CN115163411A - 一种海上风电与数据中心集成结构 - Google Patents

一种海上风电与数据中心集成结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电与数据中心集成结构，包括塔筒、风力发电机构、供电系统、数据中心和换热机构。数据中心设于塔筒内部，数据中心的电源由风力发电机构发电提供和/或供电系统提供。换热机构与海水连通，换热机构用于将海水与数据中心换热。本发明将数据中心集成到海上风电的塔筒内部，数据中心可直接利用风力发电机构发电使用，和/或与海上风电的供电系统连接，海上风电已经和岸上市电和通讯通过海缆连接，数据中心不需要单独建立岸站，数据中心就近取电，线缆损耗极少，能有效提高电源使用效率；数据中心能够直接与塔筒外海水进行热交换，海水提供持续的冷源能够有效节约能耗。

Description

一种海上风电与数据中心集成结构
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种海上风电与数据中心集成结构。
背景技术
随着海洋经济的迅速发展，海洋旅游、海洋渔业、海洋军事、海洋风电和海底数据中心等对海洋资源的需求让用海问题成为难题，探索节约用海的新模式是节约资源和保护环境的重要行动，是推动海洋资源利用方式根本转变的基本模式。集约用海对迅速兴起的海洋经济显得越发重要。
海上风电一般应用在水深0-30米的近海海域，大规模的风电场将电集中到海上升压站，通过高压海缆输送到陆上电网。海上风电因为具有资源丰富、发电利用小时高、不占用土地和适宜大规模开发的特点成为可再生能源发展的重要领域。
海底数据中心同样布放在水深30米左右的近海海域，通过海缆与岸站连接。目前海底数据中心同陆上数据中心相比需要铺设海缆，需要海洋基础和压载，需要维修船舶，同时需要占用一定的岸基资源。这些限制了海底数据中心规模部署。
作为可再生能源发展的海上风电和节能减排的海洋数据中心都在随着海洋经济的发展需要迅速兴起，他们对海洋资源的占用基本是相似的，但是海洋资源是有限的，对海洋资源的需求是无限的。为此本发明提出了一种海洋风电和海洋数据中心结合的集约用海的新模式。
发明内容
本申请的目的在于提供一种海上风电与数据中心集成结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种海上风电与数据中心集成结构，包括塔筒、风力发电机构和供电系统，所述供电系统为所述风力发电机构提供电源，还包括：
数据中心，所述数据中心设于所述塔筒内部，所述数据中心的电源由所述风力发电机构发电提供和/或所述供电系统提供；
换热机构，所述换热机构与海水连通，所述换热机构用于将所述海水与所述数据中心换热。
进一步地，所述数据中心包括：
壳体，所述壳体的内部中空；
隔层，多个所述隔层自上至下水平的设于所述壳体内，所述隔层和所述壳体的内壁形成多个工作空间。
进一步地，所述壳体的下部与所述塔筒之间通过灌浆连接，所述灌浆上部的所述壳体与所述塔筒之间设有热交换空间。
进一步地，所述壳体的下端呈向下凸出的圆弧状。
进一步地，所述壳体内设有通往各个所述工作空间的电梯。
进一步地，所述数据中心设于设于海平面以下的所述塔筒的内部，，所述换热机构包括：
散热器，所述散热器对应所述数据中心设于所述塔筒的外部。
进一步地，所述散热器采用翅片式散热器。
进一步地，所述换热机构包括：
冷却隔间，所述冷却隔间设于所述塔筒的内部，所述冷却隔间设于所述数据中心的上方或下方；
水管，所述水管的一端通过水泵与所述冷却隔间连通，所述水管的另一端与海水连通。
进一步地，所述水管的另一端可拆卸连接有滤网。
进一步地，所述换热机构包括多个所述水管，所述塔筒的外壁设有连接支架，所述水管的管体与所述连接支架连接，所述水管与所述塔筒向外侧倾斜设置。
综上，本发明的技术效果和优点：
1、本发明中，通过将数据中心集成到海上风电与数据中心集成结构的塔筒内部，数据中心可直接利用风力发电机构发电使用，和/或与海上风电与数据中心集成结构的供电系统连接，海上风电与数据中心集成结构已经和岸上市电和通讯通过海缆连接，数据中心不需要单独建立岸站，数据中心就近取电，线缆损耗极少，能有效提高电源使用效率；数据中心能够直接与塔筒外海水进行热交换，海水提供持续的冷源能够有效节约能耗；
2、本发明中，数据中心集成到壳体内部，各个工作空间能够放置数据中心用的配电设备和服务器等，能够从塔筒的平台进入到塔筒内数据中心进行维护，解决了海底数据中心规模部署及维护困难的问题；
3、本发明中，壳体与塔筒之间通过灌浆连接，能够使壳体与塔筒的连接牢靠；
4、本发明中，通过壳体下端呈向下凸出的圆弧状设置，能够增加壳体整体的强度。
5、本发明中，通过设置通往各个工作空间的电梯，利于进入各个工作空间进行维护，将数据中心放在塔筒内，能够避免单独给数据中心设计配重，节省了大量资源和海底空间占用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明第一种实施方式中海上风电与数据中心集成结构的结构示意图；
图2为本发明第一种实施方式中海上风电与数据中心集成结构的半剖图；
图3为本发明第二种实施方式中换热机构的结构示意图。
图中：1、塔筒；2、壳体；3、隔层；4、控制间；5、配电房B；6、配电房A；7、机房；8、灌浆；9、电梯；10、散热器；11、冷却隔间；12、水管；13、滤网；14、连接支架；15、平台；16、海平面；17、热交换空间。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和2所示，本发明一实施例提供一种海上风电与数据中心集成结构，包括塔筒1、风力发电机构和供电系统，风力发电机构和供电系统已经和岸上通讯和市电通过海缆连接，供电系统为风力发电机构提供电源。
因为稳定性设计要求，塔筒1的基础尺寸均较大，各式海上风电与数据中心集成结构的塔筒1内部空间利用都是不充足的。例如目前常见的5MW的海上风电与数据中心集成结构的塔筒1直径为6-8米，嵌入海床深度达30米。海床至风力发电机构的发电机之间的内部空间几乎是空的。在海床至发电机之间的内部空间内设计一个干燥隔间对风力发电的运行没有影响。将数据中心放置在该干燥空间内，塔筒1和数据中心的结合可以充分利用塔筒1内空间资源。因此本实施例的海上风电与数据中心集成结构还包括数据中心和换热机构。其中，数据中心设于塔筒1内部，数据中心的电源由风力发电机构发电提供和/或供电系统提供。数据中心可以直接利用风力发电机构发电使用，可选地数据中心还可以接入海上风电与数据中心集成结构的内外电，即供电系统，利用海上风电与数据中心集成结构的供电系统使用。换热机构与海水连通，换热机构用于将海水与数据中心换热。
本实施例通过将数据中心集成到海上风电与数据中心集成结构的塔筒1内部，数据中心可直接利用风力发电机构发电使用，和/或与海上风电与数据中心集成结构的供电系统连接，海上风电与数据中心集成结构已经和岸上市电和通讯通过海缆连接，数据中心不需要单独建立岸站，数据中心就近取电，线缆损耗极少，能有效提高电源使用效率；数据中心能够直接与塔筒1外海水进行热交换，海水提供持续的冷源能够有效节约能耗。
可选地，数据中心在塔筒1内可根据空间利用布放在海平面16以下或海平面16以上的位置。数据中心可以以机柜式或模块化等各种方式集成到塔筒1内。本申请可以根据不同的塔筒1尺寸及内部结构空间布放不同规模的数据中心。进一步地，数据中心包括壳体2和隔层3。壳体2作为数据中心的外壳将塔筒1与数据中心隔离。壳体2的内部中空；多个隔层3自上至下水平的设于壳体2内，隔层3和壳体2的内壁形成多个工作空间。可选地，由上至下依次的，各个工作空间可以分别为控制间4、配电房B5、配电房A6和若干层机房7等。可选地，壳体2内部空间直径可以为5-6m，可设置多层机房7，但相对于风力发电机构的发电量来说其用电很少，风力发电机构既可以供应塔筒1内数据中心用电又不影响往变电站输送电力。
本实施例通过将数据中心集成到壳体2内部，各个工作空间能够放置数据中心用的配电设备和服务器等，能够从塔筒1的平台15进入到塔筒1内数据中心进行维护，解决了海底数据中心规模部署及维护困难的问题。
进一步地，壳体2与塔筒1之间通过灌浆8连接。本实施例的壳体2的下部的外壁与塔筒1的内壁之间通过灌浆8连接，能够使壳体2与塔筒1的连接牢靠。所述灌浆8上部的所述壳体2与所述塔筒1之间设有间距，该间距为数据中心的热交换空间17。此外，壳体2的下端外部也可以通过灌浆8与塔筒连接。其中灌浆8的材料为风力发电装置施工中常见材料，本申请对灌浆8的材料不作具体限制。
可选地，壳体2的下端呈向下凸出的圆弧状。本实施例通过壳体2下端呈向下凸出的圆弧状设置，能够增加壳体2整体的强度。
各个隔层3之间的通道内可设置爬梯、运输升降车或线缆连接。也可以综合利用塔筒1内的维护设计及通道。可选地，壳体2内设有通往各个工作空间的电梯9。本实施例通过设置通往各个工作空间的电梯9，利于进入各个工作空间进行维护。本实施例将数据中心放在塔筒1内，能够避免单独给数据中心设计配重，节省了大量资源和海底空间占用。
可选地，如图1和2所示，本发明一实施例中，数据中心设于海平面16以下的塔筒1的内部，即数据中心布放在海平面16以下。可选地，换热机构包括散热器10。散热器10对应数据中心设于塔筒的外部。本实施例的散热器10对应数据中心的外周设置，数据中心布放在海平面16以下，利用海水对数据中心进行冷却，实现海水与数据中心的热交换，在节能的同时能够提高数据中心的换热效率。
进一步地，散热器10采用翅片式散热器。翅片式散热器上的翅片结构能够增加散热器10与海水的接触面积，进一步提高数据中心的换热效率。
可选地，如图3所示，本发明一实施例中，换热机构包括冷却隔间11和水管12。冷却隔间11用于与数据中心进行热交换。冷却隔间11设于塔筒1的内部，冷却隔间11设于数据中心的上方或下方。可选地，冷却隔间11根据数据中心的热气引出的方式不同可以设置在不同位置。例如，各个工作空间内可以设置空调制冷系统，冷媒可以选用氟利昂。若输送氟利昂的热管上没有设置氟泵作为动力循环，靠自身重力循环，即数据中心内冷媒自循环时，由于液态氟利昂受热后转为气态氟利昂，数据中心内的热气即气态氟利昂会聚集在数据中心的上部，冷却隔间11则设在数据中心的上方，即壳体2外部的上方；若输送氟利昂的热管上设置氟泵作为循环动力，则冷媒能够被引到数据中心下部，冷却隔间11可以设在数据中心下方，即壳体2外部的下方。可选地，冷却隔间11可以通过灌浆8与塔筒1内壁连接。冷却隔间内设有用于海水和冷媒换热的换热器，低温海水经过水管12和水泵与换热器的进水口连通，气态的氟利昂与换热器的进气口连通，气态氟利昂与低温海水换热变成液态氟利昂，液态氟利昂经换热器的出液口流至工作空间内空调，供空调制冷，低温海水换热后成高温海水，高温海水从换热器的出水口经水管排回至大海中。可选地，水泵可以设置在冷却隔间11内部，也可以设置在冷却隔间11的外部，例如塔筒1外壁设置安装架来安装水泵。
进一步地，水管12的另一端可拆卸连接有滤网13。可选地，水管12的另一端和滤网13可以螺纹连接或卡接等。本实施例通过设置滤网13能够避免海水中的杂质进入水管12内，能够避免水管12产生堵塞现象。
进一步地，换热机构包括多个水管12，塔筒1的外壁设有连接支架14，水管12的管体与连接支架14连接，水管12与塔筒1向外侧倾斜设置。本实施例的水管12与塔筒1向外侧倾斜设置，利于水管12内海水的流动。
可选地，本实施例的数据中心可以布放在海平面16以下或海平面16以上的塔筒1内。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电与数据中心集成结构，包括塔筒(1)、风力发电机构和供电系统，所述供电系统为所述风力发电机构提供电源，其特征在于，还包括：
数据中心，所述数据中心设于所述塔筒(1)内部，所述数据中心的电源由所述风力发电机构发电提供和/或所述供电系统提供；
换热机构，所述换热机构与海水连通，所述换热机构用于将所述海水与所述数据中心换热。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述数据中心包括：
壳体(2)，所述壳体(2)的内部中空；
隔层(3)，多个所述隔层(3)自上至下水平的设于所述壳体(2)内，所述隔层(3)和所述壳体(2)的内壁形成多个工作空间。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述壳体(2)的下部与所述塔筒(1)之间通过灌浆(8)连接，所述灌浆(8)上部的所述壳体(2)与所述塔筒(1)之间设有热交换空间(17)。
4.根据权利要求2所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述壳体(2)的下端呈向下凸出的圆弧状。
5.根据权利要求2所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述壳体(2)内设有通往各个所述工作空间的电梯(9)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述数据中心设于设于海平面(16)以下的所述塔筒(1)的内部，所述换热机构包括：
散热器(10)，所述散热器(10)对应所述数据中心设于所述塔筒(1)的外部。
7.根据权利要求6所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述散热器(10)采用翅片式散热器(10)。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述换热机构包括：
冷却隔间(11)，所述冷却隔间(11)设于所述塔筒(1)的内部，所述冷却隔间(11)设于所述数据中心的上方或下方；
水管(12)，所述水管(12)的一端通过水泵与所述冷却隔间(11)连通，所述水管(12)的另一端与海水连通。
9.根据权利要求8所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述水管(12)的另一端可拆卸连接有滤网(13)。
10.根据权利要求8所述的一种海上风电与数据中心集成结构，其特征在于，所述换热机构包括多个所述水管(12)，所述塔筒(1)的外壁设有连接支架(14)，所述水管(12)的管体与所述连接支架(14)连接，所述水管(12)与所述塔筒(1)向外侧倾斜设置。
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