随着人工智能、云计算与高密度计算等技术的发展，数据中心对可靠供电与能源优化提出了更高要求。在这一背景下，传统关注点已从单纯降低用电量转向提升整体能源利用效率，其中包括对发电废热的再利用。然而，提高备用发电机的效率本身对能源结构的贡献有限，因为这些设备的主要职责是在断电时提供短时应急电力，并不会在正常运行中持续负载运行。因此，其效率提升难以实质性改变设施的总体能效表现。
　　
　　相比之下，热电联产（CHP）与冷热电联产（CCHP）通过将现场发电与废热利用结合，可以对数据中心的整体能源结构产生系统性影响。这些技术并不能取代UPS和应急发电机的地位，但在具备稳定热负荷的条件下，可显著提升燃料利用效率，降低对电网的依赖，为数据中心提供更高的运营韧性与更可持续的能源模式。
　　
　　数据中心为什么需要CHP/CCHP？
　　
　　从能源消耗到能源优化：热源性质与回收逻辑
　　
　　在数据中心的运行中，能源优化的关键不在于减少单项能源输入，而在于最大化能源的整体效用，特别是通过回收传统上被视为损耗的热能。因此，有必要区分两类主要热源：
　　
　　1.IT设备散发的低品位热量
　　
　　服务器散热产生的热量温度较低，通常难以直接利用。除非配合热泵提升温度，否则无法满足工业或地域供热需求。此类热能回收通常与CHP/CCHP系统无直接关联。
　　
　　2.一次能源发电产生的废热
　　
　　CHP/CCHP系统所利用的废热来自一次能源驱动的发电装置，如燃气轮机、内燃机、生物质能装置或集中式核能与热能电站。在发电过程中，本可散失的高品位热能通过热交换器回收，转化为可用于供热、工业应用或驱动吸收式制冷的可用热源。
　　
　　通过利用发电过程的余热，CHP/CCHP系统能够将原本仅产生电力的过程，扩展为综合能源供应体系，从而实现远高于集中式电厂的整体燃料利用率。
　　
　　热电联产（CHP）：现场发电与热能回收
　　
　　热电联产通过在现场生成电力，同时捕获发电机组产生的废热用于供暖或其他工业过程，实现对燃料的多层次利用。
　　
　　系统基本原理
　　
　　CHP系统通常以天然气、沼气或合成燃料为能源，通过燃气发动机或燃气轮机发电。发电过程中：
　　
　　·发动机缸体的热量与废气余热由热交换器回收；
　　
　　·回收的热量可通过热水或蒸汽管网输送至数据中心或区域供热系统；
　　
　　·系统需具备稳定、持续的热量消纳能力才能实现最佳效益。
　　
　　数据中心应用优势
　　
　　在独立发电模式下，燃气发电机的电力转换效率通常为38%～45%。若同时回收并利用其废热，整体燃料利用效率可提升至80%～90%。对于数据中心而言，CHP带来的主要价值包括：
　　
　　·降低电网依赖：现场发电可弥补电网容量不足或供电不稳定的问题。
　　
　　·显著提高燃料利用效率：热回收使能源利用更接近理论极限。
　　
　　·潜在运营成本降低：在燃气价格合理或电价较高的市场尤为显著。
　　
　　·减少碳排放：与分开生产电力与供热相比，整体排放因更高效率而下降。
　　
　　·推动循环能源体系建设：可向区域供热网络输出热量，实现资源共享。
　　
　　可行性条件
　　
　　CHP的应用效果高度依赖热负荷曲线。若无法保证持续热量需求，即使电力侧运行良好，系统整体效益仍会大幅下降。
　　
　　冷热电联产（CCHP）：通过吸收式制冷扩展能源利用
　　
　　冷热电联产在CHP基础上增加了吸收式制冷设备，可将废热转化为冷量，用于数据中心冷冻水系统。
　　
　　工作原理
　　
　　CCHP系统利用CHP回收的废热驱动吸收式制冷机，产生冷冻水，用以部分替代电驱动冷水机组，实现制冷电力削峰。其应用优势主要体现在：
　　
　　·降低制冷电力需求：尤其适用于电价高企或对节能要求严格的市场。
　　
　　·支持区域供冷系统：更适合具备冷热联供框架的园区或城市。
　　
　　限制条件
　　
　　尽管具有能源综合利用优势，但吸收式制冷系统存在以下技术限制：
　　
　　·对热源连续性的强依赖；
　　
　　·性能系数（COP）较低（单效机COP约为0.7），适合热能成本低或余热充足的场景；
　　
　　·设备体积较大，需配套较高的基础设施投入。
　　
　　在满足热源持续性与经济性条件的情况下，CCHP可有效降低整体运营能源成本，并进一步提高燃料到能源的综合转化效率。
　　
　　数据中心采用CHP/CCHP的判定条件
　　
　　CHP/CCHP并不是通用方案，其可行性取决于技术、经济与能源结构等多重因素。数据中心采用此类系统通常需满足以下条件：
　　
　　宜采用的场景
　　
　　·电网容量受限或扩容成本高昂的区域；
　　
　　·天然气价格具竞争力或具备可稳定获取的替代燃料（如沼气、绿氢、合成燃料）；
　　
　　·具备稳定的热量消纳能力，如可接入区域供热/供冷系统；
　　
　　·全年负载稳定、高功率密度的数据中心；
　　
　　·对降低碳排放或提高能源自给率有明确目标的运营者。
　　
　　不宜采用的场景
　　
　　·缺乏持续且经济可行的热能利用途径；
　　
　　·燃料供应不稳定或价格波动剧烈；
　　
　　·冷却或供热需求随季节波动明显，使系统利用率低下。
　　
　　总结：CHP与CCHP作为提升能源效率的协同策略
　　
　　在电网扩容困难、能源价格上涨及可持续发展压力不断增加的背景下，热电联产与冷热电联产为数据中心提供了一条可行的综合能源优化路径。通过将现场发电与废热回收系统性结合，这些技术能够：
　　
　　·通过现场发电缓解电网瓶颈；
　　
　　·显著提升燃料总能效，降低碳排放；
　　
　　·在经济条件合适时实现运营成本下降；
　　
　　·与区域能源系统协作形成循环经济模式，提高能源弹性。
　　
　　CHP与CCHP虽然不能替代UPS与应急电源，但作为正常运行的长期能源策略，可有效补充传统供电架构，并在适宜的技术与经济环境下，为数据中心的高效、可持续运营提供重要支撑
　　
　　编辑：Harris