CN114867313B - 数据中心分布式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷与储能技术领域，具体涉及一种数据中心分布式储能系统，包括浸没冷却单元，承载有IT设备和冷却液，并在电力充足时将电能储存为制冷量，在电力紧张时释放储存的制冷量；多级冷却单元，用于对所述浸没冷却单元进行散热；控制单元，用于监测所述浸没冷却单元和多级冷却单元，同时执行控制策略，通过调整所述浸没冷却单元和多级冷却单元的工作状态实现储能。为了进一步提升储能量，系统还对浸没式冷却单元中IT设备放置方式和板翅散热器形式进行了优化，本发明利用数据中心部署的大量浸没式冷却单元作为分布式储能系统，通过智能控制策略调整一次侧冷源单元的工况实现储能(蓄冷)，成本低，见效快。

Description

数据中心分布式储能系统

技术领域

本发明涉及制冷与储能技术领域，具体涉及一种数据中心分布式储能系统。

背景技术

在数据中心产业从诞生到发展的十多年时间里，我国数据中心行业的总耗电量以每年超过10％的速度递增。统计数据显示，2020年我国数据中心总耗电量达到了2000亿千瓦，占比已超2％。预计到2025年，占比将增加一倍，达到4.05％。

在“双碳”目标下，建设高能效“碳中和数据中心”成为IDC行业必选项。数据中心耗能主要分布在IT设备、空调系统、照明系统、供配电系统等，其中在IT设备能耗和空调系统能耗占比超80％。储能系统接入数据中心，可增强数据中心的供电可靠性，防止偶然断电导致数据丢失。储能系统通过削峰填谷、容量调配等机制，提升数据中心电力运营的经济性，低碳节能。

目前，数据中心的储能技术主要包括：化学储能：使用蓄电池储电；物理储能：使用飞轮存储动能或者蓄冷罐储冷。

应用上述储能技术时，数据中心都需要额外投资建设相应的储能装置，成本较高。特别是对于分布式存储系统，国外学者通过对储能成本和收益的量化研究发现，独立运行的分布式储能尚不具备经济上的可行性。因此本文提供了一种数据中心分布式储能系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种数据中心分布式储能系统，用于解决上述问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供了一种数据中心分布式储能系统，包括

浸没冷却单元，使用浸没腔体承载IT设备和冷却液，并在电力充足时将电能储存为制冷量，在电力紧张时释放储存的制冷量；

多级冷却单元，用于对所述浸没冷却单元进行散热；

控制单元，通过硬件和软件方式监测所述浸没冷却单元和多级冷却单元，同时执行控制策略，通过调整所述浸没冷却单元和多级冷却单元的工作状态实现储能；

更进一步的，所述浸没冷却单元使用板翅散热器辅助换热，且所述翅片为曲线翅片，所属板翅散热器为曲线型板翅散热器，所述曲线是弧线或者其他流线型曲线。

更进一步的，所述浸没冷却单元使用板翅散热器辅助换热，所述板翅散热器设置有上盖。

更进一步的，所述浸没冷却单元的冷却液采用氟化液，浸没腔体为封闭式容器，其中不少于80％的容量为氟化液，所述IT设备浸没在氟化液中，氟化液直接与板卡、芯片接触进行散热。

更进一步的，所述IT设备倾斜放置于所述浸没腔体内，其水平倾角为85度到88度。

更进一步的，所述浸没冷却单元中冷却液温度从T₁到T_n呈梯度分布，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度为T_liquid；

式中，T₁为供液管流入的低温冷却液的温度，T_n为回液管流出的高温冷却液的温度，浸没冷却单元中温度为T_i的冷却液质量为M_i；

冷却液的总质量为

T_liquid有效工作范围为T_liquid-min到T_liquid-max。

更进一步的，所述多级冷却单元包括二次侧冷却单元和一次侧冷源单元，其中，所述二次侧冷却单元用于为所述浸没冷却单元散热，所述一次侧冷源单元用于为二次侧冷却单元散热。

更进一步的，所述储能系统中，若IT设备热功率在t₀-t₅段内为P_it并且保持不变；

当浸没冷却单元中冷却液的温度范围在有效温度范围T_liquid-min到T_liquid-max内，一次冷源制冷功率为P_c0时，IT设备冷却与散热达到平衡，IT设备温度保持不变，浸没冷却单元中冷却液的加权平均温度为T_liquid；

在t₀-t₁时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

在t₁-t₂时段，一次冷源制冷功率为P_c2＜P_c0，浸没冷却单元中加权平均液供液温度上升到T_liquid-max；

在t₂-t₄时段，一次冷源制冷功率为P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-max；

在t₄-t₅时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0，浸没冷却单元中冷却液供液温度下降到T_liquid-min；

系统的储能发生在t₀-t₁时段，储冷量为D_s，系统储能公式为：

D_s＝C×m×(T_liquid-max-T_liquid-min)

式中：C为浸没冷却单元中冷却液的比热容，m为浸没冷却单元中冷却液的总质量；

系统储能释放发生在t₁-t₂时段，释放冷量为D_d：

D_d＝C×m×(T_liquid-min-T_liquid-max)

在不启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_normal：

U_nomral＝R_low×P_c0×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)

在启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_es：

U_es＝R_low×P_c1×(t₁-t₀)+R_normal×P_c2×(t₂-t₁)

电费成本节约U_saving为低谷与平价电价差，电费节约公式：

U_saving＝R_normal×(P_c0-P_c2)×(t₂-t₁)-R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)

因此，电费成本节约U_saving与储能释能阶段的价差正相关，如果在电价尖峰时段释能，电费成本节约更明显。

更进一步的，所述浸没冷却单元使用一次侧冷源单元，所述一次侧冷源单元采用水作为冷却液，通过冷却塔与制冷主机对水制冷。

更进一步的，所述一次冷源单元包括冷却塔、冷却水供水管、冷却水回水管、制冷主机、冷冻水供水管和冷冻水回水管；其中所述冷却水供水管、冷冻水回水管上安装有阀门与水泵用于控制冷却水、冷冻水的流量、流速；所述制冷主机通过变频控制调节制冷功率。

本发明的有益效果为：

本发明利用数据中心中现有大量部署的浸没式冷却单元作为分布式储能(蓄冷)装置，电力供应充足(电价低谷)时，增加制冷机组的制冷功率(大于IT设备散热量)，将浸没式冷却单元中的冷却液降低到最低工作温度，从而储存制冷量；电力供应紧张(电价尖峰)时，降低制冷机组的制冷功率(小于IT设备散热量)，浸没式液冷单元中的冷却液回升到最高工作温度，使用储存的制冷量；削峰填谷，降低电费成本。本发明投资运营零成本，经济效益极佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明数据中心分布式储能系统原理图；

图2是本发明实施例2的IT设备热功率时序图；

图3是本发明实施例2的一次侧冷源单元制冷功率时序图；

图4是本发明实施例2的浸没冷却单元冷却液加权平均温度时序图；

图5是本发明实施例3的典型数据中心甲分布式储能系统原理图；

图6是本发明实施例3的工作参数时序图；

图7是本发明实施例3的IT设备热功率时序图；

图8是本发明实施例3的一次侧冷源单元制冷功率时序图；

图9是本发明实施例3的浸没冷却单元冷却液加权平均温度时序图；

图10是本发明实施例4的IT设备热功率时序图；

图11是本发明实施例4的一次侧冷源单元制冷功率时序图；

图12是本发明实施例4的浸没冷却单元冷却液加权平均温度时序图；

图13是本发明实施例5的浸没冷却单元中IT设备布置示意图；

图14是本发明实施例5的板翅散热器几何示意图；

图15是本发明实施例5的板翅散热器的散热计算示意图；

图16是本发明实施例5的直线型板翅散热器的俯视图；

图17是本发明实施例5的曲线型板翅式散热器的俯视图；

图18是本发明实施例5的盖板型板翅散热器的俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1所示，本实施例提供一种数据中心分布式储能系统，包括

浸没冷却单元，使用浸没腔体承载IT设备和冷却液，并在电力充足时将电能储存为制冷量，在电力紧张时释放储存的制冷量；

多级冷却单元，用于对所述浸没冷却单元进行散热；

控制单元，通过硬件和软件方式监测所述浸没冷却单元和多级冷却单元，同时执行控制策略，通过调整所述浸没冷却单元和多级冷却单元的工作状态实现储能；

其中，浸没腔体为封闭式容器，并使用板翅散热器辅助换热，且所述翅片为曲线，所述曲线是弧线或者其他流线型曲线。

本实施例多级冷却单元包括二次侧冷却单元和一次侧冷源单元，其中，所述二次侧冷却单元用于为所述浸没冷却单元散热，所述一次侧冷源单元用于为二次侧冷却单元散热。

本实施例为了降低数据中心储能成本，提供一种数据中心分布式储能系统，系统利用数据中心现有设施和控制策略实现储能，成本低，见效快。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例更进一步地提供一种数据中心分布式储能系统，包括：控制单元、浸没冷却单元、二次侧冷却单元、一次侧冷源单元。

本实施例浸没冷却单元，使用浸没腔体承载IT设备(服务器、交换机等)和冷却液，为IT设备提供安全冷却环境，采用单相制冷液作为冷却液，主要包含密闭箱体，液体分配单元，温度、液位监控传感器。

本实施例与风冷系统相比，浸没液冷技术的优点在于：热量带走更多：同体积液体带走热量是同体积空气3000倍；温度传递更快：液体导热能力是空气25倍；噪音品质更好：同等散热水平时，液冷系统噪音比风冷噪音降低10～15dB；耗电节能更省：液冷系统约比风冷系统节电30％。

本实施例浸没液冷技术的关键是冷却液，必须能够快速吸收热量，并且必须做到无腐蚀性，目前有多种冷却液可供选择。浸没冷却单元中冷却液温度从T₁(供液管流入的低温冷却液)到T_n(回液管流出的高温冷却液)呈梯度分布，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度为T_liquid。

式中，浸没冷却单元中温度为T_i的冷却液质量为M_i。冷却液的总质量为

T_liquid有效工作范围为T_liquid-min到T_liquid-max。

本实施例中二次侧冷却单元为浸没液冷单元散热。对于单相液冷系统，主要包含管道、冷却液循环泵，液液换热器，冷却液过滤系统，阀门，液体质量检测传感器，水泄漏传感器。

本实施例一次侧冷源单元为二次侧冷却单元散热，其形式可以是利用蒸发冷却的开式/闭式冷却塔或采用蒸气压缩制冷技术的冷水机组或泵机组等。

本实施例控制单元监测一次侧冷源单元、二次侧冷却单元、浸没冷却单元、IT服务器的运行状态。执行控制策略，通过调整一次侧冷源单元、二次侧冷却单元、浸没冷却单元的工作状态实现储能。

参照图2-4所示，对于需要提高计算能力、能源效率和部署密度但风冷无法满足相应制冷需求的数据中心，可以采用浸没式液冷制冷技术，将IT设备浸没在冷却液中，达到最佳散热效果。浸没冷却单元、二次侧冷却单元、一次侧冷源单元是浸没式液冷数据中心的基本配置。

下表为时间-电价表。

时间-电价表

时间

t0-t1

t1-t2

t2-t3

t3-t4

t4-t5

…

电价模式

低谷

平价

尖峰

平价

低谷

电价

Rlow

Rnormal

Rpeak

Rnormal

Rlow

本实施例中，假设IT设备热功率在t₀-t₅段内为P_it并且保持不变。当浸没冷却单元中冷却液的温度范围在有效温度范围T_liquid-min到T_liquid-max内，一次冷源制冷功率为P_c0时，IT设备冷却与散热达到平衡，IT设备温度保持不变。浸没冷却单元中冷却液的加权平均温度为T_liquid。

在t₀-t₁时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min。

在t₁-t₂时段，一次冷源制冷功率为P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-min。

在t₂-t₃时段，一次冷源制冷功率为P_c2<P_c0,浸没冷却单元中加权平均液供液温度上升到T_liquid-max。

在t₃-t₄时段，一次冷源制冷功率为P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-max。

在t₄-t₅时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液供液温度下降到T_liquid-min。

系统的储能发生在t₀-t₁时段，储冷量为D_s，系统储能公式为：

D_s＝C×m×(T_liquid-max-T_liquid-min)

式中：C为浸没冷却单元中冷却液的比热容，m为浸没冷却单元中冷却液的总质量；

系统储能释放发生在t₂-t₃时段，释放冷量为D_d:

D_d＝C×m×(T_liquid-min-T_liquid-max)

在不启用分布式储能模式时，t₀-t₃时段电费为U_normal：

U_nomral＝R_low×P_c0×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)+R_peak×P_c0×(t₃-t₂)

在启用分布式储能模式时，t₀-t₃时段电费为U_es：

U_es＝R_low×P_c1×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)+R_peak×P_c2×(t₃-t₂)

电费成本节约U_saving为低谷与尖峰电价差：

U_saving＝R_peak×(P_c0-P_c2)×(t₃-t₂)-R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)。

需要说明的是，作为一项革命性技术，沉浸式液冷系统及计算机、热工、机械、化学等多个学科，给数据中心机房、制冷、供配电和IT设备等都带来了完全不同的要求。

本实施例工作流程主要用于说明分布式储能工作原理，对于相关热力学、流体力学、周边环境等模型进行了简化。

本实施例在基本配置的基础上，增加了控制单元。控制单元监测浸没式液冷系统及IT设备运行状态，通过调节一次侧冷源单元的工作状态，在公共电网电力充沛(低谷电价)时增加一次侧冷源单元的制冷功率，将浸没冷却单元冷却液加权平均温度降低到T_liquid-min，进行储能(蓄冷)；公共电网电力紧张(尖峰电价)时减少一次侧冷源单元的制冷功率，浸没冷却单元冷却液加权平均温度逐渐升高到T_liquid-max。利用储能系统通过削峰填谷，实现降低用电成本(利用峰谷电价差)或者电力需求侧响应(公共电网用电高峰降低数据中心用电负荷)。

实施例3

在具体实施层面，参照图5所示，本实施例提供一个典型数据中心甲分布式储能系统，具体如下：

本实施例IT设备配置如下：数据中心甲包括三个IT服务器系统：

IT设备A₁：算力型IT服务器系统，热功率恒定为P_itA1，采用CPU性能/kw来衡量系统能效比。

IT设备A₂：算力型IT服务器系统，热功率恒定为P_itA2，采用CPU性能/kw来衡量系统能效比。

IC设备B₁：存储性IT服务器系统，热功率恒定为P_itB1，采用IOPS/kw来衡量系统能效比。

其中，P_itB1>P_itA1>P_itA2

本实施例浸没冷却单元的冷却液采用氟化液。氟化液最高工作温度低于其气化温度，属于单相系统。

本实施例浸没腔体为封闭式容器，80％的容量为氟化液，IT设备浸没在氟化液中，氟化液直接与板卡、芯片接触，进行散热。

本实施例浸没腔体与供液管、回液管相通。低温氟化液从供液管流入，与IT设备热交换后，从回液管流出。

本实施例二次冷却单元包括液液换热器、供液管、回液管。二次冷却单元采用水作为冷却液，通过液液交换器与氟化液换热。供液管上安装有阀门与水泵，可以控制氟化液的流量、流速。

本实施例一次冷却单元包括液液换热器、供液管、回液管。一次冷却单元采用水作为冷却液，通过液液交换器与氟化液换热。供液管上安装有阀门与水泵，可以控制氟化液的流量、流速。

本实施例一次冷源单元包括冷却塔、冷却水供水管、冷却水回水管、制冷主机、冷冻水供水管、冷冻水回水管。

本实施例一次冷源单元采用水作为冷却液，通过冷却塔与制冷主机对水制冷。

本实施例冷却水供水管、冷冻水回水管上安装有阀门与水泵，可以控制冷却水、冷冻水的流量、流速。

本实施例制冷主机可以通过变频控制调节制冷功率。

本实施例控制单元为控制计算机。可以通过硬件(传感器与执行器)和软件(网管软件)方式对浸没冷却系统(IT设备、浸没腔体、氟化液回路(供液管、回液管)、液液换热器、冷冻水回路(冷冻水供水管、冷冻水回水管)、制冷主机、冷却水回路(冷却水供水管、冷却水回水管)、冷却塔)进行监测与控制，使系统工作在指定的工况W。

更进一步的，本实施例工况W主要包括：

IT设备：工作负荷，芯片、板卡工作温度。

冷却液(氟化液、冷冻水、冷却水)：供液温度、回液温度。

冷却液(氟化液、冷冻水、冷却水)管路：流量。

本实施例控制计算机可以通过设置以下工作参数M：

阀门：开闭状态。

水泵：工作转速。

制冷主机：制冷功率。

如下表：通过调整工作参数M使浸没式液冷系统工作于工况W：

时间-电价表

时间

t0-t1

t1-t2

t2-t3

t3-t4

t4-t5

…

电价模式

低谷

平价

尖峰

平价

低谷

电价

Rlow

Rnormal

Rpeak

Rnormal

Rlow

参照图6-9所示，本实施例在上述实施例优化后的工作流程如下：

在t₀-t₁时段，控制计算机将浸没式液冷系统工作参数设置为M₁，工况为W₁。

在t₁-t₂时段，控制计算机将浸没式液冷系统工作参数设置为M₀，工况为W₀。

在t₂-t₃时段，控制计算机将浸没式液冷系统工作参数设置为M₂，工况为W₂。

在t₃-t₄时段，控制计算机将浸没式液冷系统工作参数设置为M₀，工况为W₀。

在t₄-t₅时段，控制计算机将浸没式液冷系统工作参数设置为M₁，工况为W₁。

本实施例中，由于IT设备A₁、IT设备A₂、IT设备B₁的热功率不同，控制计算机必须对每个浸没腔体的制冷量进行独立控制，以使每个浸没腔体氟化液的加权平均温度从T_liquid-min到T_liquid-max可调，以便充分利用氟化液的制冷容量。

本实施例电费成本节约U_saving为低谷与尖峰电价差：

U_saving＝R_peak×(P_c0-P_c2)×(t₃-t₂)+R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)。

本实施例在实际运行中，IT设备A₁、IT设备A₂、IT设备B₁的热功率会发生变化，偏离预定工况。控制计算机实时监测实际工况，通过智能算法及时调整工作参数，从而是系统回到预定工况。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，参照图10-12所示，电费平价时释放储冷量，本实施例储能系统中，若IT设备热功率在t₀-t₅段内为P_it并且保持不变；

当浸没冷却单元中冷却液的温度范围在有效温度范围T_liquid-min到T_liquid-max内，一次冷源制冷功率为P_c0时，IT设备冷却与散热达到平衡，IT设备温度保持不变，浸没冷却单元中冷却液的加权平均温度为T_liquid；

在t₀-t₁时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

在t₁-t₂时段，一次冷源制冷功率为P_c2＜P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度上升到T_liquid-max；

在t₂-t₄时段，一次冷源制冷功率为P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-max；

在t₄-t₅时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

系统的储能发生在t₀-t₁时段，储冷量为D_s：

D_s＝C×m×(T_liquid-max-T_liquid-min)

式中：C为浸没冷却单元中冷却液的比热容，m为浸没冷却单元中冷却液的总质量；

系统储能释放发生在t₁-t₂时段，释放冷量为D_d：

D_d＝C×m×(T_liquid-min-T_liquid-max)

在不启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_normal：

U_nomral＝R_low×P_c0×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)

在启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_es：

U_es＝R_low×P_c1×(t₁-t₀)+R_normal×P_c2×(t₂-t₁)

电费成本节约U_saving为低谷与平价电价差：

U_seving＝R_normal×(P_c0-P_c2)×(t₂-t₁)-R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)。

实施例5

本实施例提供一种传热结构优化，增加储冷量D_s可以增加电费成本节约U_saving，提升系统的经济效益。根据系统储能公式，储冷量D_s与冷却液的供液温度上限T_liquid-max成正比。

本实施例浸没式冷却单元中，IT设备散热属于对流换热，适用牛顿冷却公式：

Φ＝h(t_w-t_f)A

式中：Φ为传热功率(又称热流量、传热速率；是指在单位时间内通过传热面的热量),A为传热面积，h为对流传热系数，t_w为IT设备温度，t_f为冷却液温度。在提升冷却液的供液温度上限T_liquid-max的同时，还必须提升对流传热系数h或者换热面积A，以便保持传热功率Φ不变。

本实施例可以通过优化IT设备在浸没冷却单元的安装方式来提升对流传热系数h，如图13所示，冷却液从密闭箱体下方的进液管流入，从上方的回液管流出，计算机主板正面(安装CPU)与水平面夹角为β。

本实施例中，模拟实验表明，当β在85度到88度之间时，在保持CPU表面温度基本不变的条件下，供液温度上限T_liquid-max可以提升0.2摄氏度。

此外，本实施例还可以通过提升IT设备主要发热部件(CPU、GPU、SSD)的散热效率来提升供液温度上限T_liquid-max。

本实施例以CPU散热为例，在浸没式液冷系统中，CPU一般采用被动式翅片散热器散热。如图14是一个垂直放置的板翅片换热器几何示意图。图中，g是重力加速度，W为基板宽度，L为基板长度，b为基板厚度，t为翅片厚度，S_opt为翅片间隙，N为翅片数。翅片厚度t、基板厚度b导致的面积比散热器整体的面积小很多，可以忽略。

本实施例板翅片换热器的散热计算如图15所示，图中，散热器的表面A₁区域的对流换热量Q_c1，对流散热系数为h₁；A₁区域的对流换热量Q_c2，对对流散热系统h₂；Q_r1和Q_r2为辐射换热量，对于浸没式液冷散热可以忽略。

本实施例散热器对流传热公式：

Φ＝Q_c1+Q_c2

Q_c1＝h₁(t_w-t_f)A₁

A₁＝2[HL+t(2H+L)]

Q_c2＝h₂(t_w-t_f)A₂

A₂＝(N-1)×{L×[2(H-b)+S_opt]+2(tH+S_opt)+tL}

Φ＝Q_c1+Q_c2＝(t_w-t_f)×{h₁×2[HL+t(2H+L)]+h₂×(N-1)×{L×[2(H-b)+S_opt]+2(tH+S_opt)+tL}}

本实施例中，对于直翅片，翅片长度L_c等于基板宽度L。通过改变翅片的形状，使L_c大于L，增加散热面积A₁及A₂，从而增加传热功率Φ。

本实施例中，如图16-17所示的板翅片散热器，翅片为直线，翅片总长度4L，其他参数不变，将翅片为曲线，翅片总长度大于4L，散热面积、传热功率相应增大。翅片曲线可以是弧线或者其他流线型曲线，以热力学优化为准。

本实施例中，如图18所示的板翅片散热器，在翅片上增加上盖，增加A2面积，传热功率同样增大。

A₂＝〔N-1〕×{L×[2〔H-b〕+S_opt]+2(tH+S_opt)+tL}+L×W

综上，本发明利用数据中心部署的大量浸没式冷却单元作为分布式储能系统，电力供应充足(电价低谷)时，增加制冷机组的制冷功率(大于IT设备散热量)，将浸没式冷却单元中的冷却液降低到最低工作温度，从而储存制冷量；电力供应紧张(电价尖峰)时，降低制冷机组的制冷功率(小于IT设备散热量)，浸没式液冷单元中的冷却液回升到最高工作温度，释放储存的制冷量；削峰填谷，降低电费成本。此外，为了提升系统储冷量，根据浸没式液冷的特点，对IT设备传热结构进行了优化。系统通过智能控制策略调整一次侧冷源单元的工况实现储能(蓄冷)，零运营成本，经济效益极佳。

本发明利用数据中心部署的大量浸没式冷却单元作为分布式储能系统，通过智能控制策略调整一次侧冷源单元的工况实现储能(蓄冷)，成本低，见效快。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，包括

浸没冷却单元，使用浸没腔体承载IT设备和冷却液，并在电力充足时将电能储存为制冷量，在电力紧张时释放储存的制冷量；

多级冷却单元，用于对所述浸没冷却单元进行散热；

控制单元，通过硬件和软件方式监测所述浸没冷却单元和多级冷却单元，同时执行控制策略，通过调整所述浸没冷却单元和多级冷却单元的工作状态实现储能；

所述浸没冷却单元的冷却液采用氟化液，其中不少于80％的容量为氟化液，所述IT设备浸没在氟化液中，氟化液直接与板卡、芯片接触进行散热；

所述浸没冷却单元中冷却液温度从T₁到T_n呈梯度分布，浸没冷却单元中冷却液加权平均温度为T_liquid；

式中，T₁为供液管流入的低温冷却液的温度，T_n为回液管流出的高温冷却液的温度，浸没冷却单元中温度为T_i的冷却液质量为M_i；

冷却液的总质量为

T_liquid有效工作范围为T_liquid-min到T_liquid-max。

2.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述浸没腔体为封闭式容器，浸没腔体与供液管、回液管相通，低温冷却液液从供液管流入，与IT设备热交换后从回液管流出。

3.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述浸没冷却单元使用板翅散热器辅助换热，且所述翅片为曲线翅片，所述板翅散热器为曲线型板翅散热器，所述曲线是弧线或者其他流线型曲线。

4.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述浸没冷却单元使用板翅散热器辅助换热，所述板翅散热器设置有上盖。

5.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述IT设备倾斜放置于所述浸没腔体内，其水平倾角为85度到88度。

6.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述多级冷却单元包括二次侧冷却单元和一次侧冷源单元，其中，所述二次侧冷却单元用于为所述浸没冷却单元散热，所述一次侧冷源单元用于为二次侧冷却单元散热。

7.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述储能系统中，若IT设备热功率在t₀-t₅段内为P_it并且保持不变；

当浸没冷却单元中冷却液的温度范围在有效温度范围T_liquid-min到T_liquid-max内，一次冷源制冷功率为P_c0时，IT设备冷却与散热达到平衡，IT设备温度保持不变，浸没冷却单元中冷却液的加权平均温度为T_liquid；

在t₀-t₁时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

在t₁-t₂时段，一次冷源制冷功率为P_c2<P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度上升到T_liquid-max；

在t₂-t₄时段，一次冷源制冷功率为P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-max；

在t₄-t₅时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

系统的储能发生在t₀-t₁时段，储冷量为D_s：

D_s＝C×m×(T_liquid-max-T_liquid-min)

式中：C为浸没冷却单元中冷却液的比热容，m为浸没冷却单元中冷却液的总质量；

系统储能释放发生在t₁-t₂时段，释放冷量为D_d:

D_d＝C×m×(T_liquid-min-T_liquid-max)

在不启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_normal：

U_nomral＝R_low×P_c0×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)

在启用分布式储能模式时，t₀-t₂时段电费为U_es：

U_es＝R_low×P_c1×(t₁-t₀)+R_normal×P_c2×(t₂-t₁)

电费成本节约U_saving为低谷与平价电价差：

U_saving＝R_normal×(P_c0-P_c2)×(t₂-t₁)-R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)。

8.根据权利要求1所述的一种数据中心分布式储能系统，其特征在于，所述储能系统中，若IT设备热功率在t₀-t₅段内为P_it并且保持不变；

当浸没冷却单元中冷却液的温度范围在有效温度范围T_liquid-min到T_liquid-max内，一次冷源制冷功率为P_c0时，IT设备冷却与散热达到平衡，IT设备温度保持不变，浸没冷却单元中冷却液的加权平均温度为T_liquid；

在t₀-t₁时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度下降到T_liquid-min；

在t₁-t₂时段，一次冷源制冷功率为P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-min；

在t₂-t₃时段，一次冷源制冷功率为P_c2<P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度上升至T_liquid-max；

在t₃-t₄时段，一次冷源制冷功率为P_c0,浸没冷却单元中冷却液加权平均温度保持T_liquid-max；

在t₄-t₅时段，一次冷源制冷功率为P_c1>P_c0,浸没冷却单元中冷却液供液温度下降到T_liquid-min；

系统的储能发生在t₀-t₁时段，储冷量为D_s，系统储能公式为：

D_s＝C×m×(T_liquid-max-T_liquid-min)

式中：C为浸没冷却单元中冷却液的比热容，m为浸没冷却单元中冷却液的总质量；

系统储能释放发生在t₂-t₃时段，释放冷量为D_d:

D_d＝C×m×(T_liquid-min-T_liquid-max)

在不启用分布式储能模式时，t0-t3时段电费为U_normal：

U_nomral＝R_low×P_c0×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)+R_peak×P_c0×(t₃-t₂)

在启用分布式储能模式时，t0-t3时段电费为U_es：

U_es＝R_low×P_c1×(t₁-t₀)+R_normal×P_c0×(t₂-t₁)+R_peak×P_c2×(t₃-t₂)

电费成本节约U_saving为低谷与尖峰电价差：

U_saving＝R_peak×(P_c0-P_c2)×(t₃-t₂)-R_low×(P_c1-P_c0)×(t₁-t₀)。