0 概述

数据量的爆发性增长、云计算的兴起将对数据中心建设产生巨大推力，推动了数据中心产业的快速发展。根据Gartner 的统计，2011 年，全球云计算服务的市场规模为900 亿美元，2012 年全球公有云支出增长了18.6%，达到1 103 亿美元，到2016 年云计算的三大服务模式IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）的复合年均增长率分别达到41.3%、27.7%和19.5%。中国占全球云计算市场份额虽然不到3%，但却以每年40%的速度增长，2016 年IDC 服务市场总规模已达到39亿美元，增长率持续上升的原因主要来自增值业务的快速增长。国内IDC 运营商主要集中在北京、上海、广东三地，贴近IDC 消费的客户，上海区域市场份额在国内市场占比在13%以上，近两年客户对机柜资源的需求会集中释放。

随着IT技术的飞速发展，IT设备密度越来越高，传统低密度机柜已经不能满足市场需要且浪费资源；传统机房因建设周期长，已经向微模块机房转变。微模块机房建设周期短，成本可控，技术等级高，管理方便；单纯售卖物理资源收益低，更多向虚拟云计算资源转变，提供更多增值服务，获取高收益。

本文分析了数据中心在“双碳”形势下面临的转型需求，介绍了氢能源在数据中心应用的国内外案例，分析了典型数据中心的能源结构。基于氢能源的特点，结合数据中心的典型场景对应用氢能源的可行性进行分析，提出氢能在数据中心的应用前景。

1 氢能在数据中心应用的国内外现状[1-4]

基于氢能的特点，随着氢能运用，已有不少公司在探索将氢能应用于数据中心。

美国新能源国家实验室（NREL）启动了实验论证项目。 燃料电池采用PEM（质子交换膜）70 kW氢燃料电池，提供380 V的DC直供给两个机架，氢气供应管道连续供氢，燃料电池产生的余热通过屋顶集中排出。在使用场景的选择上，计划通过DC短路切换、N+1 冗余、完全替代UPS 和备用柴发等三个方向实现应用。

实践性教学就是要求教师构建自己的教学理论，将自己的实践理论化，在实践中不断完善和发展。实践性的核心是教师的职业敏感性。教学是一个动态的过程，随着经济社会发展不可能一成不变。在教师的日常教学中，教师应当能够将教学实践理论化，将教学理论实践化[5]。外语教学专家要尊重教师积累的经验，并鼓励教师观察、反思自己的教学过程，将教学理论付诸于实践的同时发掘自己的教学潜力。

国内的华为公司对数据中心进行了系统分析，认为数据中心是数字经济的底座，占社会用电量2%的数据中心，支撑占GDP 36.2% 的数字经济规模，大数据中心是新基建七大核心领域之一。华为数据中心提出能源解决方案助力打造零碳数据中心。

Ebay公司的数据中心项目，功率采用6 MW的燃料电池，场景替代柴发作为备用电源，燃料电池选择SOFC（固体氧化物燃料电池），燃料采用天然气作为原料气。燃料电池在国外代表性公司的应用见表1。

苹果公司的数据中心项目，采用功率达4 MW的燃料电池，应用的场景选择替代柴发作为备用电源，燃料电池选择了SOFC（固体氧化物燃料电池），燃料采用生物质燃料作为原料气，后续规模准备扩展做到20 MW。

对于新建的数据中心，针对所存在的能效低、施工三废多、建设周期长（＞2 年）等痛点，树立了“全生命周期绿色DC”的目标，提出三条技术路径：一是创新建设模式，包括预制模块化建设、园区叠光、绿电引入等；二是高效用能，包括高效温控、自然冷源、高效供电等；三是AI 辅助运维，包括数字孪生、可视化运维、AI能效系统级优化等。

PUE——全部设备能耗/IT设备能耗；

应用场景三：替代空调。

中华龙舟大赛是目前国内级别最高、竞技水平最高、奖金总额最高的龙舟赛，从2011年开始登上历史舞台，由国家体育总局社会体育指导中心、中央电视台体育频道、中国龙舟协会主办，中视体育娱乐有限公司与赛事举办地政府共同承办。

2 数据中心用能分析

衡量数据中心能耗水平主要有如下两个指标：

其中：

比如进行《美丽的春天》写话练习时，首先说词语——进行相关词语拓展，让学生说出有关描写春天的优美词语有哪些？在学生交流之后，老师进行简单梳理，让学生有选择地摘抄在习作本上，为写出精彩的语段作好铺垫。然后说句子——要求学生把话说完整，说生动，引导学生会运用课本中学到的优美语句，如“桃花涨红了脸，柳树摇着绿色的长辫子”等，并仿照这样的句型进行其他语句训练，为写话打下坚实的基础。最后说语段——在教学中，教师要对学生进行语段顺序的指导，让学生把话说完整并条理清楚表达出来。整个过程由连词成句，连句成篇，由易到难，降低了写话的难度，学生有话可说，有话可写。

DCE——IT设备能耗/全部设备能耗。

1) 对比A、B、D 3个模型骨架曲线(图8)可以发现，模型B的极限承载力较模型A增长57.64%，模型D增长38.3%.可以发现增设抗震墙后结构的承载能力明显提高，同时也可以得出抗震墙布置在跨中时结构的极限承载力提高幅度最大.

数据中心消耗的能源资源涉及电力、水，其中主要消耗的能源为电力，以某万台套标准机柜（20 A/机柜、约4.2 kW/机柜）进行测算。项目总用电能为66 976.18 万kWh，其中IT 设备用能为47 455.37万kWh，则PUE=1.411，传统数据中心的能耗构成见图1。

IT设备、制冷系统是今后进一步提高PUE的重点。目前，上海地区的代表性数据中心的PUE少部分达到1.3，大部分为1.4，上海市要求1.3 以下，需要进一步降低PUE。某典型数据中心的实践表明，通过使用新技术，IT 设备的能耗70%→50%，制冷系统35%→25.75%，供配电系统10%→2%，照明及其它5%→1.2%。FC 的应用场景应该聚焦于IT设备和制冷系统，而在照明及其它补充PUE的计算公式，系统中的应用可能相应难度较小。

3 典型数据中心应用氢能源的场景可行性分析

考虑到氢能具有零碳的特色，其在数据中心的应用主要功能是为数据中心提供绿电，打造零碳数据中心。目前氢能发电的主要设备是燃料电池，燃料电池最主要的典型产品是质子交换膜燃料电池（PEM），如果用到IDC 需要分析IDC 的供能系统，找到最佳的切入点。

3.1 燃料电池在IDC应用场景的理论分析

根据前文的分析可知，数据中心的主要供能分布在IT设备系统的供电、空调等系统的供冷。

燃料电池是一种高效的发电系统，有更高的发电效率，同时也放出余热，如果能把电能和余热能结合使用，将获得更高的效率，见图2。

从供电端的切入，可以有如图3的三个切入点，分别为市电供电端、UPS端和机柜端。

市电端的电压一般为10 kV，接入端的电力都需要满足这一条件。目前现有的输入端电力，一般包括风电、光伏电、储能电和柴发电。

UPS端和机柜端，比较典型的供电是85~138 VAC的电压范围，电池采用铅酸电池和锂电池的结合，其中铅酸电池的电压为360～528 Vdc，锂电池为512 Vdc，输出端需要满足机柜0.5 kW，220 V交流电的用电需求。

结合上述IDC 供电的需求，如果采用燃料电池，需要有一个明确的定位。以往通过风光电+储能电的形式已经可以实现IDC供电的绿电为主，市电为辅的模式，并且开始具有经济性。当采用燃料电池时，必须有一个明确的定位，才能凸显燃料电池的使用优势。氢能源在数据中心中可能的应用场景见图3。

全面贯彻执行“预防为主，综合防治”的植保方针；牢固树立公共植保、绿色植保的理念；坚持以农业防治、物理防治、生物防防治为主，化学防治为辅的绿色农产品防治技术原则。

氢燃料电池的效率约为40%~60%，可以理解为每产生1 kWh 电能，就会发出5 400 kJ 的热量。视燃料电池的功率，如果燃料电池的效率为50%，则产生的热能和产生的电能相同温度与燃料电池类型有关，质子交换膜燃料电池排出的热量大约在50～90 ℃。一般需要采取风冷或者液冷，通常需要采用冷却水箱或余热处理系统吸收或处理PEMFC 发电机运行产生的热量，保障发电环境不超温。将PEMFC 燃料电池的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调等，实现电热联产联供，可大幅提高燃料利用效率，具有极好的发展与应用前景。

微软供气启动了氢能替代方案，燃料电池功率采用250 kW 的PEM（质子交换膜）燃料电池，给10个机架供电。目前已完成24 h持续供电实验，正在进行48 h供电实验，未来将扩展到3 MW，实现直接替换单个备用的柴油发电机。

目前双元混合工质喷射式制冷系统发生器热源温度可低至60 ℃；两级溴化锂吸收式制冷机驱动热源温度为65～75 ℃，取平均值70 ℃；常规溴化锂吸收式制冷机驱动热源温度高于88 ℃，本文取90 ℃。冷热电联供的质子交换膜燃料电池系统额定发电功率不小于200 kW，发电效率≥50%，70 ℃余热条件下、制冷效率≥40%，系统供电制冷效率≥70% LHV，热电联供总效率≥85%。

3.2 燃料电池典型应用场景

数据中心用的柴油发电机多为康明斯柴油发电机系列，其功率分布主流为1 800 kW，功能主要是作为市电的一路备用电源。燃料电池替代柴发功能示意图见图4。

农业是靠“天”吃饭的产业。如果不能提高对自然灾害的防御能力和自救能力，那么一旦发生气象灾害，就会出现无法控制的局面，在农业生产中造成无法估量的损失。防御技能不完善是制约农业发展的重要因素之一。所以当前农业发展面临的最大问题就是如何做好气象防灾减灾工作。当气象科技的作用得到充分发挥时，就能最大限度地减轻农业生产中各个环节的损失，这不仅有助于农业农村经济发展，还能加快社会向前发展的步伐，而且对促进人类与自然的和谐发展具有重要意义。

应用场景一：替代柴发。

应用场景二：替代高压直流供电系统（HVDC）。

Case 1.The two sources exhibit both uniform distribution.

2) ROS与Rovio的通信部分：ROS发出速度指令至Rovio平台，Rovio将当前实际速度值发布到Odom主题，以提供给其他节点订阅。

[2]维晨佐·阿兰乔·路易兹：《罗马法中的委任》，拿波里：Jovene出版社，1965年，第17页及以下；朱塞佩·普罗维拉：《委任(历史)》，载《法学百科全书》1965年(第25卷)，第313页；雷默·马尔蒂尼：《罗马法中的委任》，载《私法学说汇纂(民法)》1994年第11卷，第198页及以下；柯珀拉·比萨扎：《从 iussum domini到contemplatio domini：代理史研究》，米兰：Giuffrè出版社，2008年，第206页及以下。

高压直流供配电技术(HVDC)是在供配电系统中将交流电进行转换,转换成为稳定的直流电,然后再应用到供配电中。HVDC 供配电技术不存在感抗,容抗也在线路中不起作用,不存在同步问题。高压直流供电，提高供电系统可靠性，减少UPS 占地面积，降低机房建设及维护成本。高压直流供电方案减少机房供电转换层级，提高系统供电效率15%～25%。考虑到燃料电池本身的输出是直流，将燃料电池用于替代HVDC 也具有可行性。兆瓦级的燃料电池直流供电系统见图5。

那么，从什么时候开始就让孩子意识到他不是家庭的核心比较好呢？按照《法国妈妈育儿经》的说法，从孩子婴儿期就可以开始，不是他饿了，就第一时间送上食品；也不是他想半夜起床7次，父母就跟着睡不到好觉……听上去法国父母好像蛮冷血的，我们不一定要做到那么严苛，但至少可以做到不要在孩子面前，24小时、365天都是牺牲狂。要知道，很多熊孩子，不一定是因为父母特霸道，恰恰是因为父母在他面前，太圣母太圣父。

对已经建成的数据中心存在的老旧供电设备效率低、故障率高、占地面积大、传统冷冻水系统能耗高、人工调节效果差等痛点，提出“供电改造”和“温控改造”两条技术路径，并拟定了高密高效，5年收回投资。模块化设计，5 min维护的改造目标，最终实现PUE降低8%~15%，ROI＜1a。

传统的数据中心机房制冷系统见图6和图7。

综上所述，集合燃料电池可以冷、电等联供的特点，结合数据中心的需求，在柴油发电机替代、HVDC 和制冷等方面均有应用前景，另外在机柜制冷等领域也有应用的可能性。

关于燃料电池系统还需要从以下方面进行工作，包括氢能制备及储运、燃料电池供电入网技术、燃料电池应用场景、效果评价等四大部分，可以细化为以下七个研究部分：

脑脊液（CSF）的正常压力（侧卧位）：成人为0.78～1.96 kPa，婴儿及儿童为 0.39～0.98 kPa，新生儿为 0.098～0.14 kPa（10～14 mm 水柱）。CSF的分泌和吸收保持相对平衡，当CSF压力＜正常值下限，CSF分泌增加，吸收减少；CSF压力＞正常值上限，CSF分泌减少，吸收增加［3］。脑脊液产生的速率为0.3ml/min，日分泌量432 ml。脑脊液的存在能缓冲脑和脊髓的压力，对脑和脊髓具有支持和保护作用。

1）制氢储氢系统研制；

2）FC接入IDC能源供应系统最佳模式研究；

3）适用于数据中心的百千瓦级燃料电池供电系统的研制；

4）兆瓦级PEM 燃料电池替代柴发供电可行性研究；

5）百千瓦级PEM 燃料电池替代UPS（HVDC）供电可行性研究；

6）千瓦级SOFC 燃料电池替代局部制冷系统可行性研究；

7）燃料电池在数据中心绿色用能转型中的效果评价。

4 后续应用展望及研究

燃料在数据中心具有应用场景，具体的应用落地应综合考虑氢气制备、氢气储运、FC选型，与现有系统的接入等问题，同时紧紧围绕绿色数据中心的评价标准，最终才能实现既具有技术可行性，又具有性价比的应用场景。

［1］乔卿丞.绿色数据中心发展趋势分析［J］.中国管理信息化，2021(10):109-110.

［2］施耐德电气数据中心全球科研中心.2021，数据中心行业十个发展趋势［J］.经理人，2021(3):18-19.

［3］窦晖，齐勇，王培健，张恺玉.一种最小化绿色数据中心电费的负载调度算法［J］.软件学报，2014，25(7):1448-1458.

［4］吴刚，高赐威，陈宋宋，李德智，刘强.考虑需求响应的数据中心用电负荷优化研究综述［J］.电网技术.2018(11):3782-3788.