一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统

技术领域

本发明属于数据中心输电技术领域，尤其是一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统。

背景技术

大数据产业的迅速发展加上“5G”通信的加持，致使大数据产业对大型数据中心的需求量越来越大，数据中心能耗基数巨大，效率指标的微小提升都能够带来非常可观的经济环境效益。为实现节能降耗，数据传输稳定的能效设计带来巨大挑战。

目前，数据中心的电气传输、制冷散热、储能系统环节采用铜缆电力传输、风冷水冷以及化学电池作为主要建设构架，而电缆线损、散热效率及储能转化率为数据中心运行带来额外负担和不稳定性。

具体的，数据中心消耗电能大，采用传统铜缆传输所产生的焦耳热，电力能源利用率下降；数据中心运行产生热量较多，通常利用空调或冷水机组散热，而空气、水流热传导效率不高；化学电池储能单位体积能量存储密度低、能源转化效率低，供电线路故障时，化学电池长时间供电稳定性差；电力传输、散热及化学电池储能装置装机量大、占地空间大。

针对以上问题，急需一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统，实现数据中心输电损耗低、散热效率高、储能转化高、占地空间小的目的。

发明内容

发明目的：提供一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统，包括超导电缆及数据传输单元、制冷及储能单元和数据中心及冷屏散热单元，所述制冷及储能单元的输入端通过输电线与电网端连接，且电网端与制冷及储能单元之间的输电线上安装有电器控制开关一，所述制冷及储能单元的输出端通过冷媒输送管道与超导电缆及数据传输单元连接，所述超导电缆及数据传输单元的输入端通过数据传送线路与通信端连接，通过输电线与电网端连接，且电网端与超导电缆及数据传输单元之间的输电线上安装有电器控制开关三，所述超导电缆及数据传输单元的输出端连接有数据中心及冷屏散热单元，所述数据中心及冷屏散热单元的输出端与制冷及储能单元连接，所述数据中心及冷屏散热单元的输入端通过输电线与电器控制开关一，且数据中心及冷屏散热单元与电器控制开关一之间的输电线上安装有电器控制开关二，所述电器控制开关二通过输电线与超导电缆及数据传输单元连接。

进一步的，所述制冷及储能单元包括燃气发电机组、汽化器、超导储能及冷媒储罐和过冷箱，所述过冷箱内注有清洁能源液体，所述过冷箱的输出端连接有冷媒输送管道，所述过冷箱与超导储能及冷媒储罐连通，所述超导储能及冷媒储罐的输出端连接有汽化器，所述汽化器上连接有燃气发电机组，所述燃气发电机组的输出端连接在电器控制开关一上，所述电器控制开关一通过输电线与超导储能及冷媒储罐内的超导磁体连接。

进一步的，所述过冷箱的清洁能源液体内浸没有制冷机和低温泵，所述所述低温泵的输出端连接有冷媒输送管道，所述制冷机和低温泵的输入端均连接子在电器控制开关四上，所述电器控制开关四通过输电线与电器控制开关一连接。

进一步的，所述超导电缆及数据传输单元包括电器终端一、超导光电复合缆和电器终端二，所述超导光电复合缆的两端分别连接有电器终端一和电器终端二，所述电器终端一分别与电器控制开关三、冷媒输送管道和数据传送线路连接，所述电器终端二分别与电器控制开关二和数据中心及冷屏散热单元连接。

进一步的，所述超导光电复合缆包括超导导体、光纤集束和骨架一，所述骨架一呈管状结构，所述骨架一内充满清洁能源液体，所述清洁能源液体内设置有超导导体和光纤集束。

进一步的，所述超导光电复合缆包括超导导体、光纤集束和骨架二，所述骨架二呈双层套管结构，所述骨架二内层管中充满清洁能源液体，所述清洁能源液体内设有超导导体，所述骨架二内层管与外层管之间设置有光纤集束。

进一步的，所述数据中心及冷屏散热单元包括冷屏、换热盘管和服务器，所述服务器外设置有冷屏，所述冷屏上设置有换热盘管，所述换热盘管的一端与电器终端二上的冷媒输送管道连接，另一端与过冷箱连接，所述冷屏上设置有电力输入端和数据输入端，所述电力输入端通过输电线与电器控制开关二连接，所述数据输入端通过数据传送线路与电器终端二连接。

进一步的，所述清洁能源液体为液氢或液化天然气。

有益效果：本发明设置超导电缆及数据传输单元，用以将城市电力及信息数据，通过超导光电复合缆传输至数据中心，超导电缆与液态清洁能源共管，利用液氢、液化天然气冷量达到超导态，清洁能源通过迫流循环，使电力无损传输，热负荷及时带走，达到光通讯与电力能源、清洁能源共同高效传输，并节约空间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中制冷及储能单元的结构示意图。

图3是本发明中超导电缆及数据传输单元的结构示意图。

图4是本发明在实施例2中超导光电复合缆的结构示意图。

图5是本发明在实施例3中超导光电复合缆的结构示意图。

图6是本发明中数据中心及冷屏散热单元的结构示意图。

图7和图8是本发明在实施例4下的运行示意图。

图9和图10是本发明在实施例5下的运行示意图。

图11和图12是本发明在实施例6下的运行示意图。

图13和图14是本发明在实施例7下的运行示意图。

图15和图16是本发明在实施例8下的运行示意图。

附图标记为：1、超导电缆及数据传输单元；11、电器终端一；12、超导光电复合缆；121、清洁能源液体；122、超导导体；123、光纤集束；124、骨架一；125、骨架二；13、电器终端二；2、制冷及储能单元；21、燃气发电机组；22、汽化器；23、超导储能及冷媒储罐；24、过冷箱；241、制冷机；242、低温泵；3、数据中心及冷屏散热单元；31、冷屏；32、电力输入端；33、数据输入端；34、换热盘管；35、服务器；4、冷媒输送管道；5、输电线；6、数据传送线路；7、电器控制开关一；8、电器控制开关二；9、电器控制开关三；0、电器控制开关四；

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

实施例1：

如图1所示，一种数据中心用清洁能源超导输电及储能系统，包括超导电缆及数据传输单元1、制冷及储能单元2和数据中心及冷屏散热单元3，制冷及储能单元2的输入端通过输电线5与电网端连接，且电网端与制冷及储能单元2之间的输电线5上安装有电器控制开关一7，制冷及储能单元2的输出端通过冷媒输送管道4与超导电缆及数据传输单元1连接，超导电缆及数据传输单元1的输入端通过数据传送线路6与通信端连接，通过输电线5与电网端连接，且电网端与超导电缆及数据传输单元1之间的输电线5上安装有电器控制开关三9，超导电缆及数据传输单元1的输出端连接有数据中心及冷屏散热单元3，数据中心及冷屏散热单元3的输出端与制冷及储能单元2连接，数据中心及冷屏散热单元3的输入端通过输电线5与电器控制开关一7，且数据中心及冷屏散热单元3与电器控制开关一7之间的输电线5上安装有电器控制开关二8，电器控制开关二8通过输电线5与超导电缆及数据传输单元1连接。本发明利用超导电缆及数据传输单元1将城市电力及信息数据传输至数据中心，超导光电复合缆将清洁能源液体121和超导导体122设置在同一管道内，利用液氢或液化天然气冷量达到超导态，清洁能源液体121通过迫流循环，使电力无损传输，热负荷及时带走，达到光通讯与电力能源、清洁能源共同高效传输，并节约空间。

如图1和图2所示，制冷及储能单元2包括燃气发电机组21、汽化器22、超导储能及冷媒储罐23和过冷箱24，过冷箱24为不锈钢钢杜瓦容器，过冷箱24内注有清洁能源液体121，过冷箱24的输出端连接有冷媒输送管道4，过冷箱24与超导储能及冷媒储罐23连通，超导储能及冷媒储罐23的输出端连接有汽化器22，汽化器22上连接有燃气发电机组21，燃气发电机组21的输出端连接在电器控制开关一7上，电器控制开关一7通过输电线5与超导储能及冷媒储罐23内的超导磁体连接。超导储能及冷媒储罐23采用不锈钢杜瓦制作，一方面为过冷箱24和燃气发电组21提供清洁能源作为冷媒和燃料，另一方面冷却内部超导磁体，无损储存大量电能；汽化器22使清洁能源由液态转化为气态，燃气发电机组21将其他清洁能源燃料的化学能转化为电能；清洁能源补充和燃料输送通过管道阀门控制。

如图1和图2所示，过冷箱24的清洁能源液体121内浸没有制冷机241和低温泵242，低温泵242的输出端连接有冷媒输送管道4，制冷机241和低温泵242的输入端均连接子在电器控制开关四0上，电器控制开关四0通过输电线5与电器控制开关一7连接。制冷机241用以冷却系统漏热及数据中心所产生的热负荷，低温泵242用以提供清洁能源液体系统循环动力。

如图1和图3所示，超导电缆及数据传输单元1包括电器终端一11、超导光电复合缆12和电器终端二13，超导光电复合缆12的两端分别连接有电器终端一11和电器终端二13，电器终端一11分别与电器控制开关三9、冷媒输送管道4和数据传送线路6连接，电器终端二13分别与电器控制开关二8和数据中心及冷屏散热单元3连接。超导导体122经过流动的清洁能源液体121冷却至超导态，由电气终端一11和终端(电源和数据)连接组合，电气终端一11和电气终端二13均由低温杜瓦组成，实现常温导体和超导导体122的连接过度以及室温和低温的过度，城市电力在电源侧进行输入，电能通过电气终端一11、超导导体122、电气终端二13输入数据中心；数据信息的光信号通过超导光电复合缆12中光纤集束123传输至数据中心，经存储、运算后数据信息通过光纤返回外界；清洁能源液体121流动方向为电气终端一11至电气终端二13，进入数据中心及冷屏散热单元3。

如图1和图6所示，数据中心及冷屏散热单元3包括冷屏31、换热盘管34和服务器35，服务器35外设置有冷屏31，冷屏31上设置有换热盘管34，换热盘管34的一端与电器终端二13上的冷媒输送管道4连接，另一端与过冷箱24连接，冷屏31上设置有电力输入端32和数据输入端33，电力输入端32通过输电线5与电器控制开关二8连接，数据输入端33通过数据传送线路6与电器终端二13连接。数据中心服务器周围空间由不锈钢材料封闭形成冷屏31，冷屏31设置电力输入端32及数据输入端33，用以电力供电和数据信息处理；清洁能源液体121通过换热盘管34布局在冷屏31外，数据中心服务器产生的热负荷由流动的清洁能源液体121传送至制冷及储能单元2。其中，清洁能源液体121为液氢或液化天然气。

实施例2：

如图4所示，超导光电复合缆12包括超导导体122、光纤集束123和骨架一124，骨架一124呈管状结构，骨架一124内充满清洁能源液体121，清洁能源液体121内设置有超导导体122和光纤集束123。骨架一124结构简单，使得超导光电复合缆12的制作成本低。

实施例3：

如图5所示，超导光电复合缆12包括超导导体122、光纤集束123和骨架二125，骨架二125呈双层套管结构，骨架二125内层管中充满清洁能源液体121，清洁能源液体121内设有超导导体122，骨架二125内层管与外层管之间设置有光纤集束123。骨架二125通过内层管与外层管之间的肋板将光纤集束123均匀分布，且光纤集束123不设置在清洁能源液体121内，使超导光电复合缆12的结构强度高，且电力传输和信号传输被分开，使电力和信号检修能够分开，避免超导光电复合缆12单一功能损坏后的相互干扰。

实施例4：

如图7和图8所示，系统正常运行时，城市供电通过超导电缆及数据传输单元1内的超导光电复合缆12对数据中心及冷屏散热单元3内的服务器35供电，同时，城市供电为制冷及储能单元2供电，使过冷箱24对清洁能源液体121制冷并在迫流循环，为超导光电复合缆12的超导提供媒介。

实施例5：

如图9和图10所示，城市供电对过冷箱24配电故障时，拨接电气控制开关一7，过冷箱24电源由超导储能及冷媒储罐23接入，过冷箱24正常运转，清洁能源液体121恢复循环，保证服务器35正常运行。

实施例6：

如图11和图12所示，城市供电断电故障时，电气控制开关二8切断城市供电接入，拨接至超导储能及冷媒储罐23，电气控制控制开关一7拨接至超导储能及冷媒储罐23，分别为过冷箱24和超导光电复合缆12瞬时供电，电气控制控制开关一7接入燃气发电机组21发电通过超导光电复合缆12为服务器35提供电力。

实施例7：

如图10所示，城市供电对超导光电复合缆12断电故障时，电器控制开关二8和电器控制开关三9切断超导光电复合缆12供电，城市供电通过常规线路直接供电至服务器35，清洁能源液体121继续循环为服务器35散热。

实施例8：

如图11所示，城市供电短路冲击导致超导光电复合缆12断电故障时，电气控制开关二8、电气控制开关三9切断城市供电及导致超导光电复合缆12供电，拨接电气控制开关一7至超导储能及冷媒储罐23，分别为服务器35和过冷箱24瞬时供电，电气控制开关一7接入燃气发电机组21发电，为服务器35提供电力。

以上结合附图详细描述了发明的优选实施方式，但是，发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在发明的技术构思范围内，可以对发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于发明的保护范围。