Atık Isı Geri Kazanım Teknolojisiyle Veri Merkezlerinde Sıfır Karbon Gelişimi: Sistematik Bir İnceleme

Özet

Yapay zekâ, büyük veri ve bulut bilişimin ilerlemesi dünya veri merkezlerini sürekli genişletiyor ve enerji tüketimi ile karbon emisyonu sorunlarını ağırlaştırıyor. IEA projeksiyonlarına göre veri merkezlerinin küresel elektrik talebinin 2030'a kadar iki katına çıkması bekleniyor. İnceleme atık ısı geri kazanım teknolojilerinin düşük karbonlu gelişimdeki rolünü sistematik olarak değerlendiriyor. Yollar T1 ısı toplama ve yükseltme (ısı pompaları, sıvı soğutma, ısıl depolama), T2 atıktan güce (ORC, Kalina çevrimi, termoelektrik jeneratörler), T3 atık ısı destekli soğutma ve T4 bölgesel enerjiyle bağlantı olarak gruplanıyor.

Her grup için çalışma sıcaklık pencereleri, tipik uygulamalar ve vaka çalışmalarından bildirilen enerji, karbon ve geri ödeme sonuçları özetleniyor. Atık ısı geri kazanımı için ısı pompaları 20-55 °C kaynak sıcaklıkları için, absorpsiyonlu soğutma 30-85 °C için listeleniyor. Alıntılanan bir çalışmada su tankı ısıl deposu eklemek yıllık enerji maliyetinde %5 tasarruf sağladı, depolama verimi %80'in üzerinde kalırsa geri ödeme 15 yılın altında. Kuyu ısıl enerji depolama düşük dereceli veri merkezi atık ısısının kullanımını %77'den %96'ya çıkardı, CO2'yi %8'e kadar ve yıllık enerji maliyetini %6 azalttı ama geri ödeme 19 yıla uzadı.

İncelenen bir atık ısı geri kazanım sistemi yılda 27.978 kWh soğutma elektriği (23,9 ton CO2) tasarruf etti, geri ödeme yaklaşık 4,3 yıl. Bir TRNSYS 18 çalışması, ısı talebini soğutma dağıtım ünitesinin ikincil veya birincil tarafına bağlamayı karşılaştırdı; her iki şema da bir yıl içinde karlıydı.

Sonuç: en iyi yeşil veri merkezi yanıtı tek bir teknoloji değil, sıcaklık düzeylerine eşlenmiş bütünleşik elektrik, ısı, soğutma ve depolama sistemi; yazarlar birleşik PUE/COP/LCA değerlendirme çerçeveleri çağrısı yapıyor. Sınırlar: sistematik inceleme olduğundan yeni ölçüm yok ve vaka rakamları farklı koşullardan geliyor.

Öne çıkan noktalar

1. Atık ısı geri kazanımı için ısı pompaları 20-55 °C kaynak sıcaklıkları için, absorpsiyonlu soğutma 30-85 °C için listeleniyor.
2. Alıntılanan bir çalışmada su tankı ısıl deposu eklemek yıllık enerji maliyetinde %5 tasarruf sağladı; depolama verimi %80'in üzerinde kalırsa geri ödeme 15 yılın altında.
3. Kuyu ısıl enerji depolama düşük dereceli veri merkezi atık ısısının kullanımını %77'den %96'ya çıkardı, CO2'yi %8'e kadar ve yıllık enerji maliyetini %6 azalttı, ama geri ödeme 19 yıla uzadı.
4. İncelenen bir atık ısı geri kazanım sistemi yılda 27.978 kWh soğutma elektriği (23,9 ton CO2) tasarruf etti; geri ödeme yaklaşık 4,3 yıl.
5. Bir TRNSYS 18 çalışması ısı talebini soğutma dağıtım ünitesinin ikincil veya birincil tarafına bağlamayı karşılaştırdı; her iki şema da bir yıl içinde karlıydı.
6. İnceleme yolları T1 ısı toplama ve yükseltme, T2 atıktan güce, T3 atık ısı destekli soğutma ve T4 bölgesel enerji bağlantısı olarak grupluyor.

Tasarımda kullanımı

• Atık ısı kullanımında önce kaynak sıcaklığına göre teknolojiyi eşleyin (ısı pompası 20-55 °C, absorpsiyonlu soğutma 30-85 °C) ve tek bir teknoloji yerine elektrik, ısı, soğutma ve depolamayı birlikte düşünün.
• Isıl depolama kararında depolama verimini (%80 üzeri) ve geri ödemeyi (5% maliyet tasarrufu için 15 yıl altı, kuyu depolama için 19 yıl) birlikte değerlendirin.
• Atık ısı geri kazanımını PUE, COP ve LCA ile birlikte raporlayın.

Kimler okumalı

Veri merkezi atık ısı geri kazanımı seçeneklerini ve teknoloji eşleştirmesini değerlendiren planlamacılar ve enerji mühendisleri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Veri merkezleri için atık ısı geri kazanım yöntemleri (2.1 Atık ısı geri kazanımında ısı pompası uygulaması, 2.2 Isıl enerji depolama, 2.3 Absorpsiyon/adsorpsiyon soğutma teknolojisiyle atık ısı geri kazanımı)
3. 3. Atık ısı geri kazanımında güç üretim teknolojisi (3.1 Organik Rankine çevrimi sistemi, 3.2 Kalina çevrimi, 3.3 Termoelektrik jeneratörler, 3.4 Diğer teknolojilerle elektrik üretimi)
4. 4. Bölgesel ısıtma için atık ısı geri kazanımı
5. 6. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Lingfei Zhang; Zhanwen Zhao; Bohang Chen; Mingyu Zhao; Yangyang Chen

Yayıncı

Sustainability (MDPI AG)

Yıl

2025

Cilt

17

Sayı

22

Sayfalar

10101

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/su172210101

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye