废弃矿区改造新路径：利用地表矿池自然冷却数据中心的理论与技术经济可行性研究

《Resources Chemicals and Materials》：Repurposing abandoned mine lands for cooling data centers

本文创新性提出将废弃矿区（AMLs）地表矿池转化为数据中心自然冷源的解决方案，通过建立热传递模型量化冷却能力（如宾夕法尼亚州Morea矿池可支持9.5-30.6 MW热负荷），证实其能同步解决数据中心冷却瓶颈与矿区修复难题。研究结合气候水文数据与成本分析，为土地再利用和低碳数字基建提供跨学科范本。

　　

亮点

宾夕法尼亚州废弃矿区现状

全美废弃矿区（AMLs）面积达数百万公顷。本研究从宾夕法尼亚州环境保护部门获取矿区数据，图1展示了该州AMLs分布及含矿池的典型案例场地。全州共记录5586处AMLs，其中1142处为地表矿区。

数据中心冷却系统

数据中心能耗与资源消耗显著。2023年美国数据中心耗电约176 TWh（占全国发电量4.4%），冷却用水达174亿加仑。冷却系统用电占比20-30%，其核心任务是将服务器热量排至外界，确保芯片等电子元件温度处于安全范围。

边际冷却能力

对公式（10）中的水温（T_w′）求导，可得矿池的边际冷却能力。该函数与水面温度（T_w′）、气温（T_a，决定空气密度ρ_a）、风速（u₁₀）、流出速率（Q_out）、池表面积（A_w）及其他物理参数相关：

?Q_DC/?T_w′ = A_w[4ε_wσT_w′³ + ρ_ac_p,aC_Hu₁₀ + ρ_aL_vC_Eu₁₀(?q_w′/?T_w′)] + Q_outc_p,wρ_w

公式（11）量化了单位温升下可向环境散发的额外热量，或称为——

结论

本研究通过理论建模与案例分析，证实了利用废弃矿区（AMLs）地表矿池为数据中心提供自然冷却的可行性，为协调数字基建与矿区修复提供了跨学科解决方案。