[发明专利]一种用于回收液冷数据中心余热的热泵储电系统

说明书

本发明公开了一种用于回收液冷数据中心余热的热泵储电系统，包括热泵储能回路、热机发电回路、循环水回路和冷却回路。采用谷段电价或可再生能源电驱动热泵储能回路，将数据中心通过换热器传递的低品位余热(约45℃)提升至较高温度(如90℃)，并通过换热器将较高温热能存储于高温储罐中；在峰段电价时，热机发电回路将高温储罐中已存储的高温热能通过热机循环驱动发电机发电，并供给数据中心制冷机组。利用本发明，可同时回收余热和储电，提高液冷数据中心余热回收效率，降低数据中心耗能，同时降低数据中心运营成本，尤其是散热成本，具有很高的经济效益。

技术领域

本发明属于能量储存技术领域，尤其是涉及一种用于回收液冷数据中心余热的热泵储电系统。

背景技术

随着电子技术的不断发展，高性能高密度的计算需求加速增长，电子设备的散热功率和散热密度日益提高，数据中心能耗问题日益凸显。传统的风冷技术已经不足以为功率密度不断增长的高性能机柜提供足够的冷量。相比于传统空气冷却性能更加优越，可降低数据中心能耗，减少支出成本，降低噪音标准。

典型数据中心的散热量一般可达几兆瓦至三十兆瓦左右，充分利用该部分余热可显著提升数据中心能量利用率。然而，数据中心余热品位低，风冷冷却数据中心余热仅约30℃(载体为空气)、液冷约40-50℃(载体为水)，回收难度大。

现有已公开的技术方案中，利用数据中心余热是与热网相结合的，如公开号为CN205299850U的中国专利公开了的一种数据中心余热回收的供能系统，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、供暖用热等。公开号为CN109579107A的中国发明专利公开了的一种用于数据中心的余热供热系统，其对上述公开号为CN205299850U的中国专利进行了改善，利用两个热泵提高热网供水的温度及对外供热能力。然而，数据中心余热与热网相耦合，仅适合于具有集中供热条件、位于城市内或附近的数据中心。对于位于偏远郊区、山区的数据中心，由于并无热网，已公开的技术方案无合适应用场景，无法有效工作。

事实上，数据中心的高负荷运行期间约在早上八点到晚上十点，其他时间为低负荷运行期间，与峰谷分时电价时间周期基本相符。峰谷分时电价一般差别较大，最大接近三倍。由于数据中心正是在电价最高的时候用电需求大，而电价低的时候用电需求小，造成数据中心运行成本高。为提升运行经济效益，将谷段时期电力储存用于峰段时期使用是具有潜力的方向。常见大规模储能技术主要包括电化学电池储电、压缩空气储电和液化空气储电等。然而，以上这些储能方式在数据中心应用场景下，面临一些实际条件约束使得其应用存在一定限制。电池储电效率较高，但储电成本较高，一般较适合小规模储电，对于大型数据中心用电规模下的储电成本过高；压缩空气储电和液化空气储电技术主要是针对大型百兆瓦的量级储电，与现有数据中心功率不相匹配，同时实际运行效率相对较低。除传统电网供电之外，利用可再生能源电力作为数据中心用电也值得重视。然而，可再生能源电波动较大，同样需求大规模储电技术以保证电力稳定供应与经济性。

合理利用数据中心余热，降低数据中心运行能耗和成本是数据中心节能的关键。然而，数据中心余热常见应用场景主要为生活供热，而数据中心大多建设在离市区人口密集区较远的地方，余热消纳应用场景不多，建设长途运输管道等设备又将加大投资成本，这也是现阶段制约数据中心普及余热回收利用技术的重要原因。因此可以看出，数据中心有大量余热，同时具有大规模储电需求，但目前仍未有适合数据中心应用场景的、可同时回收余热和储电的技术方案。

发明内容

针对目前数据中心所面临的余热无法有效回收、同时亟需大规模储电技术，而现有技术无法同时满足两方面需求的问题，本发明提供了一种用于回收液冷数据中心余热的热泵储电系统，可回收数据中心余热并用于储电过程。

一种用于回收液冷数据中心余热的热泵储电系统，包括循环水回路、热泵储能回路、热机发电回路和冷却回路，各回路均是内有工作介质流动的循环回路；