道输送到数据中心，数据中心通过板式换热器对烟气热水型溴化锂机组供应的冷冻水进行换热，换热之后的冷冻水以回水管道循环送回烟气热水型溴化锂机组进行持续制冷，板式换热器的另一侧为数据中心用制冷水，供数据中心循环制冷；数据中心用制冷水在数据中心负荷侧循环之后，制冷水回水一部分水量回转至板式换热器进行持续换热，另一部分回水通过第一阀门进入余热回收器以烟气热水型溴化锂机组的排烟为热源进行余热回收，回收后的烟气排空；光伏/风力发电系统所发电量通过蓄电池组进行存储，通过余热回收器后的数据中心的冷却回水通过第一加热器，使用蓄电池组的存储电量为驱动进行加热，加热后的水通过温度指示器后进入第二加热器加热至设定温度，加热后的水进入蓄热水箱；数据中心全年具有生活热水需求，冬季具有办公采暖需求，蓄热水箱内的热水优先进行生活热水及采暖供热，多余部分通过第二阀门进入第三加热器，对热水进行进一步加热后进入热水型溴化锂机组，作为热水型溴化锂机组的驱动热源，第三加热器以数据中心的冷却用水回水作为低温侧输入，低温侧输出后作为数据中心的冷却用水供水；热水型溴化锂机组使用后的热水通过管道回转至蓄热水箱，热水型溴化锂机组产生的冷冻水出水进入冷冻水供水管道。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明所述的基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法，该系统可以进一步挖掘利用分布式能源站尾部排烟的余热，提高分布式能源站的综合能源利用效率，同时挖掘利用数据中心自身热量，实现数据中心节能降耗。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2、第一循环泵3、板式换热器4、第二循环泵5、数据中心6、第一阀门7、余热回收器8、光伏/风力发电系统9、蓄电池组10、第一加热器11、温度指示器12、第二加热器13、蓄热水箱14、第二阀门15、第三加热器16、热水型溴化锂机组17、第三循环泵18。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中的基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统，包括内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2、板式换热器4、数据中心6、余热回收器8、光伏/风力发电系统9、蓄电池组10、第一加热器11、温度指示器12、第二加热器13、蓄热水箱14、第三加热器16和热水型溴化锂机组17。
内燃机1的高温烟气出口通过烟气管道与烟气热水型溴化锂机组2的高温烟气入口相连，内燃机1的高温缸套水出口通过热水管道与烟气热水型溴化锂机组2的热水入口相连，烟气热水型溴化锂机组2的热水出口通过回水管道与内燃机1的缸套水入口相连；烟气热水型溴化锂机组2的冷冻水出口通过冷冻水供水管道与板式换热器4的冷冻水入口相连，板式换热器4的冷冻水出口通过冷冻水回水管道与第一循环泵3的入口相连，第一循环泵3的出口与烟气热水型溴化锂机组2的冷冻水回水入口相连；板式换热器4的出水口与数据中心6的空调水通道相连，数据中心6的出水口与第二循环泵5相连之后分成两路，一路通过管道与板式换热器4的热水入口相连，另一路通过管道与第一阀门7的入口相连，第一阀门7的出口与余热回收器8的热水入口相连，余热回收器8的热水出口与第一加热器11的热水入口相连，余热回收器8的烟气入口与烟气热水型溴化锂机组2的烟气排放口相连。
光伏/风力发电系统9与蓄电池组10相连，蓄电池组10与第一加热器11相连，温度指示器12与第一加热器11的出口相连，第二加热器13的入口与温度指示器12相连，第二加热器13的出口与蓄热水箱14的入口通过热水管道相连，蓄热水箱14的出口分成两路，一路为供热管道，通向数据中心生活热水供热管道及冬季办公采暖管道，另一路管道与第二阀门15的入口相连，第二阀门15的出口与第三加热器16的入口相连，第三加热器16的出口与热水型溴化锂机组17的热水入口相连，热水型溴化锂机组17的热水出口与蓄热水箱14的入口通过热水管道相连。
热水型溴化锂机组17的冷冻水出口与第三循环泵18的入口相连，第三循环泵18的出口与板式换热器4的冷水入口相连，热水型溴化锂机组17的冷冻水回水入口与第一循环泵3的出口相连。
工作方法：内燃机1消耗天然气产生电和热，其中所发电力直接上网或对数据中心6进行直供，产生的高温烟气（满负荷370~390℃、低负荷430~480℃）通过烟气管道通向烟气热水型溴化锂机组2，高温缸套水（温度95℃左右）通过热水管道通进入烟气热水型溴化锂机组2。被烟气热水型溴化锂机组2利用完之后的烟气（120~160℃）通过排烟管道进入余热回收器8；利用完的缸套水（80℃左右）通过回水管道返回内燃机1循环使用。
烟气热水型溴化锂机组2利用高温烟气及高温缸套水产生的冷冻水（5℃）产生冷冻水通过冷冻水供水管道进入板式换热器4，在板式换热器4中换完热之后水温变为12℃，沿着冷冻水回水管道通过第一循环泵3后返回烟气热水型溴化锂机组2。
板式换热器4的另一侧为数据中心6用制冷水，冷却用水换热后温度为18℃，沿数据中心空调水通道进入数据中心6循环制冷，数据中心6出水温度提高至25℃通过第二循环泵5后绝大部分水返回板式换热器4中进行换热，剩余部分水通过第一阀门7后进入余热回收器8内回收烟气余热。
从烟气热水型溴化锂机组2中排出的烟气经过余热回收器8后烟气温度降为50~60℃，经过余热回收器8之后的水温度提高至30~40℃，然后进入第一加热器11内。
利用数据中心屋面、墙壁及数据中心厂房空地合适区域建设分布式光伏发电系统或分布式风力发电系统，由于光伏发电、风力发电的间歇性及不稳定性，所发电力进入蓄电池组10中存储。以蓄电池组10作为第一加热器驱动热源对来自余热回收器8的水进行加热，水温再次提高。加热完的水从第一加热器11出口出来后经过温度指示器12，然后进入第二加热器13，如果温度指示器12显示的温度低于60℃，则第二加热器13对水进行再次加热将水温提高至60℃。
热水从第二加热器13出来后通过管道输送至蓄热水箱14中存储，蓄热水箱14内的热水通过热水管道输送供数据中心6全年生活热水及冬季办公采暖需要。若系统产生的热水量较为充足，多余热水通过第二阀门15进入第三加热器16后将热水温度进一步提高到85℃左右输出送至热水型溴化锂机组17。第三加热器16优先为热泵系统，其低温侧输入数据中心冷却用水回水，低温侧输出后作为数据中心6的冷却用水供水；
85℃热水作为热水型溴化锂机组17的驱动热源驱动机组运行后温度降为60℃，通过管道送回到蓄热水箱14中。
热水型溴化锂机组17产生的冷冻水（5℃）通过第三循环泵18送至板式换热器4内，经过板式换热器4后的冷冻水回水（12℃）通过第一循环泵3后返回至热水型溴化锂机组17。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统，其特征是，包括内燃机（1）、烟气热水型溴化锂机组（2）、板式换热器（4）、数据中心（6）、余热回收器（8）、光伏/风力发电系统（9）、蓄电池组（10）、第一加热器（11）、温度指示器（12）、第二加热器（13）、蓄热水箱（14）、第三加热器（16）和热水型溴化锂机组（17）；所述内燃机（1）的高温烟气出口通过烟气管道与烟气热水型溴化锂机组（2）的高温烟气入口相连，所述内燃机（1）的高温缸套水出口通过热水管道与烟气热水型溴化锂机组（2）的热水入口相连，所述烟气热水型溴化锂机组（2）的热水出口通过回水管道与内燃机（1）的缸套水入口相连；所述烟气热水型溴化锂机组（2）的冷冻水出口通过冷冻水供水管道与板式换热器（4）的冷冻水入口相连，所述板式换热器（4）的冷冻水出口通过冷冻水回水管道与第一循环泵（3）的入口相连，所述第一循环泵（3）的出口与烟气热水型溴化锂机组（2）的冷冻水回水入口相连；所述板式换热器（4）的出水口与数据中心（6）的空调水通道相连，所述数据中心（6）的出水口与第二循环泵（5）相连之后分成两路，一路通过管道与板式换热器（4）的热水入口相连，另一路通过管道与第一阀门（7）的入口相连，所述第一阀门（7）的出口与余热回收器（8）的热水入口相连，所述余热回收器（8）的热水出口与第一加热器（11）的热水入口相连，所述余热回收器（8）的烟气入口与烟气热水型溴化锂机组（2）的烟气排放口相连；
所述光伏/风力发电系统（9）与蓄电池组（10）相连，所述蓄电池组（10）与第一加热器（11）相连，所述温度指示器（12）与第一加热器（11）的出口相连，所述第二加热器（13）的入口与温度指示器（12）相连，所述第二加热器（13）的出口与蓄热水箱（14）的入口通过热水管道相连，所述蓄热水箱（14）的出口分成两路，一路为供热管道，通向数据中心生活热水供热管道及冬季办公采暖管道，另一路管道与第二阀门（15）的入口相连，所述第二阀门（15）的出口与第三加热器（16）的入口相连，所述第三加热器（16）的出口与热水型溴化锂机组（17）的热水入口相连，所述热水型溴化锂机组（17）的热水出口与蓄热水箱（14）的入口通过热水管道相连；所述热水型溴化锂机组（17）的冷冻水出口与第三循环泵（18）的入口相连，所述第三循环泵（18）的出口与板式换热器（4）的冷水入口相连，所述热水型溴化锂机组（17）的冷冻水回水入口与第一循环泵（3）的出口相连。
2.根据权利要求1所述的基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统，其特征是，所述光伏/风力发电系统（9）为光伏发电系统和风力发电系统中的任一项，或者两者同时存在；所述第三加热器（16）为热泵系统。
3.一种如权利要求1或2所述的基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统的工作方法，其特征是，过程如下：内燃机（1）消耗天然气产生电和热，其中所发电力直接上网或对数据中心（6）直供电，产生的高温烟气及缸套水分别通过管道进入烟气热水型溴化锂机组（2）作为其运行的驱动热源，缸套水利用完之后通过管道回转内燃机（1）循环使用；烟气热水型溴化锂机组（2）产生冷冻水通过管道输送到数据中心（6），数据中心（6）通过板式换热器（4）对烟气热水型溴化锂机组（2）供应的冷冻水进行换热，换热之后的冷冻水以回水管道循环送回烟气热水型溴化锂机组（2）进行持续制冷，板式换热器（4）的另一侧为数据中心（6）用制冷水，供数据中心（6）循环制冷；数据中心（6）用制冷水在数据中心负荷侧循环之后，制冷水回水一部分水量回转至板式换热器（4）进行持续换热，另一部分回水通过第一阀门（7）进入余热回收器（8）以烟气热水型溴化锂机组（2）的排烟为热源进行余热回收，回收后的烟气排空；光伏/风力发电系统（9）所发电量通过蓄电池组（10）进行存储，通过余热回收器（8）后的数据中心（6）的冷却回水通过第一加热器（11），使用蓄电池组（10）的存储电量为驱动进行加热，加热后的水通过温度指示器（12）后进入第二加热器（13）加热至设定温度，加热后的水进入蓄热水箱（14）；数据中心（6）全年具有生活热水需求，冬季具有办公采暖需求，蓄热水箱（14）内的热水优先进行生活热水及采暖供热，多余部分通过第二阀门（15）进入第三加热器（16），对热水进行进一步加热后进入热水型溴化锂机组（17），作为热水型溴化锂机组（17）的驱动热源，第三加热器（16）以数据中心（6）的冷却用水回水作为低温侧输入，低温侧输出后作为数据中心（6）的冷却用水供水；热水型溴化锂机组（17）使用后的热水通过管道回转至蓄热水箱（14），热水型溴化锂机组（17）产生的冷冻水出水进入冷冻水供水管道。
CN201911129266.5A 2019-11-18 2019-11-18 一种基于分布式能源的数据中心余热回收利用系统及方法 Active CN110986419B (zh)

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