[0001] 本发明涉及数据中心供能技术领域，具体涉及一种数据中心能源供应系统。

[0002] 数据中心是互联网、通信、云计算和大数据等产业的重要基础设施，随着我国产业升级、结构调整步伐加快、新一代信息技术发展、企业数字化转型、数字经济发展不断深化以及算力应用场景不断涌现，以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，爆发式的数据量，促使数据中心产业进入大规模规划建设蓬勃发展阶段。

[0003] 数据中心主要建设在京津冀、长三角、粤港澳、成渝、内蒙古等区域，整体呈现集中部署态势，其中以北京及周边为核心的华北地区占比较高，达到26％，在电价市场化改革后，各地电价均有不同程度上升，北京等数据中心需求聚集地区的电费涨幅显著，推动未来数据中心选址向电价更有性价比的地区集中，由“中心向周边”转移，如河北地区，该地区燃煤机组较多，可有效稳定电力供应，为数据中心提供持续、稳定的电力输入，而且，在能源结构调整改变的进程中，燃煤机组运营的优劣与当地经济发展和民生问题息息相关，如何保证燃煤机组在淘汰期高质量运营的同时，带来更好的综合效益，成为数据中心耦合能源站的重要目标之一。另一方面，数据中心低碳转型成为未来长期刚需，因此，耦合能源站的数据中心需要同时嵌入绿电建设‑光伏发电，以适应可持续发展，实现就地消纳绿电，减少线路能耗和节约投资成本的同时，最直接、高效的减少数据中心碳排放，真正意义上做到电力源头绿色。

[0004] 总之，目前为数据中心提供持续、稳定的能源供应中，中小型燃煤机组闲置、负荷率低，而且数据中心能耗高、电费及制冷成本高，余热浪费。

[0021] 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。

[0022] 本发明提出一种数据中心能源供应系统，如图1所示，包括燃煤机组模块、光伏发电模块、数据中心模块、冷水机组模块及水源热泵模块。

[0023] 利用燃煤机组模块提高负荷量，可到达经济负荷区间，降低燃煤机组的平均耗煤量。

[0024] 采用光伏发电为数据中心提供能量流。光伏发电模块为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池或钙钛矿太阳能电池；其中晶体硅太阳能电池为单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池；晶体硅太阳能电池采用单晶硅太阳能电池，其利用光伏效应将太阳能转化为电能，通过内部的电子和空穴流动以及外部电路的连接，最终产生可用的电能，有效地利用太阳能，大大降低环境污染

[0025] 数据中心模块与将燃煤机组发电机出线、升压站出线、光伏发电模块与厂用电母线连接，利用燃煤机组所发电力、燃煤机组调峰调频富余电力或电网电力、光伏发电满足数据中心电源系统的稳定供电。逆变器被配置成将直流电变成交流电从光伏发电模块到数据中心电源系统以及可再生能源系统到数据中心电源系统的能量流。

[0026] 采用冷水机组模块为数据中心提供冷量，保证数据中心稳定安全运行。

[0027] 采用水源热泵模块将数据中心产生的余热进行回收，可保证热水的四季供应，将低负荷机组、太阳能、数据中心余热，分别通过增加燃煤机组负荷量、太阳能发电技术、高能效热泵技术，实现数据中心全年稳定及低碳运行，可以有效降低燃煤机组的平均煤耗、降低用户的用热成本、减少化石燃料的燃烧及二氧化碳的产生、降低数据中心PUE值，具有重要的经济价值和环境价值。

[0028] 数据中心需要消耗大量的电能和能量，本发明将数据中心与燃煤机组、光伏发电模块进行集成，将燃煤机组发电机出线、升压站出线、光伏发电模块与厂用电母线连接并入数据中心；燃煤机组发电机出线可提供燃煤机组所发电力，升压站出线可提供燃煤机组调峰调频富余电力；厂用电母线可提供电网电力，使用该设置可以利用燃煤机组所发电力、调峰调频富余电力和太阳能光伏发电为数据中心供电，同时将电网电力作为机组停机检修时的备用电源使用，保证数据中心供电的多路供电及稳定性，利用燃煤机组所发电力调峰调频富余电力供电可以降低数据中心用电成本。利用冷水机组为数据中心提供冷量，同时利用水源热泵机组进行余热回收，可降低冷水塔的工作量，该数据中心系统既能有效降低燃煤机组的平均煤耗，又能满足数据中心需要稳定的电力和制冷设施的运行要求。

[0029] 机柜组布置于数据中心机房内，所述机柜组由A个机柜组成，所处机柜均由B层设备成列台组成，可布置计算机、服务器、控制器等IT设备，利用冷水机组提供冷量。数据中心机柜组中布置有冷冻水盘管，冷冻水盘管的冷冻水进口和冷冻水出口分别于冷区供水管和冷却回水管连接，并在冷冻水盘管的冷冻水进口和冷冻水出口均安装有水力平衡阀。采用封闭冷通道方式进行，保证数据中心稳定高效运行。

[0030] 本发明还提出一种数据中心能源供应方法，包括以下步骤：

[0031] 将燃煤机组的发电机出线、升压站出线、光伏发电模块以及厂用电母线连接后并入数据中心。

[0032] 利用燃煤机组发电机出线提供的燃煤机所发电力、升压站提供的燃煤机组调峰调频富余电力、光伏发电模块提供的电力以及厂用电母线提供的电网电力为数据中心供电。

[0033] 通过冷水机组对数据中心提供冷量，使数据中心产生余热。

[0034] 利用水源热泵机组对数据中心产生的余热进行回收，并将回收的热能供给数据中心的供热侧。

[0035] 根据燃煤机组系统特点、厂区内场地情况、光伏发电规模和数据通讯等情况，设计数据中心的规模及供电供冷方式。

[0036] 根据数据中心规模及供电供冷方式，选择所述制冷机组类型、制冷剂类型、制冷机组产生的冷水的温度范围。

[0037] 根据电网对燃煤机组的调峰调频负荷需求，利用厂区集控平台，充分利用燃煤机组调峰调频富余电力、光伏发电供应给数据中心电源系统，低电价运行厂内的数据中心，降低数据中心的整体电费成本。

[0038] 冷水机组为离心式冷水机组或螺杆式冷水机组；其中，冷水机组可分为风冷式冷水机组或水冷式冷水机组。冷水机组采用水冷式冷水机组时，在制冷循环中，制冷剂在蒸发器中吸热并蒸发，然后由压缩机压缩，随后在冷凝器中排热并凝结，最后通过节流装置回流至蒸发器，这个过程不断循环，从而达到制冷目的。冷水机组与将燃煤机组发电机出线、升压站出线、光伏发电模块与厂用电母线连，利用燃煤机组所发电力、燃煤机组调峰调频富余电力或电网电力、光伏发电满足冷水机组的稳定供电。使用燃煤机组所发电力、调峰调频富余电力、电网电力或光伏发电供电，最大程度的保障冷水机组的供电稳定性，从而保证数据中心的供冷量，来保证数据中心机房中存放的IT设备正常工作时所需的环境温度。在冷水机组中，利用中低温工质对数据中心制冷单元供冷时，所采用的中低温工质可为R407C、R134a、R410a和液氨；以上中低温工质的粘度、密度较小，可以减少工质在系统中的流动阻力，同时，具有导热率大的特点，提高系统的换热效率，不易变质，保证系统长期稳定运行。

[0039] 同时在冷水机组中，利用水、盐水、乙二醇、丙二醇等载冷剂运输冷量；以上载冷剂粘度较小，可以减少管道内的流动阻力，同时，具有比热大，保证换热过程的充分进行，具有无毒、安全环保特性。

[0040] 热泵机组为空气源热泵、水源热泵、地源热泵。根据需要处理的热源状态选择采用水源热泵机组进行余热回收。水源热泵机组为压缩螺杆机组、半封闭活塞机组、全封闭涡旋机组中的任意一种。水源热泵对数据中心的余热进行充分利用，降低冷水塔的工作量，将能源的利用效率最大化。水源热泵蒸发端安装于冷冻水回水管路，利于冷冻水回水中携带数据中心余热，水源热泵冷凝端安装于供热侧，可保证四季的热水供应；热泵冷凝端与供热端中使用换热器可为板式换热器、间壁式换热器。设置定压补水装置，定压补水装置可选择高位膨胀定压补水，补水泵和气压罐定压补水、落地式膨胀定压补水。

[0041] 如图2所示为多能源高效耦合利用的数据中心系统操作流程图，根据燃煤机组系统特点、厂区内场地情况、光伏发电规模和数据通讯等情况，设计数据中心的规模及供电供冷方式；根据数据中心规模及供电供冷方式，选择所述制冷机组类型、制冷剂类型、制冷机组产生的冷水的温度范围；根据电网对燃煤机组的调峰调频符合需求，利用厂区集控平台，充分利用燃煤机组调峰调频富余电力、光伏发电供应给数据中心电源系统，低电价运行厂内的数据中心，降低数据中心的整体电费成本。实现数据中心全年稳定及低碳运行，可以有效降低燃煤机组的平均煤耗、降低用户的用热成本、减少化石燃料的燃烧及二氧化碳的产生、降低数据中心PUE值。

[0042] 图3所示为多能源高效耦合利用的数据中心系统冷却方式，封闭冷通道可以确保冷空气直接流向机柜的进气口，减少了热空气与冷空气的混合，提高了冷却效率。这种方式可以确保数据中心在适宜的温度下运行，降低了过热的风险，提高数据中心的稳定性和安全性；封闭冷通道可以减少机柜故障的可能性，因此也可以降低维护成本，此外，由于冷却系统更有效，减少维护和能源成本。

[0043] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。