【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据中心余热利用、co2储能系统，具体涉及一种基于数据中心余热的热泵储能系统及方法。
技术介绍
1、大型数据中心的运行过程中，其耗电量巨大，运行过程中产生的热量大，其余热资源非常丰富，目前所采用的与co2储能系统的耦合多在储能阶段，如何在释能阶段进一步利用余热资源值得思考；也有采用热泵储能系统多为热泵+动力循环的形式，然而，动力循环的效率一般较低，如何将热泵与压缩储能相结合是一个值得探索的方向；此外，压缩co2储能系统，由于难以在co2压缩过程中实现温度的显著提升，效率一般较低，如何引入外来热源，提升系统效率需要关注。
2、此外，尽管在cn115682456a公开了一种面向数据中心余热回收的co2热泵储能方法，采用包括数据中心冷冻水回路、co2热泵循环、co2储能循环和循环水回路的储能系统；各部分之间形成回路用于具有用电低谷期、用电高峰期、常规状态。但是其采用的储能循环系统对余热利用率有限。
3、cn207035569u包括冷却塔、热泵机组、热回收循环泵、蓄能装置、热用户供热系统，各部分之间相互连接，蓄能系统储存低峰负荷的热能，并提供给高峰负荷时使用。其主要采用热泵进行热能的转化利用，但其利用效率相对较低。
4、cn205299850u包括数据中心余热回收制冷系统、余热回收热水系统、辅助热源系统、蓄能系统、常规制冷系统和冷热输配系统，利用热回收设备为数据中心制冷降温的同时为数据中心周边建筑用户提供生活热水、采暖用热。此方案中，通过将余热与空调系统相结合的方式，其系统运行效率无法得
技术实现思路
1、为解决以上技术问题，本专利技术提供一种基于数据中心余热的热泵储能系统及方法，将数据中心余热与co2压缩储能深度耦合，不仅在储能阶段可利用余热资源，在释能阶段也充分利用了数据中心余热。
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种基于数据中心余热的热泵储能系统，包括用于对数据中心进行冷却的数据中心冷却系统；
3、所述数据中心冷却系统与热泵循环系统相连；
4、所述热泵循环系统与用于热量储存的储热系统相连；
5、所述储热系统与用于储能的储能系统相连；
6、所述储能系统与用于能量释放的释能系统相连。
7、所述数据中心冷却系统包括数据中心，数据中心的冷却液出口分为三路，第一路通过第一阀门与风冷换热器相连，风冷换热器出口经第二阀门与数据中心冷却液入口相连；第二路经过第三阀门与吸热器相连，吸热器的出口经第四阀门与数据中心冷却液入口相连；第三路与换热器高温侧入口相连，换热器出口经第七阀门汇于数据中心入口。
8、所述热泵循环系统包括吸热器，吸热器出口与压缩机入口相连，压缩机出口与冷却器高温侧入口相连，冷却器高温侧出口经节流阀与加热器相连。
9、所述储热系统包括冷水罐，冷水罐出口经第十四阀门与冷却器低温侧入口相连，冷却器低温侧出口经第十二阀门与热水罐相连，热水罐出口经第十一阀门与加热器高温侧入口相连，加热器高温侧出口经第十三阀门与冷水罐相连。
10、所述储能系统包括液态co2储罐，液态co2储罐出口经第十阀门与泵入口相连，泵出口与第一冷水换热器高温侧入口相连，第一冷水换热器高温侧出口经第五阀门与高压co2储罐入口相连。
11、所述释能系统包括高压co2储罐，高压co2储罐出口经第六阀门与换热器低温侧入口相连，换热器低温侧出口经第八阀门与加热器低温侧入口相连，加热器低温侧出口与透平入口相连，透平出口与第二冷水换热器入口相连，第二冷水换热器出口经第九阀门与液态co2储罐入口相连。
12、一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，所述方法采用基于数据中心余热的热泵储能系统，包括以下几种具体运行模式：
13、模式一，数据中心的液冷流程：
14、数据中心的冷却通过数据中心冷却系统的三个回路来进行降温；
15、模式二，热泵储能和储能系统的循环流程：
16、通过热泵循环系统进行热泵循环，并通过储能系统，将能量通过压缩co2进行系统储能；
17、模式三，储热系统的储热流程：
18、通过储热系统用于对热能进行储存；
19、模式四，释能系统的释能流程：
20、通过释能系将储存的能量进行发电功率与服务器的功耗相匹配。
21、所述模式一中数据中心的液冷流程具体为：数据中心液冷介质流经数据中心，吸收其热量，在出口处介质分为三路；第一路通过第一阀门进入到风冷换热器之后进行风冷降温，再回流到数据中心，第二路通过第三阀门进入到吸热器被液态co2吸热之后，再回流到数据中心；第三路通过换热器和第七阀门后进入到被高压co2吸热之后，再回流到数据中心，进而完成一次液冷循环。
22、所述模式二中热泵储能的循环流程具体为：吸热器通过吸收数据中心的冷却液热量，通过压缩机加压后进入到冷却器中，并通过冷水罐进行降温之后，再由节流阀进入到吸热器，进而形成一次热泵循环；
23、液态co2通过第十阀门之后被泵泵送到第一冷水换热器进行水冷降温，再送入到高压co2储罐储存。
24、所述模式三中储热系统的储热流程具体为：冷水罐中的冷水通过第十四阀门进入到冷却器中，并吸收热泵循环系统中的热量，然后吸热之后的热水通过第十二阀门进入到热水罐进行储存，热水罐中的热水通过第十一阀门，再进入到加热器中对co2进行加热，并在降温之后重新回流到冷水罐。
25、所述模式五中释能系统的释能流程具体为：高压co2储罐内部的高压co2通过第六阀门之后进入到换热器进行换热，并吸收数据中心液冷介质的热量，升温之后通过第八阀门进入到加热器在此升温，然后进入到透平进行发电之后进入到第二冷水换热器进行降温，再通过第九阀门回流到液态co2储罐进行储存。
26、在储能阶段，液冷数据中心与吸热器换热，热泵将冷量传给数据中心，同时将数据中心余热提升温度，利用热水将其存储于热水罐中；同时，低压液态co2经co2泵加压，并经冷水换热器降温后，送至高压co2储罐中存储。
27、在释能阶段，液冷数据中心与换热器连接，利用高压co2储罐中的低温co2吸收数据中心余热，吸热后的高压co2进一步流入加热器中进行升温，最后进入透平中做功发电。
28、在非储能/释能阶段，为保证数据中心持续稳定的运行，采用风冷换热器风冷带走数据中心余热。
29、液冷数据中心的冷却介质为氟化液，温度高达70℃，经热泵后储热温度能够提至150℃；热泵采用有机工质或者co2；
30、对于co2释能过程，数据中心余热先将co2从环境温度升温至60℃，再由储热系统加热至140℃，以高效完成发电过程；
31、为了减少co2储罐体积，采用冷却水将co2液化，温度依据环境水温而定，采用15℃~25℃，压力范围为5mpa~6.4mpa；对于高压超临界co2存储，压力范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，包括用于对数据中心进行冷却的数据中心冷却系统；
2.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述数据中心冷却系统包括数据中心（1），数据中心（1）的冷却液出口分为三路，第一路通过第一阀门（2）与风冷换热器（3）相连，风冷换热器（3）出口经第二阀门（4）与数据中心（1）冷却液入口相连；第二路经过第三阀门（5）与吸热器（6）相连，吸热器（6）的出口经第四阀门（7）与数据中心（1）冷却液入口相连；第三路与换热器（17）高温侧入口相连，换热器（17）出口经第七阀门（16）汇于数据中心（1）入口。
3.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述热泵循环系统包括吸热器（6），吸热器（6）出口与压缩机（10）入口相连，压缩机（10）出口与冷却器（11）高温侧入口相连，冷却器（11）高温侧出口经节流阀（8）与加热器（6）相连。
4.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述储热系统包括冷水罐（29），冷水罐（29）出口经第十四阀
5.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述储能系统包括液态CO2储罐（23），液态CO2储罐（23）出口经第十阀门（24）与泵（9）入口相连，泵（9）出口与第一冷水换热器（12）高温侧入口相连，第一冷水换热器（12）高温侧出口经第五阀门（13）与高压CO2储罐（14）入口相连。
6.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述释能系统包括高压CO2储罐（14），高压CO2储罐（14）出口经第六阀门（15）与换热器（17）低温侧入口相连，换热器（17）低温侧出口经第八阀门（18）与加热器（19）低温侧入口相连，加热器（19）低温侧出口与透平（20）入口相连，透平（20）出口与第二冷水换热器（21）入口相连，第二冷水换热器（21）出口经第九阀门（22）与液态CO2储罐（23）入口相连。
7.一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-6任意一项所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，包括以下几种具体运行模式：
8.根据权利要求7所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述模式一中数据中心的液冷流程具体为：数据中心液冷介质流经数据中心（1），吸收其热量，在出口处介质分为三路；第一路通过第一阀门（2）进入到风冷换热器（3）之后进行风冷降温，再回流到数据中心（1），第二路通过第三阀门（5）进入到吸热器（6）被液态CO2吸热之后，再回流到数据中心（1）；第三路通过换热器（17）和第七阀门（16）后进入到被高压CO2吸热之后，再回流到数据中心（1），进而完成一次液冷循环。
9.根据权利要求7所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述模式二中热泵储能的循环流程具体为：吸热器（6）通过吸收数据中心（1）的冷却液热量，通过压缩机（10）加压后进入到冷却器（11）中，并通过冷水罐（29）进行降温之后，再由节流阀（8）进入到吸热器（6），进而形成一次热泵循环；
10.根据权利要求7所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述模式三中储热系统的储热流程具体为：冷水罐（29）中的冷水通过第十四阀门（30）进入到冷却器（11）中，并吸收热泵循环系统中的热量，然后吸热之后的热水通过第十二阀门（27）进入到热水罐（26）进行储存，热水罐（26）中的热水通过第十一阀门（25），再进入到加热器（19）中对CO2进行加热，并在降温之后重新回流到冷水罐（29）。
11.根据权利要求7所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述模式五中释能系统的释能流程具体为：高压CO2储罐（14）内部的高压CO2通过第六阀门（15）之后进入到换热器（17）进行换热，并吸收数据中心液冷介质的热量，升温之后通过第八阀门（18）进入到加热器（19）在此升温，然后进入到透平（20）进行发电之后进入到第二冷水换热器（21）进行降温，再通过第九阀门（22）回流到液态CO2储罐（23）进行储存。
12.根据权利要求9所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，在储能阶段，液冷数据中...
【技术特征摘要】
1.一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，包括用于对数据中心进行冷却的数据中心冷却系统；
2.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述数据中心冷却系统包括数据中心（1），数据中心（1）的冷却液出口分为三路，第一路通过第一阀门（2）与风冷换热器（3）相连，风冷换热器（3）出口经第二阀门（4）与数据中心（1）冷却液入口相连；第二路经过第三阀门（5）与吸热器（6）相连，吸热器（6）的出口经第四阀门（7）与数据中心（1）冷却液入口相连；第三路与换热器（17）高温侧入口相连，换热器（17）出口经第七阀门（16）汇于数据中心（1）入口。
3.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述热泵循环系统包括吸热器（6），吸热器（6）出口与压缩机（10）入口相连，压缩机（10）出口与冷却器（11）高温侧入口相连，冷却器（11）高温侧出口经节流阀（8）与加热器（6）相连。
4.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述储热系统包括冷水罐（29），冷水罐（29）出口经第十四阀门（30）与冷却器（11）低温侧入口相连，冷却器（11）低温侧出口经第十二阀门（27）与热水罐（26）相连，热水罐（26）出口经第十一阀门（25）与加热器（19）高温侧入口相连，加热器（19）高温侧出口经第十三阀门（28）与冷水罐（29）相连。
5.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述储能系统包括液态co2储罐（23），液态co2储罐（23）出口经第十阀门（24）与泵（9）入口相连，泵（9）出口与第一冷水换热器（12）高温侧入口相连，第一冷水换热器（12）高温侧出口经第五阀门（13）与高压co2储罐（14）入口相连。
6.根据权利要求1所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，其特征在于，所述释能系统包括高压co2储罐（14），高压co2储罐（14）出口经第六阀门（15）与换热器（17）低温侧入口相连，换热器（17）低温侧出口经第八阀门（18）与加热器（19）低温侧入口相连，加热器（19）低温侧出口与透平（20）入口相连，透平（20）出口与第二冷水换热器（21）入口相连，第二冷水换热器（21）出口经第九阀门（22）与液态co2储罐（23）入口相连。
7.一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-6任意一项所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统，包括以下几种具体运行模式：
8.根据权利要求7所述一种基于数据中心余热的热泵储能系统的运行方法，其特征在于，所述模式一中数据中心的液冷流程具体为：数据中心液冷介质流经数据中心（1），吸收其热量，在出口处介质分为三路；第一路通过第一阀门（2）进入到风冷换热器（3）之后进行风冷降温，再回流到数据中心（1），第二路通过第三阀门（5）进入到吸热器（6）被...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，钟舸宇，蔺新星，关苏敏，常勇，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。