خزانات تخزين الطاقة الحرارية: مرجع سريع للتخزين الحراري في تبريد مراكز البيانات
تم إنشاؤها اليوم
خزانات TES: مرجع سريع للتخزين الحراري في تبريد مراكز البيانات
خزانات تخزين الطاقة الحرارية تنقل عمل التبريد بدلاً من أن تخلقه. في تبريد مراكز البيانات، يحتفظ تخزين الطاقة الحرارية بالمياه المبردة أو الجليد أو المواد متغيرة الطور المُنتَجة خلال ساعات خارج الذروة، بحيث يمكن لمحطة التبريد أن تتقلص أو تتوقف خلال فترة الذروة. الأرقام الثلاثة التي يجب قراءتها هي السعة القابلة للاستخدام بالكيلوواط-ساعة، ومعامل الاستخدام كنسبة مئوية من القيمة النظرية، وساعات الاستقلالية عند حمل التصميم. يخزّن خزان المياه نحو 1.16 كيلوواط-ساعة لكل متر مكعب لكل كلفن من فرق درجة الحرارة، ويُصمَّم عادةً بنسبة استخدام تتراوح بين 70 و90 بالمئة. لا يقلل تخزين الطاقة الحرارية من إجمالي كهرباء الموقع؛ بل ينقله ويعيد تشكيله.
عادةً ما يلتقي فريق المشتريات الذي يصل إلى التخزين الحراري لأول مرة بنفس المفردات في نفس الأسبوع: TES، SOC، delta T، COP، PUE، N+1. يحمل كل من هذه المصطلحات معنى محددًا في محطة المياه المبردة، وحيث يحدث عدم التوافق في التعريفات يفسد مشروع التخزين. يقدم أحد الأطراف حجم الخزان الاسمي، ويقدم آخر الكيلوواط-ساعات القابلة للتسليم، وينتهي العقد بخزان يلبي رسمه التصميمي ويخفق في أداء مهمته.
تغطي ورقة المرجع هذه التعريفات العملية المستخدمة في مشاريع تخزين مراكز البيانات: ما هي مسارات TES الأربعة، وما هي المقاييس المهمة في المواصفات، وما هي المعتقدات التي يتبين أنها غير صحيحة، وما الذي يعنيه كل اختصار. استخدمها قبل طلب الخزان، بحيث تكون خزانات TES الموجودة على الرسومات وخزانات TES الموجودة في جدول الموقع هي نفس الوعاء.
استخدمها كأساس مشترك بين مهندس التصميم والمقاول ومورد الخزان.
مسارات TES الأربعة في لمحة
الماء المبرد المعقول هو المرجع. يتم تبريد الماء، وحفظه في خزان معزول، وإعادته إلى المحطة. تتبع السعة المعادلة `Q = V x rho x cp x dT`، وعادةً ما يكون نطاق درجة حرارة التصميم من 5-7 درجات مئوية إلى 12-14 درجة مئوية، مما يعطي فرق درجة حرارة يبلغ حوالي 6 كلفن.
يرفع الجليد الكثافة عبر الحرارة الكامنة. الجليد المتكوّن على الملفات أو بواسطة حصّادة داخل خزان ماء يخزّن حوالي 334 كيلوجول لكل كيلوغرام من الماء الذي يتحول إلى جليد، وهو أكثر بكثير لكل وحدة كتلة من التبريد المحسوس. المقابل هو التقصير الحراري بين الدورات وحلقة غير مباشرة.
تحتفظ مواد تغيير الطور بدرجة حرارة تغيير الطور. تذوب الأملاح أو البارافينات المغلفة وتتجمد عند نقطة محددة، مما يسمح للخزان بالبقاء عند درجة حرارة مختلفة عن حلقة الماء المبرد. يوجد مبادل حراري دائماً في المسار.
الطبقة الحرارية هي ماء ذو جبهة حرارية. توجد درجتا حرارة للماء في خزان واحد مع واجهة متحركة بينهما، تُشحن بضخ العائد الساخن إلى الأعلى والإمداد البارد إلى الأسفل. يستخدم نفس الوسط المستخدم في مسار الماء المبرد ويبسّط تخطيط الفوهات.
المسار | متوسط | نطاق درجة الحرارة | الحلقة غير المباشرة | الاستخدام النموذجي |
الماء المبرد | الماء | 5-7 إلى 12-14 درجة مئوية | أحيانًا | تقليص الذروة، التخزين المؤقت، التبريد الطارئ |
جليد | جليد في الماء | قريب من 0 درجة مئوية | دائماً | تعديلات محدودة المساحة |
مواد تغيير الطور | ملح أو بارافين مغلف | محدد بنقطة الطور | دائماً | مهام نطاق درجة الحرارة الضيق |
الطبقة الحرارية | الماء، طبقتان | مقسم بواسطة الجبهة | أحياناً | تخزين طويل، وعاء واحد |
المقاييس التي تنتمي إلى المواصفات
السعة القابلة للاستخدام بالكيلوواط-ساعة. ليس حجم الخزان، وليس اللوحة الاسمية. الحجم من الحمل بالكيلوواط مضروباً في نافذة التخزين بالساعات، مقسوماً على معامل الاستخدام، ثم مقسوماً على الكثافة الحجمية للوسط المختار. تحتاج قاعة بقدرة 5 ميغاواط على مدى ثماني ساعات إلى 40 ميغاواط-ساعة من البرودة القابلة للتسليم قبل الفقد.
معامل الاستخدام ولماذا هو أقل من 100 بالمئة. انهيار الطبقات، والاختلاط عند المدخل، والقصر الحراري، وتسرب الحرارة المحيطة كلها تقلل الجزء القابل للسحب. عادةً ما يُصمم مسار الماء عند 70 إلى 90 بالمئة من النظري؛ أما الجليد ومواد تغيير الطور فتصل إلى أقل من ذلك عند احتساب حدود النقل الخاصة بها.
ساعات الاستقلالية وحالة الفشل. السعة المخزنة المشتراة لذروة الشبكة تختلف عن السعة المخزنة المشتراة لبدء تشغيل المولد. خزان يُحتسب له، على سبيل المثال، أربع ساعات من الاستقلالية عند الحمل الجزئي هو وعاء مختلف تمامًا عن خزان يُحتسب له مستوى كامل من زمن التشغيل.
1. الطاقة المخزنة: ميغاواط-ساعة من التبريد القابل للتسليم عند درجة حرارة العودة التصميمية.
2. نافذة التخزين: عدد الساعات يوميًا التي تتوقع المحطة أن تعمل فيها على التخزين.
3. معدل الشحن والتفريغ: الكيلوواط داخلًا وخارجًا، والذي يحدد حجم الفوهة ومساحة الناشر وحمل المضخة.
4. فقدان الاستعداد: النسبة المئوية للشحنة المفقودة يوميًا، والتي تُعوَّض عند الشحن التالي.
5. معامل الاستخدام: النسبة المئوية للسعة النظرية القابلة للسحب فعليًا.
المفاهيم الخاطئة الشائعة
"TES يقلل فاتورة الكهرباء لديّ عبر تخزين البرودة المجانية." إنه لا يُنشئ البرودة. فالمبرّد لا يزال ينتج كل كيلوواط-ساعة، بعضها بكفاءة أعلى خارج ساعات الذروة عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل. يأتي التوفير من هيكل التعرفة ورسوم الطلب، وليس من طاقة مجانية.
"الخزان الأكبر أفضل دائمًا." التخزين الذي لا يُشحن بالكامل أبدًا هو وزن ميت. يجب أن يتوافق زمن الشحن والسعة الاحتياطية للمبرّد مع حجم الخزان، وإلا تمتلئ الوعاء بنسبة 60 بالمئة كل صباح ويسلّم 60 بالمئة.
"الجليد يتفوق دائمًا على الماء من حيث المساحة." فقط إذا تم احتساب الحلقة غير المباشرة وارتفاع غرفة الماكينات وحمل إزالة الصقيع. مكسب الكثافة حقيقي؛ لكن السعة المُسلَّمة بعد الفواقد تحتاج إلى التحقق.
"يحتاج الخزان إلى طاقة ليبقى باردًا." الوعاء المعزول جيدًا يحافظ على درجة الحرارة لأيام. ما يحتاج إلى طاقة هو التدوير، وليس التخزين، ولهذا يساعد خزان الماء الجوي أثناء بدء تشغيل المولّد.
الاختصارات في جدول التبريد
تخزين الطاقة الحرارية TES؛ في مركز البيانات يتم إنتاج البرودة خارج ساعات الذروة واحتجازها في خزان.
SOC حالة الشحن كنسبة مئوية من السعة القابلة للاستخدام، نفس فكرة البطارية.
dT أو دلتا T الفرق بين الإمداد والعودة بالكلفن أو بالدرجة المئوية؛ وهو المحرك لسعة الماء.
COP معامل الأداء، ناتج التبريد مقسومًا على مدخلات الكهرباء للمبرد.
PUE فعالية استخدام الطاقة، إجمالي طاقة الموقع مقسومًا على طاقة تكنولوجيا المعلومات.
CHW / CW مياه التبريد المُبرَّدة وحلقة مياه المكثف.
N+1 / 2N ترتيب التكرار في محطة المبردات.
المواصفات الفنية
البند | القيمة أو الخيار |
المهمة | تقليص الذروة، أو تصغير حجم المبرد، أو استقلالية التبريد الطارئ |
متوسط | مياه مُبرَّدة، أو جليد، أو PCM، أو مياه بطبقة حرارية |
الإمداد / العودة | إمداد 5-7 درجة مئوية، عودة 12-14 درجة مئوية كنطاق ابتدائي |
دلتا T | 4-6 كلفن متحفظ، 5-7 كلفن نموذجي للماء |
الكثافة (الماء) | حوالي 1.163 كيلوواط ساعة لكل متر مكعب لكل كلفن، حوالي 7 كيلوواط ساعة/متر مكعب عند 6 كلفن |
معامل الاستفادة | 70-90 بالمائة للماء، وأقل للجليد ومواد تغيير الطور |
حالة الخزان | قريب من الضغط الجوي، أو ضغط قياس منخفض إذا صُمم كحد ضغط |
العزل | صوف معدني بمقاس يحافظ على السطح فوق نقطة الندى |
تأكيد الاستفادة | السعة المقاسة عند حدود المحطة خلال دورة كاملة |
حالة المشروع
المجال | القيمة |
المشروع | تخزين مياه الشرب في ناميبيا (P-A) |
المنتج | 01 خزان من الصلب المطلي بالزجاج |
السعة | 44,900 م3 إجمالي |
الأبعاد | 4 خزانات، قطر 41.26 م، ارتفاع 8.4 م |
الإنجاز | سبتمبر 2022 |
بينما تشمل مشاريعنا المرجعية المُسلَّمة في قطاع المياه ومياه الصرف هذا النطاق الصالح للشرب، فإن نطاق تخزين الطاقة الحرارية (TES) لمراكز البيانات مُصمَّم وفق المعايير ذاتها. أربعة خزانات مثبَّتة بمسافة قطر تبلغ 41.26 م تُعدّ المرجع لكيفية تقطيع أوعية المياه الكبيرة شبه الجوية إلى ألواح وشحنها وتجميعها في الموقع، وهو الأساس الإنشائي ذاته الذي يستخدمه خزان TES للغلاف والطلاء.
القدرة الهندسية لشركة Center Enamel
سنتر إنامل (شركة شيجياتشوانغ تشنغتشونغ للتكنولوجيا المحدودة) تقوم بتصميم وتصنيع خزانات التخزين المثبتة بالبراغي منذ عام 2008. وباعتبارها أول شركة مصنعة لخزانات الفولاذ المدمج بالزجاج (GFS) في الصين، تمتلك الشركة ما يقرب من 200 براءة اختراع متعلقة بالمينا، وتنتج حوالي 300,000 لوح فولاذي مطلي بالمينا سنويًا، وقد أكملت أكثر من 30,000 مشروع مركب وتورد خزاناتها إلى أكثر من 100 دولة. تمت إضافة قاعدة الإنتاج الجديدة التي تبلغ مساحتها 150,000 م² لرفع الطاقة الإنتاجية، ويتم توريد الخزانات الفردية حتى 60,000 م³. تتم عمليات التصنيع وفقًا لمعايير ISO 9001 وISO 45001، مع شهادات المنتجات بما في ذلك NSF/ANSI 61 وWRAS وFDA وLFGB وCE (EN 1090) وISO 28765 وFM وBSCI وEUROCODE، والتصميم مستند إلى AWWA D103-09 وAWWA C550 وNFPA حيثما يتطلب التطبيق ذلك.
المصطلحات مُقابَلة بالمكوّنات المادية
· TES مصطلح شامل، وبالنسبة لمركز البيانات فإن التقسيم المفيد يكون حسب وسيط التخزين وحسب فئة الضغط، لا حسب التسمية التسويقية؛ ومتطلبات الغلاف تتبع هذا التقسيم.
· تعريفات يجدر تثبيتها مبكرًا في المشروع: السعة القابلة للاستخدام (بعد المناطق المختلطة والميتة)، وفقدان السكون، ومعدل الشحن/التفريغ، وفئة الضغط (الحد الجوي مقابل الحد المضغوط).
· إن خزاناتنا الجوية المثبتة بمسامير لتخزين المياه بالجملة، والتي يتم تسليمها حتى 60,000 م³ لكل خزان، هي النظير المادي وراء معظم تلك التعريفات في الممارسة العملية.
الأسئلة الشائعة
س1: هل تقلل خزانات TES من PUE؟
A1: ليس مباشرة. يمكن أن تؤدي درجة حرارة التكثيف المنخفضة ليلاً وساعات تشغيل المبرد الأطول عند نقطة التصميم إلى تحسين كفاءة الآلة، وتكون الفائدة الرئيسية على جانب تكلفة الطاقة. احسب التغير في معامل أداء الآلة مقابل التغير في خسائر الخزان قبل الادعاء بتحسن PUE.
Q2: ما هو فرق درجة الحرارة المعقول لخزان الماء المبرد؟
A2: عادةً ما تكون خمس إلى سبع كلفن نموذجية لنطاق من 6 إلى 12 درجة مئوية؛ ويُعد اختيار أربع إلى ست كلفن الخيار المتحفظ عندما يُتوقع أن يكون فقدان الطبقات مرتفعًا. يؤدي النطاق الأوسع إلى تقليل الحجم المطلوب لنفس الكيلوواط-ساعات المخزنة.
Q3: كيف تُعرض حالة الشحن على شاشة التحكم في مركز البيانات؟
A3: كنسبة مئوية من السعة القابلة للاستخدام، من درجات حرارة الإمداد والعودة المقاسة، والحجم المخزن، ومعامل قابلية الاستخدام. اضبط الحدين الأعلى والأدنى بحيث لا تَعِد المنشأة أبدًا ببرودة أكثر مما تحتويه الخزان.
Q4: هل يحتاج خزان تخزين الطاقة الحرارية إلى أن يكون وعاء ضغط؟
A4: لا، ليس عادةً. يقع خزان المياه القريب من الضغط الجوي خارج حدود الضغط، لذا فإن الكود المعمول به والتصميم هما ما تحدده مواصفات المشروع والعقد. أما التصميم المضغوط فينقل الوعاء وفتحاته ونظام تفتيشه إلى نطاق مختلف.
Q5: هل يمكن لخزان واحد أن يخدم كوسيط تخزين ومخزون في الوقت نفسه؟
A5: نعم. يمكن لمخزن مؤقت قصير المدى لتعطل المبردات وتقلبات المضخات والتخزين طويل المدى أن يتشاركا وعاءً واحدًا، بشرط أن يدعم تصميم الفوهات والموزعات ذلك وأن يفهم المشغل حالة الشحن المشتركة.
س6: لماذا تكون السعة القابلة للاستخدام أقل من الرقم النظري؟
A6: الطبقات الحرارية، والخلط عند المدخل، والتسرب الحراري المحيط، ونطاق درجة حرارة المخرج تقلل مما يمكن استخلاصه. يطبق المصممون 70 إلى 90 بالمائة للماء ويقيسون النتيجة عند حدود المحطة.
Q7: ما الذي يجب أن يقيسه اختبار القبول؟
A7: كيلوواط-ساعات قابلة للتسليم عند حدود المحطة خلال دورة شحن وتفريغ كاملة، بالإضافة إلى زمن الشحن، وفقدان الاستعداد، ودرجة حرارة المخرج التي يتم الوصول إليها عند معدل التفريغ التصميمي. عقد خزان TES الذي يذكر فقط الأمتار المكعبة يترك اختبار القبول للجدال لاحقًا.
اقرأ مشروع التخزين كمجموعة من التعريفات قبل أن يصبح مجموعة من الرسومات. توجد أربعة مسارات، وخمس مقاييس مهمة، ويجب أن تعني الاختصارات الشيء نفسه للعميل والمصمم والمورد. لا تجعل خزانات TES مركز البيانات يستخدم كهرباء أقل؛ بل تنقل تلك الكهرباء إلى ساعات أرخص، وتقلص محطة التبريد وتمنح المحطة فرصة لتجاوز انقطاع التيار. احصل على التعريفات الصحيحة وسيتبع ذلك تحديد حجم الوعاء.
تحدث إلى مهندس
أرسل حمل تكنولوجيا المعلومات التصميمي، ونافذة التخزين المستهدفة، ودرجات حرارة إمداد وعودة المبرد، والمساحة المتاحة. سنعيد الحساب وراء هذا المرجع: الكيلوواط/ساعة المخزنة، والأمتار المكعبة المطلوبة، ومعامل الاستخدام المطبق، ومواصفات الفوهة والموزع والعزل التخطيطية. إذا كنت تقارن بين المسارات، فاطلب نفس الحساب للجليد ومواد تغيير الطور (PCM) حتى تتم المقارنة على السعة القابلة للتسليم.
واتساب