基于高温聚合物电解质燃料电池的冷热电联供系统实现数据中心近零碳排放的优化策略研究

本文创新性地将高温聚合物电解质燃料电池(HT-PEFC)与自由冷却(free cooling)技术整合，构建了面向数据中心的冷热电联供(CCHP)系统。通过基载运行、负荷跟踪和优化策略三种模式的对比研究，发现动态优化运行策略可使系统年能效达92.67%，实现净零碳排放，较传统系统年节电3618 MWh，为碳中和数据中心的建设提供了关键技术路径。

　　

Highlight

本研究开发了结合自由冷却技术的高温聚合物电解质燃料电池(HT-PEFC)冷热电联供(CCHP)系统模型，通过全年实际运行数据模拟，验证了其在数据中心应用的节能减碳效果。

Proposed CCHP system

我们建立的系统模型包含三个核心运行策略：基载运行、负荷跟踪运行和优化运行。通过对比分析发现，基载运行虽控制稳定但存在季节性效率缺陷；负荷跟踪运行提升了利用率但减碳效果有限；而通过动态调节电堆温度和电流密度的优化策略，能最大化系统效率并降低外部供电依赖。

DC energy demand

目标数据中心的月度能耗分析显示，全年电力需求约17,156 MWh，其中制冷能耗占比高达45%（14,473 MWh）。7月制冷需求峰值达1,387 MWh，与电力负荷曲线呈现显著季节性关联特征。

Conclusions

研究证实：集成自由冷却的HT-PEFC-CCHP系统通过优化运行策略，可实现92.67%的年能效和净零碳排放。相比传统系统，优化后的负荷跟踪运行模式每年可节约3,618 MWh能源，为碳中和数据中心建设提供了关键技术方案。未来需将燃料电池衰减效应纳入运行策略优化考量。