一家位于美国弗吉尼亚的数据中心。 图片来源：NATHAN HOWARD

本报讯 当人们向ChatGPT求助时，他们的请求都会经厂房中嗡嗡作响的计算机处理。这些被称为数据中心的设施在2023年消耗了美国超过4%的电力。随着人工智能（AI）投资的激增，人们对数据中心的需求连同电价一道不断攀升。为此，研究人员想出了一个巧妙的能效提升方案：利用太阳的热量提高排放废热的温度，数据中心运营商可以在回收部分电力的同时，产生所需的很大一部分电力。相关研究成果近日在线发表于《太阳能》。

“这非常有前景。”美国得克萨斯州立大学机械工程师Khosrow Ebrahimi说，“将太阳能与数据中心结合是一种创新方法。”

数据中心消耗的能源中，有一半用于冷却系统，以防止电子设备过热。这些冷却系统产生的废热通常以水的形式被泵出数据中心并排放到环境中。每个数据中心因此产生的能源损失相当于4万个美国家庭的用电量。多年来，科学家一直在寻找回收这些废热的方法，但他们一直被一个问题所阻碍：它们还不够热。

原则上，通过把水转化为蒸汽并驱动发电机涡轮旋转，可以将废热重新转换为电能。但这个过程需要的温度接近水的沸点，而从数据中心流出的水通常只有40℃到60℃。此前的建议提出使用热泵提高废热的温度，但这种方法会消耗更多的能源。

美国莱斯大学机械工程师Laura Schaefer和研究生Kashif Liaqat在研究太阳能的新应用时，对这个问题产生了兴趣。他们认为，如果可以用阳光代替热泵作为额外的热源，数据中心就可以在不需要消耗更多电力的情况下回收电力。

研究人员提出的方案被称为“太阳能热泵”，其原理是通过一系列现成的平板太阳能集热器处理数据中心的温热废水。与将阳光转化为电能的太阳能电池板不同，这些太阳能集热器采用深色面板吸收阳光，可以将流水加热成蒸汽。流经集热器的热水经太阳辐射与废热的双重加热后，能够驱动涡轮机转动。由此产生的电力可以返回电网，供数据中心直接使用。

为验证该方案在现实中的可行性，研究人员开展了详细的经济分析，其中包含对美国洛杉矶和阿什本两个数据中心枢纽的案例研究。这两处数据中心接收的日照量存在差异。他们发现，该方案回收的电力可满足数据中心约8%的能源需求。平均而言，洛杉矶和阿什本回收电力的成本将分别比当地市场的价格低16.5%和5.5%。

Schaefer表示，这项技术“从‘我能否做到’的工程角度看是现实的，但从经济角度看则不然”。不过，随着AI应用的不断增长，到本十年结束时，数据中心的能源需求预计将增加两倍，不断上涨的电力成本正在改变这一平衡。

“你可以在一段时间内提高价格，也可以在一段时间内扩展数据中心的能力，但总有一天，橡皮筋会因绷得太紧而无法再被拉伸。”Schaefer说，太阳能热泵会“在一端再绑一根橡皮筋，把它的能力再扩展一点”。

然而，美国劳伦斯·伯克利国家实验室能源技术研究员Arman Shehabi担心这种装置的成本太高。研究人员估计，一个数据中心运营商安装平板太阳能集热器、管道和发电机涡轮的成本约为6万美元。Shehabi认为，这不太划算，特别是运营商通常可以与公用事业公司协商廉价的电力合同，“缺乏巨大的经济刺激”。

然而Ebrahimi基于过去为美国微软公司提供咨询服务的经验，对此持乐观态度。他解释说，许多科技公司正致力于开发“独立于电网的数据中心”，这些中心依靠太阳能发电厂、模块化核反应堆、地热或电池储能系统，保障其在电网出现问题时的安全性。他认为，未来这一废热回收技术将成为这些企业能源工具箱中的又一件利器。（文乐乐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.solener.2025.113893