[发明专利]一种LNG冷能与数据中心供冷耦合系统及方法

说明书

本发明涉及LNG冷能与数据中心供冷耦合系统，包括LNG接收站储罐、ORV汽化器、海水泵、第一换热器、冷媒储罐、第二换热器、LNG应急气源站储罐、第三换热器、空温式汽化器、蓄水罐和第四换热器；LNG接收站储罐连接至ORV汽化器的天然气进口，ORV汽化器的天然气出口连接至燃气管网；海水通过海水泵连接至ORV汽化器的海水进口，ORV汽化器的海水出口连接至第一换热器的海水进口；LNG应急气源站储罐连接至第三换热器的天然气进口，第三换热器的天然气出口通过空温式汽化器连接至燃气管网；蓄水罐顶部布水器连接至第三换热器的进水口。本发明的有益效果是：LNG汽化时将本应排入海中的冷能，通过换热设备收集后，作为数据中心空调机组冷源使用。

技术领域

本发明涉及一种LNG冷能与数据中心供冷耦合系统及方法，属于LNG冷能利用技术领域。

背景技术

天然气的主要成分是甲烷,在常压下将甲烷降至-162℃(甲烷的沸点)时,甲烷就被液化，每立方米的甲烷液化后体积变为0.0024m³,约为甲烷0℃常压下体积的1/600。甲烷液化后,其体积显著变小。LNG接收站就是利用甲烷的这一显著特点,在天然气的产地附近将天然气液化,然后利用其液化后体积变小、利于运输的特点,将天然气以LNG的形式输送至接收站进行储存、气化和外输至用户。

LNG接收站需要将LNG气化后输送给用户。LNG气化后被还原为初始的气体状态,可以作为热力发电的燃料和城市居民用气。在LNG气化过程中,约能产生870kJ/kg的低温能量。目前,这种冷能大部分被释放到海水中或者空气中。如果将这些能量利用起来,就可以节省巨大的能源。因此,从节约能源的角度,积极寻求和高效利用冷能量有着重要意义。

LNG冷能利用技术分为直接利用和间接利用。直接利用技术包括空气分离、低温发电、轻烃回收、液态乙烯储存、冷冻仓库、干冰制备、海水淡化、蓄冷等。间接利用技术包括冷冻食品、低温医疗、冷冻干燥、污水处理、低温粉碎等。

数据中心作为信息化建设基础设施步入快速发展期，同时带来数据中心能源消耗量快速增长。数据中心在运行过程中会产生大量的热量，为消除这些热量，确保数据中心正常运行，需要空调系统提供相应的巨大冷量，导致空调制冷系统消耗大量的电能，与传统建筑空间相比，数据中心散热密度大，单位面积散热量可达传统办公区域的40倍以上，且越来越呈现集中化、大型化的趋势。

传统的数据中心制冷技术主要有水冷冷却和风冷冷却两种形式：

一、常见水冷冷却系统形式为：水冷冷水机组+板式换热器+冷却塔+末端精密空调，机房热量通过精密空调换热由冷冻水传递到冷机，再由冷却水通过冷却塔将热量传递到室外。这种冷却系统在夏季高温工况采用冷水机组制冷，过渡季节工况采用板式换热器+冷水机组联合供冷，冬季工况利用板式换热器+冷却塔自然供冷的模式。这种形式是目前数据中心最为常用也是最为成熟的冷却系统，随着冷水机组、冷却塔、精密空调设备性能和换热效率的提升以及高温服务器技术的改进，数据中心冷冻水温度可提高至18/24℃，大幅增加了目前水冷系统的年平均能效，部分地区年均PUE可低于1.3；而水冷系统最大制约因素是对水资源的消耗较为严重，全年工况下所有的散热量全部通过冷却塔水蒸发形式带走，对城市水资源是一个极大的考验。

二、风冷系统形式主要为以下两种：1.风冷冷水机组+末端精密空调2.直膨式精密空调+室外机。当数据中心建设制约于水资源的影响时，通常会选择风冷形式，然而两种形式共同的缺点是不适用于大规模建设的数据中心，一是此种方案初投资成本较高，且后续运营能耗高，年均PUE通常达到1.6以上，二是目前大型数据中心单机柜IT功率普遍都达到了8KW及以上，为了应对更高的热密度以及室外设备密集摆放的热堆积效应，需要有大量的室外设备摆放位置的空间位置，土地资源利用率较低。

目前常见的数据中心供冷主要有以下几种技术路线：

1)电驱动机械制冷系统(水冷)