
随着现代世界越来越依赖数据中心的处理能力,人们对数据中心如何提供动力的担忧也随之增加。国际能源署估计,数据中心目前的用电量占全球用电量的 1% 至 1.5%,高达 340 太瓦时 (TWh)。
为这些设施提供动力的大部分电力最终都会变成热能。大部分热量都被浪费了,并可能污染周围环境。排出多余的热量会影响附近的气候。
一些热量可以回收利用:例如可以用来进一步发电。尽管远距离输送热量(无论是热水还是热空气)的实用性是一个挑战,但其在区域供暖(为当地住宅提供热量)中的应用潜力已经引起了一些关注。
最高温度通常约为 32-43 摄氏度(90-110 华氏度),这个温度温暖但又不至于太热以致于在运输过程中保持温度。因此,研究人员正在研究现场利用这种热量的解决方案。室内农业需要热量,数据中心产生的暖空气可以输送到种植各种生物体的设施以供消费。
这对于因气候因素而无法进行户外农业的地区尤其有吸引力。在斯堪的纳维亚半岛,由于生长季节有限,很大一部分农产品必须进口。废热的再利用也越来越强制性。德国9月份通过的能源效率法案要求尽可能多地再利用废热。虽然最初的要求在最终版本的法规中被淡化,但它们预示着一套日益严格的法规。
利用数据中心余热种植从藻类到蔬菜再到海鲜的各种作物可能是可行的。已经建立了许多实验设施作为概念验证。这些项目是否可扩展仍有待确定,但早期结果令人鼓舞。
1、加热温室
许多数据中心运营商建立了利用多余热量的实验温室。
Telecity Group 于 2010 年在巴黎建立了气候变化植物园,旨在复制 2050 年预测的气候条件。该植物园由该公司数据中心的废热加热,旨在研究植物如何应对气候变化。某大学也启动了一项类似的计划,利用数据中心的热量为印第安纳州南本德的温室供暖。能源公司 Genesis与吕勒奥理工大学和瑞典研究院 (RISE)合作以及博登的几个当地开发机构,在其数据中心之一建造一个温室。位于瑞典吕勒奥的 Containing Greens 公司利用数据中心废热水培法种植微型蔬菜。
一些人建议,这些实验设施中采用的技术可能会扩大规模,为垂直农业经营提供热量,垂直农业经营在城市环境中的紧凑室内设施中种植蔬菜作物和其他产品。这些设施本身通常需要大量的计算机基础设施才能有效运行,因此可能会利用自己服务器的热量来抵消温度控制成本。
瑞典的一项实验设计表明,通过在设施上安装温室,1 兆瓦的数据中心可能能够收回高达三分之一的电力成本。一个 2000 平方米的温室可以仅使用数据中心的多余热量来运行,而一个 10,000 平方米的温室可以使用数据中心的多余热量来满足其三分之二的供暖需求。在后一种情况下,该温室将能够满足瑞典北部近8%的蔬菜需求。
瑞典 90% 以上的蔬菜需要进口,因此在瑞典实施可能会带来独特的好处。
在瑞典北部,没有多少温室。对于西红柿和黄瓜等农作物的种植季节来说,时间相当短,研究人员正在努力提高粮食生产的自给自足,因为我们从南方和国外进口许多水果和蔬菜。
瑞典的温室严重依赖化石燃料,由于气候寒冷,温室必须全年供暖。该实验场景的结果表明,数据中心和温室需要紧密连接,以确保最小的热量损失,并且由于季节性光照的可用性,可能需要轮作作物以确保最佳生产。
瑞典的另一项研究发现,使用数据中心废热可能对不需要极热的作物有益,例如香草和蘑菇。由于蘑菇对光照的要求较低,因此被认为是可能的作物。
蘑菇不需要任何光线,最终温室参与者也产生了一些兴趣,但问题是他们并不靠近废热。
研究表明,数据中心废热最好用作淡季的补充热量,而不是作为温度控制的主要来源。在更大规模的实施中,寻找数据中心和温室可以彼此靠近的位置可能是一个挑战。
此外,桑德伯格观察到,连接设施的成本可能是一个障碍。“即使温室和数据中心距离很近,仍然需要投资新设备。从数据中心的角度来看,他们不想被打扰。”
2、生长藻类
利用数据中心的废热来促进藻类生长可能是一种更节省的方法。藻类的生长几乎不需要什么,仅需热、光和营养介质。与更复杂的食用植物不同,它们不需要土壤。尽管有害生物可能需要进行管理,但害虫并不是什么大问题。
在调查时发现藻类的生长温度与数据中心散发的热量非常相似,因此看起来很自然。当你使用能源来创造有机碳时,它也有一种循环之美。
藻类还可以依靠污水等废液生存,这使它们成为创建可持续工业生态系统的有用候选者。如果种植设施对环境开放,它们还能够提供额外的碳捕获能力。
藻类的种植有多种用途,从膳食补充剂到鱼饲料再到生物燃料。产生的主要费用来自加工提取其有用成分。
研究发现,超大规模数据中心附属的 100 立方米池塘每年可通过 17 次收获捕获 14000 公斤碳。在中心外部添加藻类生长板或许能够额外捕获 25000 公斤的碳。
数据中心的废热通常不热,并且在运输时会显着降低。根据从建筑物传至仅几百米外的设施的热量,预估10摄氏度的热损失。任何更远的距离都意味着需要放大或增加热量才能用于任何目的,无论是区域供暖还是任何其他目的地。因此,尽可能接近是最好的。
废热已被用于在其他场景中成功培养藻类。水泥厂的热量被用来加热培养箱,工厂排放的二氧化碳被用来促进藻类生长。不过,类似的项目表明,可能需要额外的设备才能成功传递热量。
藻类生长技术并非适用于所有数据中心。这取决于您的数据中心使用的技术,数据中心有四种类型:空气冷却、绝热冷却、经济型机械冷却和机械冷却。当我们探索使用非循环水源作为热源的风冷数据中心时,我们发现仅需要一条进入伦敦的泰晤士河大小的河流才能建立一个超大规模数据中心。显然这是不可行的,但当你回顾使用循环水的机械冷却时,就会发现可能性。
虽然这项技术目前还不实用,但还是可以持谨慎乐观的态度。实施这项技术的最大障碍是获得两个商业部门的认可,首先需要在数据中心方面建立基础设施。作为一个实用的概念,距离大规模原型还需要几年的时间,距离在实际应用中实现还需要五年的时间。此外,商业成长型公司需要与数据中心合作,同意购买废热以供成长使用。
3、水产养殖中的应用
废热还可用于水产养殖作业。到 2030 年,养殖鱼类和其他海鲜将构成一个价值4070 亿美元的产业。因此,在这个高度复杂的行业中提高效率具有潜在的盈利能力。
在挪威,数据中心运营商 Green Mountain与一家龙虾养殖企业合作提供废热,使他们能够在一种新颖的陆上运营中养殖龙虾。两家公司计划在数据中心附近建立一个龙虾养殖场,并使用加热的海水来养殖非常理想的甲壳类动物。
同样,日本北海道的白色数据中心现在正在使用冷却过程中加热的水来养殖鳗鱼。离开冷却系统的水温度约为 33 摄氏度(91.4 华氏度),这个温度有利于饲养这些高销路的鱼类。
在将鱼类养殖与植物繁殖相结合的鱼菜共生系统中养鱼也可能是可行的。在这些系统中,富含来自鱼类废物的氮的水被用来给农作物施肥。参与博登项目的研究人员建议,废热也可以用于饲养昆虫以生产食品。
4、农产品干燥
给予的也可以拿走。数据中心浪费的热量可以滋养并促进增长。但一旦产品收获,热量也可以去除水分并准备出售。许多举措已经研究了如何将数据中心排出的干热空气引导到使一系列农作物干燥,从咖啡豆到用作燃料的废木材。
例如,位于瑞典法伦的生态数据中心利用废热来干燥废木制品,然后将其制成颗粒并燃烧以获取热量。该中心还专门使用风能和水力发电。废热还可以用于干燥其他可以燃烧以生产燃料的生物固体,或加热厌氧消化反应器以生产甲烷(也可以燃烧以生产燃料)。
在环境湿度较高且缺乏其他来源的热量(尤其是碳密集型木材燃烧)的情况下,干燥变得困难的环境中,使用废热来干燥产品具有额外的吸引力。研究人员认为这可能是发展中国家的额外收入来源。在这些地点设立紧凑的集装箱大小的数据中心可以促进技术发展,同时也支持农产品的加工。
研究人员针对哥斯达黎加的案例提出了集装箱大小的数据中心,分布在全国各地,为人们提供热量,同时也增加了信息通信技术的使用。
研究人员认为咖啡豆是一个很好的候选者,因为咖啡豆不应在超过 140 华氏度(60 摄氏度)的温度下干燥,以避免烧焦,然后开发了一个名为 ICRI(ICT 可用性/消费者准备度指数)的指数,以了解哪个咖啡生产国在增加 ICT 基础设施方面是最容易实现的目标。哥斯达黎加的ICRI最好,而且哥斯达黎加也有相对稳定的政治气候和比较健康的经济形势,所以这是我第一个实验重点关注的国家。
研究表明,在哥斯达黎加,只有大约 50 个集装箱大小的小型数据中心才有可能干燥该国 2% 的咖啡豆出口量(约 1,700 吨)。赛城是马来西亚的一个发展中小镇,现在拥有高度集中的数据中心,或许能够利用其多余的热量来干燥从海藻(该国正在开发的出口产品)到鱼类等所有物品。
许多商品可以利用数据中心的废热进行脱水:茶叶、纸板、海藻、香蕉片,更不用说澳大利亚的饲料了,这个国家拥有超过一千兆瓦的数据中心废热,我相信目前有许多吨饲料正在用电干燥。此外,在许多非洲国家,大约 30% 的农产品要么留在田里腐烂,要么在储存过程中损坏。干农产品更容易储存,而且随着长期储存成为可能,首先在田地里采摘所有农产品更具有经济意义。
其他研究表明,来自发电厂等其他来源的废热可用于干燥小球藻等商品,小球藻是一种用于生物燃料生产和营养补充剂的微藻,这些场景最终可能有助于利用数据中心废热以及。
最重要的是,废热再利用既是对环境负责的事情,也是数据中心所有者有利可图的事情。