傻！美国竟把废热变暖气，咸水水库当冰箱！巨头暴利终结

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　　人工智能的爆发式增长、云平台的广泛普及以及数据处理需求的激增，正推动全球数据中心的用电量持续攀升。在这些庞大的计算设施中，尽管服务器本身的运行占据了能耗的最大份额，但冷却系统的能耗紧随其后，成为不容忽视的能源黑洞。针对这一挑战，国家可再生能源实验室（NREL，文中误植为NLR）的研究人员提出了一项极具潜力的解决方案，旨在显著降低峰值能耗。

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　　这项发表于《应用能源》（Applied Energy）期刊的技术经济分析，由NREL能源存储与计算科学组的研究员吴贤俊（Hyunjun Oh）、戴维·西金格（David Sickinger）和戴安娜·阿塞罗-阿拉德（Diana Acero-Allard）共同主导。研究展示了一种名为“水库热能储存”（Reservoir Thermal Energy Storage, RTES）的技术，该技术通过将冷能储存于地下，并在用电高峰期释放用于设施冷却，提供了一种比传统方案更高效且经济实惠的路径。

　　何为RTES？

　　RTES技术的核心逻辑在于巧妙利用自然界的温差与非高峰时段的低价能源。其工作原理类似于一个巨大的热能电池：利用室外冷空气和低价电能进行能量储存。每当气温下降——无论是在寒冷的季节还是夜间——系统便通过干式冷却器或制冷机等设备将水冷却，随后将其注入地下的含水层中。

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　　当高温天气（通常为夏季）来临时，这些储存在地下的冷水会被按需抽回地面。冷水流经热交换器，通过吸收数据中心回流热水的热量，实现对服务器的直接冷却。

　　完成热交换后的温水会被送回地下另一处专用的“热井”。这些热水不会立即被冷却，而是保持其热状态直至下一个补充周期——届时系统将再次利用室外冷空气和非高峰时段的电力来恢复储层的制冷能力。 这种持续的循环使系统保持热平衡，在确保可靠制冷的同时大幅降低能源成本，并有效减轻电网负荷。

　　从地质角度来看，地热能储存井通常钻至地下约1公里或更浅的深度——这足以抵达地下水层，具体深度视当地地质条件而定。井体所利用的咸水或盐水含水层被周围岩层天然封存，因其流动缓慢且化学性质稳定，成为了理想的长期热能储存载体。

　　研究场景

　　在《应用能源》期刊的研究中，团队设计了两种基于RTES的冷却方案，并模拟了数据中心在20年冷却周期中的运行表现。方案采用了四口275米深的井，特别模拟了季节性的回注循环：即夏季释放冷能，冬季向储层回注冷水。

　　这两种方案均采用了干式冷却器，通过机械风扇驱动空气流经热交换器实现“自然冷却”。这种方式无需高耗能的压缩机或复杂的制冷循环，从而有效降低了用电量。与传统的冷却塔不同，干式冷却器无需消耗现场用水。其中一个方案还配备了热回收系统，能够利用数据中心的废热为建筑提供冬季供暖。

　　研究团队将这两种RTES方案与第三种对照方案进行了严谨对比：即采用干式冷却器与蒸汽压缩式冷水机组组合的传统非RTES制冷系统。尽管现代冷水机组通常效率较高，但当夏季室外温度升高时，压缩机必须加大负荷以维持低温，导致能耗急剧上升。

　　相比之下，RTES系统因依赖地下储存的恒温冷水，其性能几乎不受室外气温波动的影响，从而规避了这一能效瓶颈。

　　核心结论令人振奋：研究团队的分析表明，通过消除高能耗的制冷循环，RTES在夏季用电高峰期的能效达到了传统冷冻机的近七倍——其性能系数（COP）高达16.5，而传统系统仅为2.4。

　　“传统制冷系统的耗电量相当可观，夏季尤甚，而RTES系统显著降低了用电量，为数据中心制冷提供了创新且优化的解决方案，”该研究的首席作者、NREL地热工程师吴贤俊表示。

　　对于需要不间断制冷的服务器机房而言，这意味着在保持全天候可靠运行的同时，能显著降低公用事业成本。具体能降低多少？分析显示，制冷平准化成本（LCOE，衡量系统全生命周期制冷总成本的指标）从传统冷水机的每兆瓦时15美元降至RTES系统的每兆瓦时5美元。该研究最终证明RTES系统能在20年内为数据中心提供可靠制冷，凸显了地热系统除常见供暖应用外在制冷领域的巨大潜力。

　　宏观视角

　　该项目不仅聚焦于科罗拉多州一座5兆瓦（MW）的高性能计算数据中心（详见《应用能源》期刊论文），还涵盖了得克萨斯州30兆瓦的加密货币挖矿设施及弗吉尼亚州70兆瓦的超大规模数据中心。

　　多实验室发布的技术报告对这三处站点进行了综合分析（含节水效益），而《清洁能源与储能期刊》（Journal of Energy Storage and Clean Energy）的独立刊文则重点探讨了得州与弗吉尼亚州的设施案例。

　　尽管本研究未明确建模分时电价或区域电网状况，但NREL正在推进的“冷地下热能储存（Cold UTES）”项目正基于这些成果展开更深入的研究。综合来看，这些项目充分展现了RTES技术在降低用电量、运营成本乃至用水需求方面的巨大潜力——这些发现已推动美国能源部将RTES技术研究正式纳入2025财年的计划之中。

　　目前，NREL内外的研究正致力于探索如何使RTES更高效地利用非高峰时段的低价电力，以超高效率运行传统制冷设备，并将大量冷能长期储存于地下。此外，NREL团队还与芝加哥大学（University of Chicago）、普林斯顿大学（Princeton University）及劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的研究人员展开合作，将RTES与其他水基储能系统（如含水层及钻孔热能储存）进行综合评估。

　　这项工作将有助于深入理解不同系统如何适应各区域地下条件的差异，为全球数据中心的绿色转型提供坚实的科学依据。

　　关于作者

　　汉娜·哈卢斯克（Hannah Halusker）

　　供职于国家可再生能源实验室（NREL），专注于能源科技领域的报道与传播。

　　参考文献

1. Hyunjun Oh et al., Techno-economic performance of reservoir thermal energy storage for data center cooling, Applied Energy (2025). DOI: 10.1016/j.apenergy.2025.125858
2. Yingqi Zhang et al., Meeting Data Center Cooling Demands with Reservoir Thermal Energy Storage, Journal of Clean Energy and Energy Storage (2025). DOI: 10.1142/s2811034x25500029