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新型蒸发冷却技术助超算中心能耗降低 节能40%以上

导读: “大型超算中心冷却能耗相当于一个小型电站,运营电费惊人,我们设计的冷却系统能够部分或全部取消风扇和精密空调。”中科院电工所研究员阮琳说,从首套产品的实测结果看,蒸发冷却技术在超算上的应用可以使PUE值控制在1.3以内,比全球技术最好的冷却系统综合节能40%以上。

  随着“云时代”的到来,大型数据中心和超级计算中心成为全球关注热点,但散热这一技术瓶颈也制约其发展。今天,从中科院电工所获悉,该所经过4年多攻关,将蒸发冷却技术成功应用超级计算设备中,完成3套样机和1套商业运行产品制造,月底将完成系统测试正式移机中科院网络中心。此外,研究者还实现了浸泡和表贴式自循环蒸发冷却服务器和个人PC的应用示范,使冷却系统本身达到节能降噪甚至零功耗无噪音的标准。

  “大型超算中心冷却能耗相当于一个小型电站,运营电费惊人,我们设计的冷却系统能够部分或全部取消风扇和精密空调。”中科院电工所研究员阮琳说,从首套产品的实测结果看,蒸发冷却技术在超算上的应用可以使PUE值控制在1.3以内,比全球技术最好的冷却系统综合节能40%以上。

  其实,这只是蒸发冷却技术开辟的全新应用领域之一。中科院电工所自1958年就致力于研究发电机蒸发冷却技术,并在多个水电站应用。蒸发冷却技术是基于相变换热原理的新型冷却技术,利用绝缘性能良好的液体冷却介质的汽化潜热来吸收传递热量,直接冷却发电机发热部件,达到迅速、高效的冷却目的,有安全可靠、温度均匀、节省材料等特点。

  在科技部“十一五”科技支撑计划的支持下,2011年12月和2012年7月,安装在三峡地下电站的两台800兆瓦量级蒸发冷却水轮发电机分别正式交付中国长江电力股份有限公司三峡电厂并网发电。

  这是我国自主创新的蒸发冷却技术首次成功应用于世界最大容量等级的大型水轮发电机,标志着我国在大型电力装备研发领域的自主创新无论是从技术上, 还是从装备容量上都超越了西门子和阿尔斯通等跨国公司。经过6年努力,该项目实现关键技术和系统集成的重大突破,并于今年通过验收,使我国大型发电设备的开发水平和研制成果达到或超过国际先进水平。目前,该研究团队已开始百万千瓦级蒸发冷却机组的预研,争取应用于乌东德、白鹤滩等大型电站。

  随着后期大水电开发量的逐渐减少,研究人员开始寻找蒸发冷却技术新的生长点。除了大型IT设备,蒸发冷却技术已应用到重离子加速器领域。该所与中科院兰州近代物理研究所选取功率密度最高、性能提升需求最迫切的ECR离子源作为研究及示范目标。为解决现有水内冷的LECR3离子源存在的水系统故障多、运行维护工作复杂等问题,研究人员提出了全浸式自循环蒸发冷却离子源设计方案。经过关键技术突破、多轮工艺优化,完成了小型、集成一体化结构设计,成功研制出蒸发冷却LECR4离子源,并已经于2013年7月投入试运行。冷却系统换热效率和可靠性高,通过提高功率密度使工作磁场参数高达2.3T,在常导源中,其功率密度和磁场参数达到国际领先水平。

  据阮琳介绍,蒸发冷却技术是一种通用技术,随着研究的深入,该技术还将在新能源输配电、抽水蓄能、城市配网大有用武之地。

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