1 前言
为核工业打造一个满足国家A级机房要求的高标准数据中心，是贯彻落实习近平总书记关于推动数字经济和实体经济融合发展重要指示精神的重要举措，是落实中央经济工作会议提出“新基建为经济增长提供新动力”重要决策部署的具体体现，是打造“数字核工业”“智慧核工业”的重要设施。
本文介绍了一种建设核工业产业集团层级的数据中心的方案，包括建设目标、建设内容以及技术方案。数据中心属于高能耗设施，本方案通过利用核电厂现有的厂内电源、水源等配套设施，探讨了一种充分利用核电厂大量可不间断供应的余热饱和蒸汽，采用饱和蒸汽驱动的双效溴化锂冷水机组制冷为数据中心提供冷源的方案，实现降低数据中心运行成本、提高绿色节能水平的目的，可以进一步提高数据中心运行的经济性和可靠性。
2 建设目标及内容
2.1 数据中心选址
数据中心选址的原则应该充分考虑和利用场地地形特点，考虑到数据中心对于大量外部水源、电源供给的需求，以及集团内各成员单位和通信运营商接入的便利性，数据中心选址应尽量考虑沿海或内陆用水成本较低的城市，同时利用核电厂发电的稳定性，核工业数据中心选址应尽量考虑建设在核电厂周边。
2.2 数据中心建设规模及等级需求
作为核工业集团层级的数据中心，建设等级标准应按国家A级标准设计。同时，考虑集团对数据中心较高的定位及对未来业务发展的预留，数据中心机柜数量考虑为1000台以上为优；并考虑到信息技术的快速发展、新产品新技术的不断应用以及结合成本投入及回收周期的因素，整个数据中心工程宜采取“一次规划、分期投用”的方式，即一期完成首批投用机房区域、行政管理区域以及辅助区的装修及配套几点设施，建筑工程和项目范围内的室外工程；扩展区预留供冷主机及其供电设施。
3 核能综合利用方案分析
3.1数据中心节能建设的出发点
数据中心在运行过程中对用电和用水的需求极为巨大：每年数据中心用于给IT设备、空调设备供电的用电量约占全社会用电的1.8%；全球数据中心每天消耗几十亿升的水，作为空调系统的冷却剂。在我国力争实现“2030年前碳达峰”“2060年前碳中和”的大背景下，数据中心正面临严峻的技能降耗挑战。
目前国内绿色数据中心都采用因地制宜的能源利用手段。因此，充分利用核电厂现有能源供应以及周边配套设施的便利性，对于提高能源利用效率、降低数据中心PUE十分重要。
3.2供电电源综合利用方案
根据国内调查显示，在数据中心各系统能耗中，IT设备能耗最高，约占总能耗的50%；其次是空调系统的能耗，约占40%；最后是供电系统的能耗，约占10%[1]。从用电消费侧看，优化供配电系统结构、提高IT设备性能降低用电量；从用电供给侧看，寻找一个供应稳定性高、成本较低的清洁能源，从以上两方面分析，利用核电厂核能发电可以较大提高数据中心绿色环保能力。
核能发电具有发电稳定、绿色清洁等特性。在不影响核电机组安全运行的前提下，“由核电发电机组作为主电源供应，取代市电供应，同时采用市电作为备用电源”的方案，一方面在核电厂现有变配电站上进行改造，大幅减少变配电设施建设、设备采购成本，另一方面从核电直接用电的电费成本低于市电生产用电的费用，可以大幅提高数据中心的经济性。
3.3供水水源综合利用方案
数据中心用水系统主要包括精密空调系统的循环冷却水、集中式空调系统的冷却水、生活用水以及消防用水。
（1）核电厂本身对于淡水水源的需求量有较高的要求和标准，同时厂内均建有海水淡化设施以及蓄水池作为核电厂核岛和常规岛补水水源用于24小时不间断提供大量淡水。数据中心循环冷却水主要来源是冷却塔用水，对于用水需求量和稳定性也有类似要求，如果缺水，会导致数据中心基础设施过热、数据丢失、业务中断等问题。
因此可以利用核电厂淡水供水条件，在核电厂周边建设数据中心，冷却水从核电厂内蓄水池进行补水，用以满足数据中心空调机组不间断运转。同时根据数据中心规模和对应用水量情况，对现有淡水厂和蓄水池进行改造，改造内容包括对核电厂现有供水给水管网改造、淡水厂和蓄水池扩容，使其具备同时给核电厂生产、以及数据中心100%负荷时的供水能力。
（2）消防用水可以利用核电厂已建的消防系统用水改造提供。
通过以上水源综合利用方案，在满足数据中心供水要求的基础上，将基建投入费用和用水费用降低。
3.4精密空调制冷冷源综合利用方案
数据中心精密空调系统冷源方案的选择对于数据中心节能有着十分重要的作用。一般来说IT机房精密空调系统的能耗占40%左右，当前大多数据中心的冷源端采用电制冷，以电能驱动压缩机做功提供冷凉，该冷源形式对电能消耗巨大。目前数据中心行业针对冷源端的节能手段基本是从减少电制冷时间出发，寻找更为节能的方式制取冷量，例如采用冷却塔+板式换热器形式利用水侧自然冷源或采用间接政法冷却进行风侧自然冷却等[2]。
核电厂园区内有大量可不间断供应的余热饱和蒸汽，为充分利用此部分余热，冷源方案可以采用饱和蒸汽驱动的双效溴化锂冷水机组，以达到提供数据中心后期的运行费用，降低PUE的目的。具体技术方案和节能原理说明如下：
1、从核电厂常规岛汽轮机主蒸汽管道引出2路饱和蒸汽至数据中心冷冻站，在冷冻站中进行减压后达到溴化锂机组要求压力的饱和蒸汽后，接至溴化锂机组。
2、溴化锂机组制冷原理示意图见下图1所示。高压高温蒸汽从高压发生器送入，加热溴化锂溶液，将稀溶液浓缩为浓溶液，同时产生大量高压冷剂蒸汽；高压冷剂蒸汽进入低压发生器，作为内热源加热溴化锂溶液后再与低压发生器中溶液沸腾时产生的冷剂蒸汽汇合作为制冷剂，进入冷凝器内；冷凝中冷却水带走冷剂蒸汽的凝结热，生成高压冷剂水，进入蒸发器内；冷剂水进入蒸发器，通过顶部喷头喷淋在换热管上，在真空条件下蒸发吸热降低管内冷冻水温度，形成大量冷剂蒸汽，冷剂泵将未蒸发冷剂水从底部再次送至顶部进行喷淋，确保冷剂水的蒸发吸热量，蒸发吸热产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被高、低压发生器内产生的浓溶液吸收生成稀溶液后进入高压发生器再次循环，溶液稀释产生的热量由冷却水带走[3]。
图1 蒸汽双效溴化锂机组制冷循环示意图
从能源角度考虑，在整个制冷循环过程中，主要的驱动能源来自核电厂提供的蒸汽热源，极少电能消耗来自冷剂泵循环冷剂水进行喷淋。蒸汽热源可以由集团层面协调当地核电厂提供，因此采用蒸汽溴化锂机组为数据中心空调系统提供冷源具有耗电少、运营成本低的优势。
3.5数据中心余热回收利用方案
目前部分核电厂区已经实施核能为城市居民进行供暖，通过抽取核电厂二环路高温高压蒸汽，并在厂区内设置能源站，对蒸汽进行多级换热后，最终经市政供热管网将热量传递至用户侧使用。对于数据中心来说，空调系统循环冷却水系统产生的余热可以利用核电厂内现有能源站进行蒸汽规格转化，实现数据中心产热的回收利用，进一步提高数据中心运行的经济性。
4 结论与展望
建设一个核工业集团层面数据中心，能有效缓解公司信息化资源分散和保障能力单薄的状况，是实现数字核工业发展的基础设施保障，具有充分的建设必要性和重要性。从建设规模、建设选址方面提供一种参考角度，可以提高建设、运营阶段的经济性。
同时，本文也提供了几种结合核工业产业特点的数据中心核能综合利用方案，方案包括供电电源综合利用、供水水源综合利用、制冷冷源综合利用、余热回收利用。通过以上方案，不仅提供了具有创新性的数据中心能源综合利用解决方案，同时也为数据中心节能环保、可持续和经济性的运行提供了支持，为我国其它行业数据中心能源综合利用方案进行了补充和提供了参考。
5 参考文件
[1] 邵安，宋伟男，数据中心节能建设研究，安徽；科技创新与应用，2022.
[2] 吴强，核电厂余热在数据中心的再利用，北京；智能建筑，2023.
[3] 徐成义，影响溴化锂机冰机制冷效果的因素与故障分析处理；中国设备工程，2020.