[實用新型]LNG冷能與數據中心供冷耦合系統

有效

• 申請號: 202220151541.4
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN216643796U
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張曦;吳潔清;林俊光;董益華;馬聰;陳思;趙申軼;葉飛宇
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司
• 主分類號: F17C3/00
• 分類號: F17C3/00;F17C9/02;F17C9/04;F17C13/04;F28F25/02;F28F27/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及LNG冷能與數據中心供冷耦合系統，包括LNG接收站儲罐、ORV汽化器、海水泵、第一換熱器、冷媒儲罐、第二換熱器、LNG應急氣源站儲罐、第三換熱器、空溫式汽化器、蓄水罐和第四換熱器；LNG接收站儲罐連接至ORV汽化器的天然氣進口，ORV汽化器的天然氣出口連接至燃氣管網；海水通過海水泵連接至ORV汽化器的海水進口，ORV汽化器的海水出口連接至第一換熱器的海水進口；LNG應急氣源站儲罐連接至第三換熱器的天然氣進口，第三換熱器的天然氣出口通過空溫式汽化器連接至燃氣管網；蓄水罐頂部布水器連接至第三換熱器的進水口。本發明的有益效果是：LNG汽化時將本應排入海中的冷能，通過換熱設備收集后，作為數據中心空調機組冷源使用。

技術領域

本實用新型涉及一種LNG冷能與數據中心供冷耦合系統，屬于LNG冷能利用技術領域。

背景技術

天然氣的主要成分是甲烷,在常壓下將甲烷降至-162℃(甲烷的沸點)時,甲烷就被液化，每立方米的甲烷液化后體積變為0.0024m³,約為甲烷0℃常壓下體積的1/600。甲烷液化后,其體積顯著變小。LNG接收站就是利用甲烷的這一顯著特點,在天然氣的產地附近將天然氣液化,然后利用其液化后體積變小、利于運輸的特點,將天然氣以LNG的形式輸送至接收站進行儲存、氣化和外輸至用戶。

LNG接收站需要將LNG氣化后輸送給用戶。LNG氣化后被還原為初始的氣體狀態,可以作為熱力發電的燃料和城市居民用氣。在LNG氣化過程中,約能產生870kJ/kg的低溫能量。目前,這種冷能大部分被釋放到海水中或者空氣中。如果將這些能量利用起來,就可以節省巨大的能源。因此,從節約能源的角度,積極尋求和高效利用冷能量有著重要意義。

LNG冷能利用技術分為直接利用和間接利用。直接利用技術包括空氣分離、低溫發電、輕烴回收、液態乙烯儲存、冷凍倉庫、干冰制備、海水淡化、蓄冷等。間接利用技術包括冷凍食品、低溫醫療、冷凍干燥、污水處理、低溫粉碎等。

數據中心作為信息化建設基礎設施步入快速發展期，同時帶來數據中心能源消耗量快速增長。數據中心在運行過程中會產生大量的熱量，為消除這些熱量，確保數據中心正常運行，需要空調系統提供相應的巨大冷量，導致空調制冷系統消耗大量的電能，與傳統建筑空間相比，數據中心散熱密度大，單位面積散熱量可達傳統辦公區域的40倍以上，且越來越呈現集中化、大型化的趨勢。

傳統的數據中心制冷技術主要有水冷冷卻和風冷冷卻兩種形式：

一、常見水冷冷卻系統形式為：水冷冷水機組+板式換熱器+冷卻塔+末端精密空調，機房熱量通過精密空調換熱由冷凍水傳遞到冷機，再由冷卻水通過冷卻塔將熱量傳遞到室外。這種冷卻系統在夏季高溫工況采用冷水機組制冷，過渡季節工況采用板式換熱器+冷水機組聯合供冷，冬季工況利用板式換熱器+冷卻塔自然供冷的模式。這種形式是目前數據中心最為常用也是最為成熟的冷卻系統，隨著冷水機組、冷卻塔、精密空調設備性能和換熱效率的提升以及高溫服務器技術的改進，數據中心冷凍水溫度可提高至18/24℃，大幅增加了目前水冷系統的年平均能效，部分地區年均PUE可低于1.3；而水冷系統最大制約因素是對水資源的消耗較為嚴重，全年工況下所有的散熱量全部通過冷卻塔水蒸發形式帶走，對城市水資源是一個極大的考驗。

二、風冷系統形式主要為以下兩種：1.風冷冷水機組+末端精密空調2.直膨式精密空調+室外機。當數據中心建設制約于水資源的影響時，通常會選擇風冷形式，然而兩種形式共同的缺點是不適用于大規模建設的數據中心，一是此種方案初投資成本較高，且后續運營能耗高，年均PUE通常達到1.6以上，二是目前大型數據中心單機柜IT功率普遍都達到了8KW及以上，為了應對更高的熱密度以及室外設備密集擺放的熱堆積效應，需要有大量的室外設備擺放位置的空間位置，土地資源利用率較低。

目前常見的數據中心供冷主要有以下幾種技術路線：

1)電驅動機械制冷系統(水冷)