CN220673403U - 数据中心的多能联供系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种数据中心的多能联供系统，该系统包括供冷系统、供电系统和碳捕集系统；供冷系统包括冷能回收系统；供电系统包括燃料电池发电机组、燃气轮机发电机组和余热回收系统；余热回收系统包括第一换热器和余热锅炉；碳捕集系统包括尾气浓缩装置和电解池。尾气浓缩装置与燃料电池发电机组连接，用于对燃料电池发电机组输出的尾气进行浓缩；电解池分别与尾气浓缩装置、可再生能源供电系统和燃料电池发电机组连接，电解池用于利用可再生能源供电系统提供的绿电将浓缩后尾气中的二氧化碳和水蒸气转化为一氧化碳和氢气，提供给燃料电池发电机组。通过该系统能够显著降低数据中心的能耗和碳排放量。
Description
技术领域
本申请涉及能源系统技术领域，特别涉及一种数据中心的多能联供系统。
背景技术
随着移动互联网、物联网、5G通信等信息技术的快速发展，数据中心建设步伐明显加快。但是，数据中心不仅数据处理设备自身运行需要耗电，而且数据处理设备运行过程中发热量极大，需要专用散热设备直接对发热部件进行散热，还需要散热设备对环境进行散热。数据中心中用于提供冷能的散热设备也消耗大量电能。在此基础上，如何降低数据中心能耗和碳排放量成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于现有技术中存在的上述问题，本申请提供了一种数据中心的多能联供系统，本申请采用的技术方案如下。
一种数据中心的多能联供系统，包括供冷系统、供电系统和碳捕集系统；所述供冷系统包括冷能回收系统；所述供电系统包括燃料电池发电机组、燃气轮机发电机组和余热回收系统；所述碳捕集系统包括尾气浓缩装置和电解池；
所述冷能回收系统与LNG供给系统连接，所述冷能回收系统用于气化所述LNG供给系统输送的LNG，利用LNG气化释放的冷能为数据中心供冷；
所述燃料电池发电机组分别与所述冷能回收系统和所述余热回收系统连接，所述燃料电池发电机组用于将所述冷能回收系统提供的天然气和所述余热回收系统提供的水蒸气重整为一氧化碳和氢气，利用一氧化碳、氢气和所述余热回收系统提供的高温空气发电，并将电能输送至所述数据中心；
所述燃气轮机发电机组分别与所述冷能回收系统和所述余热回收系统连接，所述燃气轮机发电机组利用所述冷能回收系统的天然气和所述余热回收系统提供的水蒸气发电，并将电能输送至所述数据中心；
所述余热回收系统包括第一换热器和余热锅炉；所述第一换热器热侧分别与所述燃气轮机发电机组和所述余热锅炉连接，所述第一换热器冷侧分别与空气压缩机和所述燃料电池发电机组连接，所述第一换热器用于利用所述燃气轮机发电机组的尾气加热空气；所述余热锅炉与水泵连接，所述余热锅炉用于利用经所述第一换热器换热后的尾气将水加热为水蒸气；
所述尾气浓缩装置与所述燃料电池发电机组连接，用于对所述燃料电池发电机组输出的尾气进行浓缩；所述电解池分别与所述尾气浓缩装置、可再生能源供电系统和所述燃料电池发电机组连接，所述电解池用于利用所述可再生能源供电系统提供的绿电将浓缩后尾气中的二氧化碳和水蒸气转化为一氧化碳和氢气，提供给所述燃料电池发电机组。
在一些实施例中，所述冷能回收系统包括冷水制冷机组，所述冷水制冷机组分别与所述LNG供给系统、所述燃料电池发电机组和所述燃气轮机发电机组连接，所述冷水制冷机组用于气化所述LNG供给系统输送的LNG，利用LNG气化释放的冷能为数据中心供冷。
在一些实施例中，所述冷能回收系统还包括冷却装置，所述冷却装置分别与所述LNG供给系统、所述余热锅炉、所述燃料电池发电机组和所述燃气轮机发电机组连接，所述冷却装置用于利用LNG将所述余热锅炉的尾气中的二氧化碳转化为干冰。
在一些实施例中，所述供冷系统还包括吸收式制冷机组和第二换热器，所述第二换热器热侧分别与所述余热锅炉和所述冷却装置连接，所述第二换热器冷侧与所述吸收式制冷机组连接。
在一些实施例中，所述第二换热器和所述冷却装置之间还设置有气液分离器。
在一些实施例中，所述供冷系统还包括压缩式制冷机组，所述压缩式制冷机组与所述燃料电池发电机组和/或所述燃气轮机发电机组连接。
在一些实施例中，所述燃料电池发电机组包括重整装置和高温燃料电池发电装置；
所述重整装置分别与所述冷能回收系统、所述余热锅炉和所述高温燃料电池发电装置的阳极进气端连接，所述重整装置用于将天然气和水蒸气转化为一氧化碳和氢气；
所述高温燃料电池发电装置的阴极进气端与所述第一换热器冷侧的出气端连接，所述高温燃料电池发电装置的阳极出气端与所述尾气浓缩装置连接，所述高温燃料电池发电装置的阴极出气端与所述燃气轮机发电机组连接。
在一些实施例中，所述燃料电池发电机组还包括脱硫装置，所述脱硫装置的进气端与所述冷能回收系统连接，所述脱硫装置的出气端分别与所述重整装置和所述燃气轮机发电机组连接。
在一些实施例中，所述燃料电池发电机组还包括后燃室，所述后燃室的进气端分别与所述高温燃料电池发电装置的阳极出气端和阴极出气端连接，所述后燃室的出气端与所述燃气轮机发电装置连接。
在一些实施例中，所述燃气轮机发电机组包括燃烧室和透平发电机，所述燃烧室分别与所述冷能回收系统、所述余热锅炉、所述后燃室和所述透平发电机连接，所述透平发电机利用所述燃烧室输出的尾气做功进行发电。
本申请实施例的数据中心的多能联供系统，通过冷能回收系统对LNG进行气化，利用LNG气化释放的冷能为数据中心供冷，实现了数据中心的热能和LNG中冷能的双向回收再利用，能够显著降低数据中心散热过程所需能耗。通过燃料电池发电机组和燃气轮机发电机组能够保证数据中心不间断的供电需求。通过余热回收系统对燃气轮机发电机组的尾气中余热进行回收再利用，能够提高该多能联供系统的能源利用率。利用电解池共电解制氢原料气和燃料电池发电机组所排放的尾气主要成分相一致的特点，通过电解池利用可再生能源供电系统产生的绿电，对燃料电池发电机组阳极尾气中的二氧化碳进行捕集，产生一氧化碳和氢气提供给燃料电池发电机组，使二氧化碳在本系统内实现循环利用，能够明显有效减少碳排放量。这样，通过能量存储和优化配置实现数据中心能源生产与用能负荷基本平衡，打造零碳数据中心的同时大大提高了工艺系统物质利用率，在一定程度上保证了数据中心的绿电供应和碳抵消。
附图说明
图1为本申请实施例的数据中心的多能联供系统的结构框图；
图2为本申请实施例的数据中心的多能联供系统的部分结构的工艺流程图。
附图标记说明：
100-供冷系统；110-冷能回收系统；112-冷却装置；121-吸收式制冷机组；122-第二换热器；123-气液分离器；
200-供电系统；210-燃料电池发电机组；211-脱硫装置；212-重整装置；213-高温燃料电池发电装置；214-后燃室；220-燃气轮机发电机组；221-燃烧室；222-透平发电机；230-余热回收系统；231-第一换热器；232-余热锅炉；233-空气压缩机；234-水泵；
300-碳捕集系统；310-尾气浓缩装置；320-电解池；
400-LNG供给系统；410-LNG压缩机；420-LNG储罐；
500-数据中心。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供了一种数据中心的多能联供系统，图1为本申请实施例的数据中心的多能联供系统的结构框图，图2为本申请实施例的数据中心的多能联供系统的部分结构的工艺流程图。参见图1和图2所示，本申请实施例的数据中心的多能联供系统包括供冷系统100、供电系统200和碳捕集系统300。所述供冷系统100包括冷能回收系统110，所述供电系统200包括燃料电池发电机组210、燃气轮机发电机组220和余热回收系统230，所述碳捕集系统300包括尾气浓缩装置310和电解池320。
所述冷能回收系统110与LNG供给系统400连接，所述冷能回收系统110用于气化所述LNG供给系统400输送的液化天然气(LNG)，利用LNG气化释放的冷能为数据中心500供冷。可选的，所述LNG供给系统400可包括LNG储罐420、LNG压缩机410及连接在LNG储罐420和LNG压缩机410之间的管线等等。
所述燃料电池发电机组210分别与所述冷能回收系统110和所述余热回收系统230连接，所述燃料电池发电机组210用于将所述冷能回收系统110提供的天然气和所述余热回收系统230提供的水蒸气重整为一氧化碳和氢气，利用一氧化碳、氢气和所述余热回收系统230提供的高温空气发电，并将电能输送至所述数据中心500。可选的，所述高温空气可为温度为700℃至750℃的空气。
所述燃气轮机发电机组220分别与所述冷能回收系统110和所述余热回收系统230连接，所述燃气轮机发电机组220利用所述冷能回收系统110的天然气和所述余热回收系统230提供的水蒸气发电，并将电能输送至所述数据中心500。
所述余热回收系统230包括第一换热器231和余热锅炉232。所述第一换热器231热侧分别与所述燃气轮机发电机组220和所述余热锅炉232连接，所述第一换热器231冷侧分别与空气压缩机233和所述燃料电池发电机组210连接，所述第一换热器231用于利用所述燃气轮机发电机组220的尾气加热空气至700℃至750℃，形成所述高温空气。所述余热锅炉232与水泵234连接，所述余热锅炉232用于利用经所述第一换热器231换热后的尾气将水加热为350℃至400℃的水蒸气。
所述尾气浓缩装置310与所述燃料电池发电机组210连接，用于对所述燃料电池发电机组210输出的尾气进行浓缩。所述电解池320分别与所述尾气浓缩装置310、可再生能源发电系统和所述燃料电池发电机组210连接，所述电解池320用于利用所述可再生能源发电系统提供的绿电将浓缩尾气中的二氧化碳和水蒸气转化为一氧化碳和氢气，提供给所述燃料电池发电机组210。可选的，所述可再生能源发电系统包括但不限于风力发电系统、光伏发电系统、海洋能发电系统等等。
本申请实施例的数据中心的多能联供系统，通过冷能回收系统110对LNG进行气化，利用LNG气化释放的冷能为数据中心500供冷，实现了供电系统200的余热和LNG冷能的双向回收再利用，能够显著降低数据中心500散热过程所需能耗。通过燃料电池发电机组210和燃气轮机发电机组220能够保证数据中心500不间断的供电需求。通过余热回收系统230对燃气轮机发电机组220的尾气中余热进行回收再利用，能够提高该多能联供系统的能源利用率。利用电解池320共电解制氢原料气和燃料电池发电机组210所排放的尾气主要成分相一致的特点，通过电解池320利用可再生能源发电系统产生的绿电，对燃料电池发电机组210输出的阳极尾气中的二氧化碳捕集，形成一氧化碳和氢气提供给燃料电池发电机组210，使二氧化碳在本系统内进行循环利用，能够明显有效减少碳排放量。这样，通过能量存储和优化配置实现数据中心500能源生产与用能负荷基本平衡，打造零碳数据中心500的同时大大提高了工艺系统物质利用率，在一定程度上保证了数据中心500的绿电供应和碳抵消。
在一些实施例中，所述冷能回收系统110包括冷水制冷机组(图中未示出)，所述冷水制冷机组分别与所述LNG供给系统400、所述燃料电池发电机组210和所述燃气轮机发电机组220，所述冷水制冷机组用于气化所述LNG压缩机410输送的LNG，利用LNG气化释放的冷能为数据中心500供冷。可选的，所述冷能回收系统110可利用水或其他换热介质与LNG进行热交换，在气化LNG的同时，实现了为换热介质降温的目的，所形成的低温换热介质可用于为数据中心500供冷。
配合图2所示，在一些实施例中，所述冷能回收系统110还包括冷却装置112，所述冷却装置112分别与所述LNG压缩机410、所述余热锅炉232、所述燃料电池发电机组210和所述燃气轮机发电机组220连接，所述冷却装置112用于利用LNG将所述余热锅炉232的尾气中的二氧化碳转化为干冰。如此，不仅对LNG气化释放的冷能进行回收利用，还实现了对余热锅炉232尾气中二氧化碳的捕集，能够明显减少系统的碳排放量，可以基本实现零碳排。所形成的干冰可用于为数据中心500供冷。例如，也可将干冰作为所述冷水制冷机组的备用冷源。此时，尾气浓缩装置310还可与所述冷水制冷机组连接，收集干冰气化形成的二氧化碳，实现全面的二氧化碳捕集。当然，所制备的干冰也可作为他用。
配合图2所示，在一些实施例中，所述供冷系统100还包括吸收式制冷机组121和第二换热器122，所述第二换热器122热侧分别与所述余热锅炉232和所述冷却装置112连接，所述第二换热器122冷侧与所述吸收式制冷机组121连接。设置第二换热器122和吸收式制冷机组121不仅能够对余热锅炉232的尾气中的热量进行回收利用，以进一步提高该多能联供系统的能源利用率，而且能够提高供冷系统100的供冷能力，可以基本实现连续不间断供冷。
在一些实施例中，所述第二换热器122和所述冷却装置112之间还设置有气液分离器123，所述气液分离器123的进气端与所述第二换热器122热侧的出气端连接，所述气液分离器123的出气端分别与所述冷却装置112，以及所述吸收式制冷机组121的蓄水池或所述冷水制冷机组的蓄水池连接。所述气液分离器123将尾气中的冷凝水分离。
在一些实施例中，所述供冷系统100还包括压缩式制冷机组(图中未示出)，所述压缩式制冷机组与所述燃料电池发电机组210和/或所述燃气轮机发电机组220电连接。设置压缩式制冷机组能够进一步提高供冷系统100的供冷能力和灵活性。在实际应用时，所述压缩式制冷机组可作为备用冷源，作为数据中心500工作功率较大时的补充冷源。
配合图2所示，在一些实施例中，所述燃料电池发电机组210包括脱硫装置211、重整装置212和高温燃料电池发电装置213。所述脱硫装置211的进气端与所述冷能回收系统110连接，所述脱硫装置211的出气端分别与所述重整装置212的进气端和所述燃气轮机发电机组220连接。所述脱硫装置211用于对所述冷能回收系统110输送的天然气进行脱硫处理，以降低天然气中含硫化合物的含量。所述重整装置212分别与所述余热锅炉232和所述高温燃料电池发电装置213的阳极进气端连接，所述重整装置212用于将天然气和水蒸气转化为一氧化碳和氢气。所述高温燃料电池发电装置213的阴极进气端与所述第一换热器231冷侧的出气端连接，所述高温燃料电池发电装置213的阳极出气端与所述尾气浓缩装置310连接，所述高温燃料电池发电装置213的阴极出气端与所述燃气轮机发电机组220连接。
在实际运行过程中，空气经过空气压缩机233压缩后，通过第一换热器231利用燃气轮机发电机组220的高温尾气加热至700℃-750℃，通入高温燃料电池发电装置213的阴极进气端。气化后的天然气进入脱硫装置211进行脱硫处理，脱硫后的天然气利用高温燃料电池发电装置213的余热加热至600℃-700℃。供给水通过水泵234后进入余热锅炉232，余热锅炉232利用第一换热器231输出的高温尾气对水进行加热，形成350℃-400℃水蒸气，一部分水蒸气提供给燃气轮机发电机组220，另一部分提供给重整装置212。重整装置212将天然气重整为一氧化碳和氢气，并与电解池320产生的一氧化碳和氢气(反应温度约为700℃)按一定比例混合进入燃料电池发电装置，经电化学反应产生稳定电力，为数据中心500供电。
在一些实施例中，所述燃料电池发电机组210还包括后燃室214，所述后燃室214的进气端分别与所述高温燃料电池发电装置213的阳极出气端和阴极出气端连接，所述后燃室214的出气端与所述燃气轮机发电装置连接。通过所述后燃室214能够对燃料电池发电装置的阳极尾气和阴极尾气进行充分燃烧，出口燃气送入燃烧室继续混合燃烧。
配合图2所示，在一些实施例中，所述燃气轮机发电机组220包括燃烧室221和透平发电机222，所述燃烧室221分别与所述冷能回收系统110、所述余热锅炉232、所述后燃室214和所述透平发电机222连接，所述透平发电机222利用所述燃烧室221输出的尾气做功进行发电。燃烧室221接收冷能回收系统110提供的天然气、余热锅炉232提供的350℃至400℃的水蒸气和后燃室214输出的尾气，进行充分燃烧然后产生高温燃气进入透平发电机222做功，产生稳定电力为数据中心500提供电能，之后尾气进入第一换热器231和余热锅炉232对尾气中的热能进行回收利用，在之后尾气进入冷却装置112，利用LNG冷能将尾气中二氧化碳转化为干冰，完成二氧化碳的捕集。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数据中心的多能联供系统，其特征在于，包括供冷系统、供电系统和碳捕集系统；所述供冷系统包括冷能回收系统；所述供电系统包括燃料电池发电机组、燃气轮机发电机组和余热回收系统；所述碳捕集系统包括尾气浓缩装置和电解池；
所述冷能回收系统与LNG供给系统连接，所述冷能回收系统用于气化所述LNG供给系统输送的LNG，利用LNG气化释放的冷能为数据中心供冷；
所述燃料电池发电机组分别与所述冷能回收系统和所述余热回收系统连接，所述燃料电池发电机组用于将所述冷能回收系统提供的天然气和所述余热回收系统提供的水蒸气重整为一氧化碳和氢气，利用一氧化碳、氢气和所述余热回收系统提供的高温空气发电，并将电能输送至所述数据中心；
所述燃气轮机发电机组分别与所述冷能回收系统和所述余热回收系统连接，所述燃气轮机发电机组利用所述冷能回收系统的天然气和所述余热回收系统提供的水蒸气发电，并将电能输送至所述数据中心；
所述余热回收系统包括第一换热器和余热锅炉；所述第一换热器热侧分别与所述燃气轮机发电机组和所述余热锅炉连接，所述第一换热器冷侧分别与空气压缩机和所述燃料电池发电机组连接，所述第一换热器用于利用所述燃气轮机发电机组的尾气加热空气；所述余热锅炉与水泵连接，所述余热锅炉用于利用经所述第一换热器换热后的尾气将水加热为水蒸气；
所述尾气浓缩装置与所述燃料电池发电机组连接，用于对所述燃料电池发电机组输出的尾气进行浓缩；所述电解池分别与所述尾气浓缩装置、可再生能源供电系统和所述燃料电池发电机组连接，所述电解池用于利用所述可再生能源供电系统提供的绿电将浓缩后尾气中的二氧化碳和水蒸气转化为一氧化碳和氢气，提供给所述燃料电池发电机组。
2.根据权利要求1所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述冷能回收系统包括冷水制冷机组，所述冷水制冷机组分别与所述LNG供给系统、所述燃料电池发电机组和所述燃气轮机发电机组连接，所述冷水制冷机组用于气化所述LNG供给系统输送的LNG，利用LNG气化释放的冷能为数据中心供冷。
3.根据权利要求2所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述冷能回收系统还包括冷却装置，所述冷却装置分别与所述LNG供给系统、所述余热锅炉、所述燃料电池发电机组和所述燃气轮机发电机组连接，所述冷却装置用于利用LNG将所述余热锅炉的尾气中的二氧化碳转化为干冰。
4.根据权利要求3所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述供冷系统还包括吸收式制冷机组和第二换热器，所述第二换热器热侧分别与所述余热锅炉和所述冷却装置连接，所述第二换热器冷侧与所述吸收式制冷机组连接。
5.根据权利要求4所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述第二换热器和所述冷却装置之间还设置有气液分离器。
6.根据权利要求2所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述供冷系统还包括压缩式制冷机组，所述压缩式制冷机组与所述燃料电池发电机组和/或所述燃气轮机发电机组连接。
7.根据权利要求1所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述燃料电池发电机组包括重整装置和高温燃料电池发电装置；
所述重整装置分别与所述冷能回收系统、所述余热锅炉和所述高温燃料电池发电装置的阳极进气端连接，所述重整装置用于将天然气和水蒸气转化为一氧化碳和氢气；
所述高温燃料电池发电装置的阴极进气端与所述第一换热器冷侧的出气端连接，所述高温燃料电池发电装置的阳极出气端与所述尾气浓缩装置连接，所述高温燃料电池发电装置的阴极出气端与所述燃气轮机发电机组连接。
8.根据权利要求7所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述燃料电池发电机组还包括脱硫装置，所述脱硫装置的进气端与所述冷能回收系统连接，所述脱硫装置的出气端分别与所述重整装置和所述燃气轮机发电机组连接。
9.根据权利要求7所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述燃料电池发电机组还包括后燃室，所述后燃室的进气端分别与所述高温燃料电池发电装置的阳极出气端和阴极出气端连接，所述后燃室的出气端与所述燃气轮机发电机组连接。
10.根据权利要求9所述的数据中心的多能联供系统，其特征在于，所述燃气轮机发电机组包括燃烧室和透平发电机，所述燃烧室分别与所述冷能回收系统、所述余热锅炉、所述后燃室和所述透平发电机连接，所述透平发电机利用所述燃烧室输出的尾气做功进行发电。
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