水处理

​变“废热”为“负碳” ,促进废热回收减少碳排放!

2022-06-27 14:56:02


设备散热作为数据中心电力消耗之一,也是数据中心PUE产生的根本源头,降低设备热功耗一直是众多厂商努力研发的一个方向,但就目前技术而言,实现设备完全不散热简直是“天方夜谭”。

基于此,如果能将设备产生的热量回收,加以利用,进而减少生活中供热的碳排放,也可为“双碳”宏伟目标贡献一份力量。


1、数据中心余热回收变“废热”为“负碳”


数据中心作为数字经济重要的底层支撑,伴随着数字经济成为“十四五”规划的重点发展方向,数据中心也迎来了发展的黄金时代,但数据中心是碳排放大户,在“3060”双碳战略目标的背景下,如何构建低碳、零碳,甚至是“负碳”数据中心成为整个IDC产业上下游共同关注的焦点话题。


目前我国大约有8万座数据中心,绝大部分余热直接排向空气,浪费巨大。

据统计,目前利用余热回收技术回收余热加以利用的数据中心仅有阿里巴巴千岛湖数据中心、腾讯天津数据中心、中国电信重庆云计算基地、万国数据北京三号数据中心,以及即将投产的UCloud优刻得乌兰察布云计算中心等寥数家数据中心。


其中,据UCloud提供数据显示,UCloud优刻得乌兰察布云计算中心项目每年可回收废热78000GJ,每年减少二氧化碳排放7380吨,相当于种植了40万棵树。

而据统计,腾讯天津数据中心,一期余热回收项目,每年也可减少能耗标煤达525吨,相当于减少1310吨二氧化碳排放量,等效于种植7.2万棵树。

通过数据可以看出,利用余热回收技术可实现的节能减排的体量,非常可观。

现阶段,我国数据中心余热回收之所以应用不算广泛主要可以从两个方面来看:


观念层面,就像前文提到的,现阶段,大多国内数据中心产业研究方向还主要集中在制冷设备性能能效提升、冷热源技术方案优化、可再生能源及自然冷源利用等方面。

且在政策层面,我国尚未发布数据中心余热利用相关的规范及指导方案,数据中心余热利用的质量和规格参差不齐,这也一定程度上增加了余热回收在数据中心普及的难度。


应用层面。

首先,现阶段余热回收利用基础设施建设一次性投资成本较大,投资回收期长,一般在3-5年以上,且安装相应设备需要企业部分停工停产,延长项目交付周期,影响数据中心交付周期,进而可能影响经济效益。


其次,余热回收系统安全运维较复杂。

对数据中心安全稳定性要求较高的行业(如金融行业)来说,增加数据中心余热回收设备,不仅对此业务部署没有益处,反而还有可能提升出现故障的概率,故障损失修复带来的影响足以抵消长期节能带来的收益。


再次,回收的余热理想化应用场景主要为生活供热,而数据中心大多建设在离市区人口密集区较远的地方,余热消纳应用场景不多,要建设长途运输管道等设备又将加大投资成本,这也是现阶段我国数据中心为普及余热回收利用技术的一大原因。


同时,值得注意的是,现阶段大多数据中心采用风冷降温,相较于液冷数据中心,风冷数据中心余热收集及运输难度较大,成本较高。

从技术角度看,风冷系统携带热量介质为空气,存在余热流动缓慢、不适合长距离运输、品味低等缺陷,需要铺设更大的管道,投资成本高,且回收利用率低;液冷系统携带热量介质为冷却液,流动性强、品味较高、方便运输,相对于风冷系统,投资成本较低,利用率较高,更适合余热回收利用。


放眼国际,欧美各国数据中心余热回收利用的成功经验或许可为我国数据中心余热回收提供些许经验。

欧美各国在数据中心余热回收利用方面已有“固定模式”。

早在2010年,欧美地区就有国家开始回收数据中心余热用于市政供暖,特别是气候较冷的北欧国家,如瑞典、丹麦、芬兰等国,其余热回收利用产业链完整,拥有专业从事数据中心余热回收的节能服务公司,在取热效果、热能输送等方面具有全球领先的技术,已展现出良好的经济效益。


出售余热甚至成为某些IDC运营商的固定收入来源,比如,联合爱迪生公司销售的热量为0.07美元/千瓦时,其 1.2 mw数据中心产生的余热可带来每年超过35万美元的收入,这对运营商而言是非常高的财务激励。

除此之外,像苹果、IBN、谷歌等欧美巨头公司运营的数据中心也均有余热回收利用的成功案例供我国IDC运营商参考借鉴。


2、瑞典清洁技术公司Climeon推出新一代模块化废热回收系统


据介绍,Climeon HeatPower 300 Marine是一种有机朗肯循环(ORC)废热回收产品,针对船舶环境进行了优化,设计用于从船上的低温废热中产生清洁能源,可进行模块化生产,实现定制交付产品,并且针对项目指定的船舶设计和运营特点进行了优化。

该产品能在低至85摄氏度的温度下从废热中产生无碳电力,使清洁能源可仅由船上的夹套冷却水产生。


与Climeon公司的现有产品HP 150一样,Climeon HeatPower 300由于配有Climeon Live控制系统而具有无缝自动化的功能,可作为一个坚固、紧凑的装置交付,能快速集成至新造船或船舶改装中,而且需要最少的维护,从而具有运营成本低和有吸引力的投资回报率,使船东有机会满足EEDI、EEXI和CII法规要求,同时最大限度减少支出,避免出现运营中断和面向未来。


3、日本研究人员发现一种普通材料 可快速储存并按需释放余热能量


日本的研究人员表明,一种普通的材料在储存和释放热量方面非常出色,这可能使它在回收工业废热方面发挥作用。

该材料与空气交换水分,使其能够快速吸收或释放热量。

所述材料是一种一种常见的天然分层的氧化锰矿物,它含有钾离子和结晶水,在能源储存和作为水解催化剂方面显示出前景。


在这项新的研究中,东北大学和Rigaku公司的研究人员发现,这种材料也能很好地用于热存储。

研究人员发现,通过一种被称为水插层的机制,该材料在储存和释放热量方面非常出色。

从本质上讲,当该材料暴露在足够的热量下时,储存在其内部的水分子获得能量并被释放到其周围的空气中。

这种现在已经脱水的材料有效地储存了热能,直到它被潮湿的空气重新液化,这时它吸收水分子并再次释放热量。


这项研究的通讯作者Tetsu Ichitsubo说:"这种'插层'机制,即水分子可逆地插入到一个分层材料中,对于热存储是非常有利的。

它非常快速、可逆,而且材料的结构保持良好。

此外,大气中的氧气不会使层状氧化锰晶体降解,水也不会溶解它。

这使得它成为工业环境中废热再利用的优秀候选者。

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在这种情况下,该材料被加热到200℃(392°F)以引发脱水,并冷却到120℃(248°F)以在暴露于潮湿空气中时释放其储存的热量。

该材料的能量密度超过每立方米1000兆焦耳,具有较长的使用寿命,并且可以在几分钟内进行蓄能和释放。


研究人员说,这种材料可以用于捕捉和重新利用工业生产过程中作为废热损失的能量。


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