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回收数据中心废热再利用可行吗?

2023-05-04 15:48:45 Bill Schweber 阅读:
乍看之下,数据中心(或者说“服务器群”)产生的兆瓦级的废热似乎是一种真正的能源浪费,但它们也带来了独特的回收、采集与再利用机会…

乍看之下,数据中心(或者说“服务器群”)产生的兆瓦级的废热似乎是一种真正的能源浪费,但它们也带来了独特的回收、采集与再利用机会──而这已经是包括Facebook母公司Meta在内的从业者完全能轻松掌握的机会。PRAednc

自2020年起,Meta就从位于丹麦欧登塞(Odense)的数据中心回收过剩废热(可以观看BBC参访该Meta数据中心的有趣影片)。在荷兰也有大约10个由其他数据中心从业者主导的类似废热回收项目,还有主要位于欧洲的其他项目。PRAednc

Meta用简单的词句描述其废热回收方法(图1):“将废热传递到社区的流程是从风力涡轮发电机开始的。多座风力发电机产生并添加再生能源到电网为我们的设施供电,包括服务器;我们会把服务器产生的热空气引导至水冷却盘管,借由升高水的温度来回收废热。接着由一个可再生能源供电的热泵设施可再将水温提高,并通过分布式暖气网络将热水传送到当地社区。”PRAednc

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图1:将回收废热从可再生能源递送到终端使用者家中产生暖气或水龙头热水的路径,其中牵涉许多转换,以及能量转移阶段。(来源:Meta)PRAednc

 根据Meta提供的数据,该系统一年可回收10万兆瓦时的能量,足以为邻近小区的6900个家庭供应暖气。而他们提供的额外公共关系角度也很独特:除了可以节省能源的事实,还用了“每个帖子都温暖了一个丹麦人”当宣传点,因为无论任何人发了一封电子邮件、在网站上发帖,或是上网冲浪,他们都没有浪费能源,而是帮助家庭取暖。PRAednc

不过,要建造从热空气到更高温热水的系统并不容易。废热是从通过绝缘钢管流经数据中心的循环水收集而来,那些钢管穿过数据中心共176座冷却装置内部的铜制盘管。水通过热交换器获取约27℃ (80℉)的低温热,再输送到位于同一地点的热泵设施。热泵设施会“放大”温水的温度(也因此放大其热能密度)至70℃~75℃ (约160℉~170℉)。听起来很复杂吗?确实是的。PRAednc

而且这样的一套系统之所以可行,是因为丹麦,以及其他北欧国家通常都已经有集中式的热水系统用以提供小区暖气,还有搭配的地下管线──因此个别住宅不需要有自己的区域或热水暖气系统。PRAednc

值得一提的是,世界各地有很多大学校园也采用这样的配置,以集中式热水系统与蒸气锅炉,通过绝缘管线或地下隧道提供校园内建筑暖气。这种方式的成本比起在每栋建筑装设独立暖气设备来得低,也因为采用集中式设计,在设备维护上更容易。PRAednc

根据一个旨在推广废热再利用的欧盟赞助项目ReUseHeat的一项研究,靠近那些区域暖气系统的数据中心,具备一年产生约50TWh余热的潜力,这相当于欧洲家庭2020年在室内暖气消耗能源的2%~3%。PRAednc

不过这些数据中心能量采集程序虽然因为感觉能节省成本而看起来具有吸引力,但基于数个理由,那并非很容易或是能大规模部署的解决方案。首先,很多地方并没有社区型的热水与暖气系统,也没有铺设到每座房屋地下的管线;其次,获取与输送低温热会耗费大量分布式硬件与费用,特别是部署于一个像数据中心那么大的区域,无论是用文字叙述或是从图片(图2)来看,这种方法都需要大量移动零组件。PRAednc

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图2:实现集中式暖气系统需要大量管道以及热交换器、热泵等等设施;图中蓝色的管道代表较冷的水,红色管道则是代表较热的水。(来源:Meta)PRAednc

 热物理学定律以某种类似于电能和电压/电流水平的方式规定,能量的获取、传递与转换,在较高的温度下效率更高。虽然工业设施甚至一些办公室多年来已经使用所谓的“汽电共生”(co-generation)系统来获取、再利用设备产生的废热,不过其热源通常高度联合化,由再生能源所供应的负载也是如此。PRAednc

如果有一种方法能以相对较低温度将废热从源头有效直接转换成电力,然后利用电子系统(例如那些运用于以电池为基础之能源储存系统的)将之转换、调节,再用电线而非以加热水的方式传输,那就太好了。全电子系统需要的移动零组件很少,甚至完全不需要;以水为基础的系统就需要泵、热交换器等既笨重又需要维护的设施。PRAednc

对于来自低温热源废热的能量采集与回收的实际广泛利用,你的看法如何?这类设施在经济上或技术上是否具有吸引力?或者它们真的是能促进良好公共关系与大众关注的“示范性”项目,却需要持续多年的相当程度高昂代价支持?而对于现实世界一个不可避免的问题是:那些付出是值得的吗?  PRAednc

(原文刊登于EDN姊妹网站EE Times,参考原文:Harvesting Data Center Heat: Opportunity or Obstacle?,由Susan Hong编译。)PRAednc

责编:Ricardo
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  • 不是可行不可行的问题,回收再利用只是缓兵之计,当务之急是最大量地收集人类所有数据,所以叫大数据,以不浪费能源为原则,最大化数据中心(或者说“服务器群”),并积极准备把大数据放到外星球上。
    为什么呢?
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