本发明涉及储能发电，尤其涉及一种适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统及其控制方法。
背景技术：
1、随着算力增长，数据中心逐渐成为“耗能大户”，一方面数据中心有持续稳定的电源需求；另一方面数据中心也因芯片散热而产生巨大的散热需求。使用风电、光伏发电等绿色电源虽然可以降低用电成本，但是这两种绿色发电时间受环境影响因素较大而发电时间不稳定，无法为数据中心提供稳定的电源，且在无风力和太阳能时仍然需要使用市电，对用电成本的降低并不显著。并且为了满足数据中心巨大的散热需求，数据中心散热的冷却设备也需要消耗较大电量，且冷却设备本身的建设投资成本也较高。目前暂无针对数据中心开发的较为完善的气液相变二氧化碳能源综合利用系统。
技术实现思路
1、因此，为解决现有技术中的数据中心电源需求、散热需求大的问题，本发明实施例提供一种适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统及其控制方法，能够实现能源的综合利用，降低系统投资运行成本，同时满足蒸发器的供热需求和数据中心的散热需求，且能应对多种工况。
2、本发明的一个实施例提供一种适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统，包括：储能子系统，所述储能子系统包括依次闭环连接的气态二氧化碳管理单元、储能组件、储液单元和释能组件；所述储能组件包括冷凝器，所述储能组件用于将所述气态二氧化碳管理单元输出的气态二氧化碳压缩并经所述冷凝器冷凝成液态二氧化碳后存储至所述储液单元；所述释能组件包括蒸发器，所述释能组件用于经所述蒸发器将所述储液单元输出的液态二氧化碳蒸发成气态二氧化碳，并使气态二氧化碳膨胀做功后存储至所述气态二氧化碳管理单元；数据中心，所述数据中心的换热介质进口连接所述蒸发器的换热介质出口，所述数据中心的换热介质出口连接所述蒸发器的换热介质进口；以及热量平衡组件，包括高温传输管路和低温传输管路，所述高温传输管路连接所述数据中心的换热介质出口和所述蒸发器的换热介质进口之间，所述低温传输管路连接所述数据中心的换热介质进口和所述蒸发器的换热介质出口之间；所述热量平衡组件用于在所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统的运行工况下、且所述数据中心的散热量与所述蒸发器所需供热量不一致时，通过所述高温传输管路向所述蒸发器的换热介质进口补充高温的换热介质或者通过所述低温传输管路向所述数据中心的换热介质进口补充低温的换热介质。
3、在一些实施例中，所述运行工况包括第一运行工况，所述第一运行工况下所述数据中心的散热量小于所述蒸发器所需供热量；所述热量平衡组件包括热泵机组；所述蒸发器的换热介质进口还通过所述高温传输管路连接所述热泵机组；所述蒸发器的换热介质出口还通过所述低温传输管路连接所述热泵机组；在所述第一运行工况下，从所述蒸发器输出至所述低温传输管路的换热介质经由所述热泵机组加热升温后，再通过所述高温传输管路与所述数据中心输出的换热介质共同流入所述蒸发器。
4、在一些实施例中，所述热量平衡组件还包括换热介质存储组件，所述换热介质存储组件包括设置在所述高温传输管路上的高温介质存储单元和设置在所述低温传输管路上的低温介质存储单元。
5、在一些实施例中，所述冷凝器的换热介质进口与所述热泵机组的冷侧出口连接，所述冷凝器的换热介质出口与所述热泵机组的冷侧进口连接。
6、在一些实施例中，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统包括储能子系统停机工况；所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统还包括数据中心换热器，所述数据中心换热器连接于所述数据中心的换热介质出口和所述数据中心的换热介质进口之间，且所述数据中心换热器与所述热泵机组连接；所述数据中心换热器用于在所述储能子系统停机工况下利用所述热泵机组提供的冷量将从所述数据中心输出的换热介质降温。
7、在一些实施例中，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统包括储能子系统停机工况；所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统还包括数据中心换热器和第一冷水机组；所述数据中心换热器连接于所述数据中心的换热介质出口和所述数据中心的换热介质进口之间；所述第一冷水机组分别与所述数据中心换热器和所述冷凝器连接；所述数据中心换热器用于在所述储能子系统停机工况下利用所述第一冷水机组提供的冷量将从所述数据中心输出的换热介质降温；且所述冷凝器用于在所述运行工况下且处于储能阶段时利用所述第一冷水机组提供的冷量将二氧化碳冷凝。
8、在一些实施例中，所述运行工况包括第二运行工况，所述第二运行工况下所述数据中心的散热量大于所述蒸发器所需供热量；所述热量平衡组件包括冷却组件，所述数据中心的换热介质出口还通过所述高温传输管路连接于所述冷却组件；所述数据中心的换热介质进口还通过所述低温传输管路连接于所述冷却组件；在所述第二运行工况下，从所述数据中心输出至所述高温传输管路的换热介质经由所述冷却组件降温冷却后，再通过所述低温传输管路与所述蒸发器输出的换热介质共同流入所述数据中心。
9、在一些实施例中，所述冷却组件包括第一冷却塔、第一换热器、第二冷水机组和第二冷却塔；所述第一换热器连接于所述第一冷却塔和所述低温传输管路之间；所述第二冷水机组分别与所述第一换热器和所述第二冷却塔连接；所述第二冷水机组用于为所述第一换热器提供冷量，所述第二冷却塔用于为所述第二冷水机组散热。
10、在一些实施例中，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统包括储能子系统停机工况；所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统还包括数据中心换热器和第一冷水机组；所述数据中心换热器连接于所述数据中心的换热介质出口和所述数据中心的换热介质进口之间；所述第一冷水机组分别连接所述数据中心换热器和所述冷凝器；在所述储能子系统停机工况下，从所述数据中心输出的换热介质分为两路，一路进入所述冷却组件利用所述第二冷水机组提供的冷量降温、另一路进入所述数据中心换热器利用所述第一冷水机组提供的冷量降温；所述冷凝器用于在所述运行工况下且处于储能阶段时利用所述第一冷水机组提供的冷量将二氧化碳冷凝。
11、在一些实施例中，还包括支路管道；所述储能组件包括压缩储能部，所述压缩储能部连接于所述气态二氧化碳管理单元和所述冷凝器之间；所述释能组件包括膨胀释能部，所述膨胀释能部连接于所述蒸发器和所述气态二氧化碳管理单元之间；所述支路管道的进口端连接所述压缩储能部的压缩机的出口，所述支路管道的出口端连接所述膨胀释能部的膨胀机的进口，所述支路管道上设置有工质流量调节阀。
12、在一些实施例中，所述压缩储能部包括多级所述压缩机，所述支路管道的进口端连接多级所述压缩机中末级压缩机的出口。
13、本发明实施例还提供应用于前述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统的控制方法，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统包括运行工况，所述控制方法包括：在所述运行工况下、且所述数据中心的散热量与所述蒸发器所需供热量不一致时，所述热量平衡组件通过所述高温传输管路向所述蒸发器的换热介质进口补充高温的换热介质或者通过所述低温传输管路向所述数据中心的换热介质进口补充低温的换热介质。
14、在一些实施例中，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统包括储能子系统停机工况；所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统还包括数据中心换热器和第一冷水机组；所述控制方法包括：在所述运行工况下且处于储能阶段时所述冷凝器利用所述第一冷水机组提供的冷量将二氧化碳冷凝；在所述储能子系统停机工况下所述数据中心换热器利用所述第一冷水机组提供的冷量将从所述数据中心输出的换热介质降温。
15、在一些实施例中，所述适用于数据中心的气液相变二氧化碳能源综合利用系统还包括支路管道；所述储能组件包括压缩储能部，所述压缩储能部连接于所述气态二氧化碳管理单元和所述冷凝器之间；所述释能组件包括膨胀释能部，所述膨胀释能部连接于所述蒸发器和所述气态二氧化碳管理单元之间；所述支路管道的进口端连接所述压缩储能部的压缩机的出口，所述支路管道的出口端连接所述膨胀释能部的膨胀机的进口，所述支路管道上设置有工质流量调节阀；所述控制方法包括：在所述运行工况下且处于储能阶段时，打开所述工质流量调节阀使所述压缩储能部的压缩机输出的二氧化碳一部分进入所述冷凝器冷凝，另一部分从所述支路管道输入至所述膨胀释能部的膨胀机的进口膨胀做功。
16、在一些实施例中，所述控制方法还包括：在所述储能阶段调节所述工质流量调节阀使得通过所述支路管道的二氧化碳的质量流量满足以下关系：
17、
18、其中，m为通过所述支路管道的二氧化碳的质量流量，为所述膨胀释能部的膨胀机的发电量；为所述膨胀机的进出口焓差。
19、由上可知，本发明上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：将储能子系统中蒸发器与数据中心耦合，可通过数据中心和蒸发器之间换热介质的循环流动同时为蒸发器供热、为数据中心散热，可以降低蒸发器的供热设施和数据中心的散热设施的建设投资成本，并实现能源的充分利用。配置热量平衡组件可以针对蒸发器所需供热量与数据中心散热量不一致的场景，可以保证能源综合利用系统的稳定运行。