Bồn TES: Tài liệu tham khảo nhanh về lưu trữ nhiệt trong làm mát trung tâm dữ liệu
Tạo vào Hôm nay
Bồn TES: Tham khảo nhanh về lưu trữ nhiệt trong làm mát trung tâm dữ liệu
Bồn TES lưu trữ năng lượng làm mát dưới dạng nhiệt hiện trong nước lạnh phân tầng, nhiệt ẩn trong băng, hoặc nhiệt ẩn trong vật liệu chuyển pha, và nó cho phép nhà máy chiller cắt giảm nhu cầu đỉnh hoặc vượt qua một sự cố; kiến trúc phù hợp được lựa chọn dựa trên độ nâng nhiệt độ khả dụng, không gian và nhiệm vụ mà hệ thống lưu trữ phải thực hiện.
Giới thiệu
Lưu trữ năng lượng nhiệt (TES) trong nhà máy làm mát trung tâm dữ liệu là một bồn lưu trữ năng lượng làm mát khi nó rẻ hoặc dồi dào và cung cấp lại khi phụ tải hoặc biểu giá yêu cầu. Đây là đòn bẩy lớn nhất mà hầu hết các nhà máy làm mát có để cắt giảm nhu cầu điện đỉnh và vượt qua một sự cố lưới điện mà không cần nhiên liệu máy phát, và nó hoạt động với các chiller bạn đã sở hữu thay vì thay thế chúng.
Đây là một tài liệu tham khảo ngắn gọn, không phải là một sách hướng dẫn thiết kế. Nó cho bạn biết bể TES là gì, ba kiến trúc thường được sử dụng và các con số xác định mỗi loại, cách lưu trữ định hình lại nhà máy làm lạnh, chi phí và lợi nhuận của nó, những trường hợp không đáng để thực hiện và những câu hỏi bạn nên đưa ra cho chuyên gia trước khi cam kết vốn. Cơ sở vật lý là Sổ tay ASHRAE; việc kiểm tra hiệu suất của bể lưu trữ tuân theo các quy trình kiểm tra thống nhất do IAPMO công bố.
Đọc phần này trước khi bạn định hướng, sau đó đưa các câu hỏi ở cuối cho kỹ sư sẽ thiết kế kích thước bể thực tế.
Bể TES là gì trong một đoạn văn
Bồn TES là một kho dự trữ công suất làm mát, không phải là nguồn tạo ra nó. Nó chứa một thể tích chất lỏng ở nhiệt độ có ích cho nhà máy, được nạp bởi các máy làm lạnh khi có công suất dư thừa hoặc điện giá rẻ và được xả đến cuộn dàn lạnh hoặc hệ thống phân phối khi phụ tải hoặc biểu giá yêu cầu. Bản thân bồn không làm mát; nó tách rời thời điểm làm mát được tạo ra khỏi thời điểm nó được sử dụng.
Đối với một trung tâm dữ liệu, giá trị là gấp đôi. Về mặt vận hành, nó giúp nhà máy vượt qua một sự cố lưới điện hoặc một lần máy làm lạnh gặp sự cố trong khoảng thời gian vài phút hoặc vài giờ mà khối lượng nhiệt có thể đảm bảo, và về mặt kinh tế, nó cho phép các máy làm lạnh chạy vào ban đêm hoặc trong khung giá thấp điểm để nạp đầy bồn, sau đó cắt giảm hoặc tránh nhu cầu điện cao điểm vào ban ngày. Bồn là bộ đệm giữa các máy làm lạnh và phụ tải theo thời gian, chứ không chỉ theo lưu lượng như một bồn đệm thông thường.
Ba kiến trúc
Ba kiến trúc chiếm ưu thế. Lưu trữ nước lạnh phân tầng là đơn giản nhất: một bồn nước cao được nạp lạnh ở đáy và ấm ở đỉnh, ngăn cách bởi một lớp nhiệt độ, để nhà máy lấy nước lạnh từ đáy và trả nước ấm về đỉnh. Nó hoạt động trong mức chênh nhiệt độ khiêm tốn vài độ và sử dụng nước thông thường làm môi chất.
Lưu trữ băng sử dụng nhiệt ẩn nóng chảy: mật độ năng lượng trên mỗi thể tích lớn hơn nhiều so với nước, được xây dựng dưới dạng băng trên cuộn ống nơi băng hình thành xung quanh các ống mà dung dịch muối chảy qua, hoặc dưới dạng máy thu hoạch động tạo và lưu trữ băng riêng biệt. Lưu trữ vật liệu chuyển pha nằm giữa hai loại này, sử dụng muối hoặc hỗn hợp eutectic nóng chảy và đông đặc ở nhiệt độ được chọn, cung cấp lưu trữ ẩn tại một điểm đặt mà không cần nhiệt độ dung dịch muối rất thấp như băng đòi hỏi.
Các con số xác định từng kiến trúc
Các con số xác định mỗi kiến trúc là mật độ năng lượng và chênh lệch nhiệt độ mà nó cần. Nước lạnh phân tầng lưu trữ khoảng 1,16 kWh trên mét khối trên độ Celsius của delta-T (rho x cp x delta-T), vì vậy mức chênh 5°C (9°F) cho khoảng 5,8 kWh/m3, và bồn chứa lớn nhưng các máy làm lạnh vẫn ở nhiệt độ nước lạnh bình thường.
Băng lưu trữ khoảng 93 kWh/m3 nhiệt ẩn ở điểm đóng băng, vì vậy bồn chứa nhỏ hơn nhiều cho cùng một lượng năng lượng, nhưng máy làm lạnh phải tạo nước muối gần 0 độ C (32 độ F) hoặc thấp hơn, điều này tốn thêm công nâng và hiệu suất. Vật liệu chuyển pha lưu trữ ở nhiệt độ nóng chảy của nó, thường là hàng chục kWh/m3, nằm giữa hai thái cực. Việc lựa chọn là sự đánh đổi giữa thể tích bồn chứa, công nâng của máy làm lạnh và nhiệt độ mà hệ thống phân phối có thể chấp nhận. Lựa chọn hiếm khi dựa trên việc loại nào lưu trữ nhiều năng lượng nhất trên mỗi mét khối, bởi vì nhà máy thường có thể tạo không gian cho một bồn chứa; mà là về công nâng của máy làm lạnh mà kiến trúc được chọn đòi hỏi và nhiệt độ phân phối mà các cuộn dây hiện có sẽ thực sự chấp nhận.
Cách nó thay đổi hệ thống máy làm lạnh
Lưu trữ thay đổi hệ thống máy làm lạnh bằng cách cho phép nó vận hành dựa vào bồn chứa thay vì dựa vào tải tức thời. Ở chế độ nạp, các máy làm lạnh làm đầy bồn chứa, được định cỡ theo tải trung bình trong khoảng thời gian nạp thay vì tải đỉnh, do đó một hệ thống máy làm lạnh nhỏ hơn hoặc chậm hơn có thể phục vụ tải đỉnh lớn hơn so với khi không có lưu trữ.
Trong chế độ xả, bồn cung cấp một phần hoặc toàn bộ lượng làm mát, do đó các máy làm lạnh có thể được tiết giảm hoặc dừng trong giờ cao điểm hoặc sự kiện. Hệ thống điều khiển nhà máy có thêm một bậc tự do: khi nào tạo ra làm mát so với khi nào sử dụng nó, được quyết định bởi biểu giá, tín hiệu lưới điện hoặc kế hoạch phục hồi thay vì bởi nhu cầu cuộn dây trực tiếp. Sự tự do đó chính là tài sản; bồn là phần cứng lưu giữ nó.
Chi phí và tiết kiệm
Chi phí bao gồm bồn, máy bơm và hệ thống phân phối bổ sung, cùng hệ thống điều khiển để nạp và xả; tiết kiệm bao gồm nhu cầu điện năng đỉnh, phí nhu cầu liên quan, và ở một số thị trường là khả năng tránh máy phát điện hoặc giảm nhiên liệu của nó. Lợi nhuận là một hàm của cấu trúc biểu giá và tần suất thực tế cắt đỉnh, không phải một tỷ lệ phần trăm cố định.
Tuyên bố trung thực là việc tiết kiệm phụ thuộc vào nhiệm vụ: một nhà máy có đỉnh cao đối với phí nhu cầu dốc sẽ thu hồi bồn nhanh hơn một nhà máy có biểu đồ phẳng, và một khuôn viên cần khả năng phục hồi qua các sự kiện lưới điện coi trọng bồn vì khả năng vượt qua mà nó cung cấp bất kể biểu giá. Hãy định lượng cả việc giảm nhu cầu và giá trị phục hồi trước khi cam kết vốn, vì thường thì cái này hay cái kia mang lại lý do cho trường hợp này.
Khi điều đó không hợp lý
Tích trữ nhiệt không đáng làm khi biểu đồ phụ tải đã bằng phẳng, biểu giá không có phí công suất đáng để cắt giảm, hoặc địa điểm không có không gian và không chịu được mức nâng nhiệt của máy làm lạnh mà kiến trúc đã chọn yêu cầu. Một nhà máy không bao giờ đạt đỉnh so với mức phí thì không có gì để bồn làm mịn, và vốn đầu tư nằm im.
Nó cũng thất bại khi hệ thống phân phối không thể sử dụng nhiệt độ tích trữ: nước lạnh phân tầng cần một delta-T mà các cuộn dây chấp nhận, băng cần nhà máy nước muối mà chủ sở hữu sẽ không vận hành, và vật liệu chuyển pha cần một điểm đặt mà hệ thống thực sự vượt qua. Nếu cách duy nhất để sử dụng năng lượng làm mát tích trữ là xây dựng lại hệ thống phân phối, thì tích trữ là khoản đầu tư đầu tiên sai lầm. Hãy khớp kiến trúc với nhà máy bạn đang có trước khi định cỡ bồn.
Các câu hỏi cần đưa đến chuyên gia
Hãy mang một danh sách ngắn gọn, cụ thể đến chuyên gia để cuộc trao đổi tập trung vào con số, không phải danh mục. Các câu hỏi xoay quanh nhiệm vụ, nhiệt độ, không gian và chi phí, và mỗi yếu tố đều giới hạn kiến trúc nào có thể tồn tại.
· Bồn phải thực hiện nhiệm vụ gì: cắt đỉnh nhu cầu, duy trì hoạt động xuyên suốt, hay cả hai, và trong bao lâu?
· Hệ thống phân phối thực sự có thể sử dụng delta-T nào, và mức nâng chiller nào là chấp nhận được để tạo ra kho lưu trữ?
· Thể tích và diện tích nào có sẵn tại địa điểm, và định mức tải trọng sàn hoặc bệ là bao nhiêu?
· Cấu trúc biểu giá là gì, và khoản phí nhu cầu hoặc giá trị phục hồi mà bồn sẽ thu hồi được là bao nhiêu?
· Kiến trúc nào phù hợp với nhiệt độ và không gian, và chi phí lắp đặt so với giá trị thu hồi được trong suốt vòng đời nhà máy là bao nhiêu?
Thuật ngữ và tiêu chuẩn chính
Một vài thuật ngữ và tiêu chuẩn định hình mọi cuộc thảo luận về TES. Lớp nhiệt độ là ranh giới chuyển tiếp giữa nước ấm và nước lạnh trong một bồn phân tầng; việc nạp đầy giữ cho nó sắc nét. Nhiệt ẩn nóng chảy là năng lượng mà băng hoặc vật liệu chuyển pha lưu trữ ở nhiệt độ không đổi khi nó đông đặc hoặc tan chảy, khác với nhiệt hiện lưu trữ bởi sự thay đổi nhiệt độ.
Các tài liệu tham khảo kỹ thuật là Sổ tay ASHRAE - Hệ thống và Thiết bị HVAC cho vật lý nhà máy và quy trình thử nghiệm thống nhất IAPMO cho bồn lưu trữ nhiệt về cách đo hiệu suất. Một bồn được chỉ định bởi công suất năng lượng tính bằng kWh làm mát, delta-T vận hành, tốc độ nạp và xả, và nhiệt độ mà hệ thống phân phối chấp nhận; giữ bốn yếu tố đó trên mọi bản vẽ và lựa chọn kiến trúc sẽ luôn trung thực.
So sánh kiến trúc TES: Môi trường, Mật độ năng lượng, Chênh lệch nhiệt độ của máy làm lạnh
WhatsApp