光伏-数据中心混合冷却与余热回收系统的随机优化及区域能源供应研究

本文提出了一种结合光伏(PV)发电、混合自由-机械冷却(HC)和余热回收(WHR)的数据中心(DC)系统创新方案，通过随机优化方法解决PV发电、冷负荷及余热利用的多维协同问题。系统采用空气源热泵(VCHP)提升余热品位供区域供热(DHN)，并通过计算任务迁移策略匹配不确定性能源供需。案例表明，该集成系统可降低冷却耗电34.72%，总成本减少11.15%，为数据中心低碳化提供了配置-调度协同优化框架。

　　

亮点

(1) 提出新型光伏集成数据中心系统，结合混合自由-机械冷却(HC)与余热回收(WHR)，实现光伏(PV)发电、电力需求与冷负荷的多维协同；

(2) 引入计算负载迁移策略，优化不确定PV能源利用并平衡电-冷负荷，提升系统在多变条件下的灵活性与效率；

(3) 开发配置与运行的随机优化框架，管理PV发电、冷负荷及余热利用的不确定性，支撑区域能源整合。

系统描述

如图1所示，PV集成系统包含光伏电站、储能(EES)和主电网，为数据中心(DC)及区域用户供电。DC能源需求包括IT设备用电和空间制冷，其混合冷却(HC)子系统由机械制冷(MC)与自由冷却(FC)组成，通过空气-水换热器(HX)和热泵(VCHP)实现余热升级。

随机优化方法

图2展示了包含参数输入、随机优化和结果输出的方法论框架：(1) 收集组件技术参数及太阳辐射、环境温度等源端数据；(2) 构建双层随机优化模型，上层优化设备容量配置，下层采用计算任务迁移策略协调PV波动与负荷需求。

结果与讨论

基于MATLAB的仿真表明：HC与WHR集成使冷却耗电降低34.72%和15.57%，总成本分别减少3.52%和2.18%。计算任务迁移策略引导任务在低碳排放因子和低电价时段执行，虽增加投资成本，但总成本降低11.15%。

结论

本研究通过随机优化方法解决了PV-DC系统在多维不确定性下的协同运行问题。计算负载迁移策略显著提升了系统经济性，为数据中心与区域能源系统的可持续集成提供了新范式。