Réservoirs TES : une référence rapide pour le stockage thermique dans le refroidissement des centres de données
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Réservoirs TES : une référence rapide pour le stockage thermique dans le refroidissement des centres de données
Les réservoirs TES déplacent le travail de refroidissement plutôt que de le créer. Dans le refroidissement des centres de données, le stockage d'énergie thermique contient de l'eau glacée, de la glace ou un matériau à changement de phase produit pendant les heures creuses, afin que la centrale de refroidissement puisse réduire sa production ou rester à l'arrêt pendant les heures de pointe. Les trois chiffres à retenir sont la capacité utile en kilowattheures, le facteur utile en pourcentage de la théorie et les heures d'autonomie à la charge nominale. Un réservoir d'eau stocke environ 1,16 kWh par mètre cube par kelvin d'écart de température et est généralement conçu à 70 à 90 pour cent de capacité utile. Le TES ne réduit pas la consommation totale d'électricité du site ; il la déplace et la remodèle.
Les équipes d'approvisionnement qui découvrent le stockage thermique pour la première fois rencontrent généralement le même vocabulaire dans la même semaine : TES, SOC, delta T, COP, PUE, N+1. Chacun de ces termes a une signification précise dans une installation d'eau glacée, et c'est dans les divergences de définitions qu'un projet de stockage échoue. Une partie cite le volume nominal du réservoir, une autre cite les kilowattheures livrables, et le contrat finit avec un réservoir conforme à son plan mais inadapté à sa fonction.
Cette fiche de référence couvre les définitions pratiques utilisées sur les projets de stockage en centre de données : ce que sont les quatre voies TES, quelles métriques comptent dans un cahier des charges, quelles croyances s'avèrent fausses, et ce que signifie chaque abréviation. Utilisez-la avant la commande de réservoir, afin que les réservoirs TES sur les plans et les réservoirs TES sur le planning de chantier correspondent au même équipement.
Utilisez-la comme base commune entre l'ingénieur d'études, l'entrepreneur et le fournisseur de réservoirs.
Les quatre voies TES en un coup d'œil
L'eau glacée sensible est la référence. L'eau est refroidie, conservée dans un réservoir isolé et renvoyée vers l'installation. La capacité suit `Q = V x rho x cp x dT`, et la plage de température de conception est généralement de 5-7 degC à 12-14 degC, ce qui donne un delta T d'environ 6 K.
La glace augmente la densité par chaleur latente. La glace formée sur les serpentins ou par un récolteur à l'intérieur d'un réservoir d'eau stocke environ 334 kJ par kilogramme d'eau transformée en glace, ce qui est bien plus par unité de masse que le refroidissement sensible. Le compromis est un court-circuit thermique entre les cycles et une boucle indirecte.
Le PCM maintient une température de changement de phase. Les sels ou paraffines encapsulés fondent et gèlent à un point de consigne, ce qui permet au stockage de se maintenir à une température différente de celle de la boucle d'eau glacée. Un échangeur de chaleur est toujours sur le trajet.
La thermocline est de l'eau avec un front de température. Deux températures d'eau se trouvent dans un même réservoir avec une interface mobile entre elles, chargée en pompant le retour chaud vers le haut et l'alimentation froide vers le bas. Elle utilise le même fluide que la voie d'eau glacée et simplifie la disposition des buses.
Route | Moyen | Plage de température | Boucle indirecte | Utilisation typique |
Eau glacée | Eau | 5-7 à 12-14 degC | Parfois | Écrêtage de pointe, tampon, refroidissement d'urgence |
Glace | Glace dans l'eau | Près de 0 degC | Toujours | Réaménagements à espace contraint |
PCM | Sel ou paraffine encapsulé | Défini par le point de phase | Toujours | Plages de température étroites |
Thermocline | Eau, deux niveaux | Séparation par front | Parfois | Stockage longue durée, récipient unique |
Les paramètres qui doivent figurer dans un cahier des charges
Capacité utile en kilowattheures. Ni le volume du réservoir, ni la puissance nominale. Dimensionner à partir de la charge en kilowatts multipliée par la fenêtre de stockage en heures, divisée par le facteur utile, puis divisée par la densité volumétrique du milieu choisi. Un hall de 5 MW sur une fenêtre de huit heures nécessite 40 MWh de froid livrable avant pertes.
Facteur utile et pourquoi il est inférieur à 100 pour cent. L'effondrement de la stratification, le mélange à l'entrée, les courts-circuits thermiques et les fuites de chaleur ambiante réduisent tous la fraction prélevable. La voie aqueuse est normalement conçue à 70 à 90 pour cent de la théorie ; la glace et les MCP se situent plus bas une fois leurs limites de transfert comptabilisées.
Heures d'autonomie et le cas de défaillance. Le stockage acheté pour le pic du réseau est différent du stockage acheté pour le démarrage d'un générateur. Une cuve créditée, disons, de quatre heures d'autonomie à charge partielle est un récipient très différent d'une cuve créditée d'un palier complet de durée de fonctionnement.
1. Énergie stockée : mégawattheures de refroidissement livrable à la température de retour nominale.
2. Fenêtre de stockage : heures par jour pendant lesquelles l'installation prévoit de fonctionner sur le stockage.
3. Taux de charge et de décharge : kilowatts en entrée et en sortie, ce qui détermine la taille des buses, la surface du diffuseur et la charge des pompes.
4. Perte en veille : pourcentage de charge perdu par jour, remplacé lors de la charge suivante.
5. Facteur utilisable : pourcentage de la capacité théorique réellement soutirable.
Idées fausses courantes
« TES réduit ma facture d'électricité en stockant du froid gratuit. » Il ne crée pas de froid. Le refroidisseur produit toujours chaque kilowattheure, certains plus efficacement hors pointe lorsque la température ambiante est plus basse. L'économie provient de la structure tarifaire et des frais de demande, non de l'énergie gratuite.
« Un plus grand réservoir est toujours meilleur. » Un stockage qui n'est jamais complètement chargé est un poids mort. Le temps de charge et la marge du refroidisseur doivent correspondre à la taille du réservoir, sinon la cuve se remplit à 60 pour cent chaque matin et fournit 60 pour cent.
« La glace bat toujours l'eau pour l'empreinte. » Seulement si la boucle indirecte, la hauteur de la salle des machines et la charge de dégivrage sont comptées. Le gain de densité est réel ; la capacité livrée après pertes doit être vérifiée.
« Le réservoir a besoin d'électricité pour rester froid. » Une cuve bien isolée maintient la température pendant des jours. Ce qui a besoin d'électricité, c'est la circulation, pas le stockage, c'est pourquoi un réservoir d'eau atmosphérique aide lors d'un démarrage de générateur.
Abréviations sur un programme de refroidissement
TES stockage d'énergie thermique ; dans un centre de données, le froid produit hors pointe et stocké dans une cuve.
SOC état de charge en pourcentage de la capacité utile, la même idée qu'une batterie.
dT ou delta T la différence entre l'aller et le retour en kelvin ou degC ; le moteur de la capacité hydraulique.
COP coefficient de performance, puissance frigorifique produite sur puissance électrique absorbée pour un groupe froid.
PUE efficacité énergétique, énergie totale du site sur énergie informatique.
CHW / CW eau glacée d'alimentation et boucle d'eau de condenseur.
N+1 / 2N arrangement de redondance de la centrale frigorifique.
Spécification technique
Élément | Valeur ou option |
Fonction | Écrêtement de pointe, réduction de la taille des groupes froids ou autonomie de refroidissement d'urgence |
Moyen | Eau glacée, glace, PCM ou eau à thermocline |
Aller / retour | 5-7 degC aller, 12-14 degC retour comme plage de départ |
Delta T | 4-6 K conservateur, 5-7 K typique pour l'eau |
Densité (eau) | Environ 1,163 kWh par m3 par K, environ 7 kWh/m3 à 6 K |
Facteur utilisable | 70-90 pour cent pour l'eau, plus faible pour la glace et les PCM |
État du réservoir | Proche de la pression atmosphérique, ou faible pression relative si conçu comme une limite de pression |
Isolation | Laine minérale dimensionnée pour maintenir la surface au-dessus du point de rosée |
Confirmation d'utilisabilité | Capacité mesurée à la limite de l'installation sur un cycle complet |
Cas de projet
Terrain | Valeur |
Projet | Stockage d'eau potable en Namibie (P-A) |
Produit | 01 Réservoir en acier vitrifié |
Capacité | 44 900 m3 au total |
Dimensions | 4 réservoirs, diamètre 41,26 m, hauteur 8,4 m |
Achèvement | Septembre 2022 |
Bien que nos projets de référence livrés dans le secteur de l'eau et des eaux usées incluent ce périmètre d'eau potable, le périmètre TES des centres de données est conçu selon les mêmes normes. Quatre réservoirs boulonnés de 41,26 m de diamètre constituent la référence pour la façon dont un grand réservoir d'eau quasi atmosphérique est panelisé, expédié et assemblé sur site, ce qui correspond à la même base de construction qu'un réservoir TES utilise pour sa coque et son revêtement.
Capacité d'ingénierie de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) conçoit et fabrique des réservoirs de stockage boulonnés depuis 2008. En tant que premier fabricant de réservoirs en verre fusionné à l'acier (GFS) en Chine, l'entreprise détient près de 200 brevets liés à l'émail, produit environ 300 000 plaques d'acier émaillées par an, a réalisé plus de 30 000 projets installés et fournit ses réservoirs à plus de 100 pays. La nouvelle base de production de 150 000 m² a été ajoutée pour augmenter la capacité de production, et des réservoirs individuels sont fournis jusqu'à 60 000 m³. La fabrication est réalisée sous ISO 9001 et ISO 45001, avec des certifications produit incluant NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI et EUROCODE, et une conception référencée à AWWA D103-09, AWWA C550 et NFPA lorsque l'application l'exige.
Terminologie mappée au matériel
· TES est un terme générique, et pour un centre de données, la distinction utile se fait par milieu de stockage et par classe de pression, et non par dénomination marketing ; les exigences relatives à la coque suivent cette distinction.
· Définitions à fixer tôt dans un projet : capacité utile (après zones de mélange et zones mortes), perte statique, taux de charge/décharge, et classe de pression (atmosphérique versus frontière pressurisée).
· Nos réservoirs boulonnés atmosphériques pour le stockage d'eau en vrac, livrés jusqu'à 60 000 m³ par réservoir, sont la contrepartie physique derrière la plupart de ces définitions en pratique.
Questions fréquemment posées
Q1 : Les réservoirs TES réduisent-ils le PUE ?
A1 : Pas directement. Une température de condensation plus basse la nuit et des heures de fonctionnement plus longues du refroidisseur au point de conception peuvent améliorer l'efficacité de la machine, et le principal avantage se situe du côté du coût énergétique. Calculez la variation du COP de la machine par rapport à la variation des pertes du réservoir avant de revendiquer un gain de PUE.
Q2 : Quel est un delta T raisonnable pour un réservoir d'eau glacée ?
A2 : Cinq à sept kelvins sont typiques pour une bande de 6 à 12 °C ; quatre à six est le choix conservateur lorsque la perte par stratification est susceptible d'être élevée. Une bande plus large réduit le volume requis pour les mêmes kilowattheures stockés.
Q3 : Comment l'état de charge est-il affiché sur un écran de contrôle de centre de données ?
A3 : En pourcentage de la capacité utilisable, à partir des températures mesurées d'alimentation et de retour, du volume stocké et du facteur d'utilisabilité. Définissez les limites supérieure et inférieure de sorte que l'installation ne promette jamais plus de froid que le réservoir n'en contient.
Q4 : Un réservoir TES doit-il être un récipient sous pression ?
A4 : Non, pas habituellement. Un réservoir d'eau quasi atmosphérique se situe en dehors de la limite de pression, de sorte que le code applicable et la conception sont ceux spécifiés dans le cahier des charges du projet et le contrat. Une conception sous pression déplace le récipient, ses ouvertures et son régime d'inspection dans un périmètre différent.
Q5 : Un seul réservoir peut-il servir à la fois de tampon et de stockage ?
A5 : Oui. Un tampon à court terme pour les arrêts de refroidisseur et les transitoires de pompe et un stockage à plus long terme peuvent partager une seule cuve, à condition que la disposition des piquages et du diffuseur le permette et que l'opérateur comprenne l'état de charge combiné.
Q6 : Pourquoi la capacité utilisable est-elle inférieure à la valeur théorique ?
A6 : La stratification, le mélange à l'entrée, les fuites de chaleur ambiante et la bande de température de sortie réduisent ce qui peut être soutiré. Les concepteurs appliquent 70 à 90 pour cent pour l'eau et mesurent le résultat à la limite de l'installation.
Q7 : Que doit mesurer l'essai de réception ?
A7 : Les kilowattheures livrables à la limite de l'installation sur un cycle complet de charge et de décharge, plus le temps de charge, les pertes en veille et la température de sortie atteinte au débit de décharge nominal. Un contrat de réservoir TES qui ne mentionne que des mètres cubes laisse l'essai de réception à la discussion ultérieure.
Lisez le projet de stockage comme un ensemble de définitions avant qu'il ne devienne un ensemble de plans. Quatre voies existent, cinq paramètres comptent, et les abréviations doivent signifier la même chose pour le client, le concepteur et le fournisseur. Les réservoirs TES ne font pas consommer moins d'électricité à un centre de données ; ils déplacent cette électricité vers des heures moins chères, réduisent la taille de la centrale de refroidissement et donnent à l'installation une chance de passer à travers une panne. Obtenez les bonnes définitions et le dimensionnement de la cuve suivra.
Parlez à un ingénieur
Communiquez la charge informatique de conception, la fenêtre de stockage cible, les températures d'alimentation et de retour du refroidisseur et l'empreinte disponible. Nous renverrons le calcul derrière cette référence : kilowattheures stockés, mètres cubes requis, facteur utilisable appliqué, et la spécification des piquages, diffuseurs et isolation. Si vous comparez des voies, demandez le même calcul pour la glace et le PCM afin que la comparaison soit faite sur la capacité livrable.
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