CN116641769A - 基于二氧化碳工质的储能利用系统 - Google Patents

基于二氧化碳工质的储能利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及储能技术领域，提供一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，包括：储能子系统，用于对在第一二氧化碳工质在各阶段进行处理，并将处理后的第一二氧化碳工质存储在低压液态二氧化碳储罐或高压液态二氧化碳储罐中，以及存储在对第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量；数据中心冷却子系统，用于利用第二二氧化碳工质吸收第一冷量，并基于第一冷量对数据中心进行冷却处理，以及吸收和存储数据中心的第二热量；热泵子系统，用于根据第二热量对第三二氧化碳工质进行加热，以及基于热量存储介质吸收加热后的第三二氧化碳工质中的第三热量，并存储第三热量。基于本发明，提高了储能效率和避免了能量的浪费。

Description

基于二氧化碳工质的储能利用系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种基于二氧化碳工质的储能利用系统。
背景技术
随着能源紧缺和环境污染日益严重，积极促进节能减排和开发可再生能源已经成为解决能源安全和环境污染问题的重要手段。近年来，以风能、太阳能等可再生能源为驱动力的风力发电、光伏发电等得到了飞速发展，一定程度上减少了传统化石能源的应用。但可再生能源发电具有明显的波动性、周期性和不确定性，其大规模并网还存在大量挑战。在此背景下，开发规模化高效储能系统已经成为学界和社会的重要共识。
当前主要的储能技术有抽水储能、压缩空气储能、液态空气储能等，但都存在一定的问题和限制，使得储能效率较低且能量利用不够充分。具体地，抽水储能对地理环境要求过高，推广应用受到限制，压缩空气储能虽然可以进行大规模应用，但存在储能密度低、占地面积大等劣势，液态空气储能则面临空气液化难、冷损失大的问题。
发明内容
本发明提供一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，用以解决现有技术中储能效率不高且存在能源浪费的问题。
本发明提供一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，包括：储能子系统、热泵子系统和数据中心冷却子系统；
所述储能子系统，用于对在所述储能子系统中进行循环的第一二氧化碳工质在各阶段进行处理，并将处理后的所述第一二氧化碳工质存储在低压液态二氧化碳储罐或高压液态二氧化碳储罐中，以及存储在对所述第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量，其中所述第一热量用于所述储能子系统对存储至所述低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行加热；
所述数据中心冷却子系统，用于利用所述数据中心冷却子系统中进行循环的第二二氧化碳工质吸收所述第一冷量，并基于所述第一冷量对数据中心进行冷却处理，以及吸收和存储所述数据中心的第二热量；
所述热泵子系统，用于根据所述第二热量对在所述热泵子系统中进行循环的第三二氧化碳工质进行加热，以及基于热量存储介质吸收加热后的所述第三二氧化碳工质中的第三热量，并存储所述第三热量，其中所述第三热量用于所述储能子系统对存储至所述低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行加热。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述储能子系统包括储能单元、发电单元、蓄冷蓄热单元和存储单元；
所述储能单元，用于将存储在低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行气化和压缩处理，得到高压液态二氧化碳，并将所述高压液态二氧化碳存储在高压液态二氧化碳储罐中；
所述发电单元，用于将存储在所述高压液态二氧化碳储罐中的所述高压液态二氧化碳进行气化和膨胀处理，并根据膨胀处理所产生的机械功驱动发动机进行发电，以及将所得到的低压液态二氧化碳存储在所述低压液态二氧化碳储罐中；
所述蓄冷蓄热单元，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量；
所述存储单元，用于将所述低压液态二氧化碳存储在所述低压液态二氧化碳储罐中，以及将所述高压液态二氧化碳存储在所述高压液态二氧化碳储罐中。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述储能单元包括蓄冷换热器、压缩机和散热器；
所述蓄冷换热器，用于将所述第一二氧化碳工质进行气化处理；
所述压缩机，用于对进行气化处理后的所述第一二氧化碳工质进行压缩处理；
所述散热器，用于对压缩处理得到的所述第一二氧化碳工质进行液化处理，并将液化处理得到的高压液态二氧化碳工质存储在所述高压液态二氧化碳储罐中。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述发电单元包括汽化器、加热器和膨胀机；
所述汽化器，用于对所述高压液态二氧化碳进行气化处理；
所述加热器，用于对进行气化处理后的所述高压液态二氧化碳进行加热；
所述膨胀机，连接发电机，用于对进行加热后的所述高压液态二氧化碳进行膨胀处理，并根据进行膨胀处理产生的机械功驱动所述发动机进行发电。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述膨胀机连接所述蓄冷换热器，将所产生的气态二氧化碳工质进行冷却液化，以存储至所述低压液态二氧化碳储罐中。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述蓄冷蓄热单元包括冷却器和加热器，且所述蓄冷蓄热单元与所述储能单元共用所述蓄冷换热器；
所述蓄冷换热器，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行气化处理所产生的第一冷量；
所述冷却器，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行压缩时产生的第一热量；
所述加热器，用于吸收所述冷却器存储的所述第一热量，以及存储在对所述高压液态二氧化碳进行气化时所产生的第一冷量。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述数据中心冷却子系统包括水槽和热管，其中所述热管用于循环所述第三二氧化碳工质；
所述水槽，用于存储所述第二热量；
所述热管，用于基于所述第二二氧化碳工质吸收数据中心的热能，以及基于所述水槽对吸收所述数据中心的热能后的所述第二二氧化碳工质进行冷却处理。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述热泵子系统包括蓄冷罐、蓄热罐、热泵蒸发器和热泵冷凝器；
所述蓄冷罐，用于存储吸收所述冷却器产生的压缩热的水，以存储至所述蓄热罐中；
所述蓄热罐，用于在发电过程中基于吸收了所述压缩热的水对从所述高压液态二氧化碳储罐中的高压液态二氧化碳进行加热；
所述热泵蒸发器，用于根据所述水槽中的水对所述第三二氧化碳工质进行加热；
所述热泵冷凝器，用于对所述蓄冷罐中所存储的水进行加热。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述热泵子系统还包括热泵压缩机，且所述热泵压缩机连接所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器；
所述热泵压缩机，用于提升所述热泵子系统中所述第三二氧化碳工质的压力。
根据本发明提供的一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，所述基于二氧化碳工质的储能利用系统至少包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，其中，所述第一节流阀连接所述低压液态二氧化碳储罐和所述蓄冷换热器，所述第二节流阀连接所述高压液态二氧化碳储罐和所述汽化器，所述第三节流阀连接所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器；
所述第一节流阀，用于控制所述低压液态二氧化碳储罐中所述第一二氧化碳工质的释放；
所述第二节流阀，用于控制所述高压液态二氧化碳储罐中所述第一二氧化碳工质的释放；
所述第三节流阀，用于控制所述热泵子系统中所述第三二氧化碳工质的释放。
本发明提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统，以二氧化碳作为进行循环的工质，使得系统使用更加环保，且对于二氧化碳工质的存储，采用液态形式，最大限度地提高了储能密度、减小占地面积以及降低使用成本，同时在使用过程中，各子系统所产生的能量可以互相传递和使用，提高能量的使用效率，避免能量的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统的结构示意图；
图2是本发明提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统的另一结构示意图；
其中，1-低压液态二氧化碳储罐，2-第一节流阀，3-蓄冷换热器，4-压缩机，5-冷却器，6-散热器，7-高压液态二氧化碳储罐，8-第二节流阀，9-汽化器，10-水槽，11-数据中心，12-热泵蒸发器，13-热泵压缩机，14-热泵冷凝器，15-第三节流阀，16-蓄冷罐，17-蓄热罐，18-加热器，19-膨胀机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统的结构示意图，如图1所示，该基于二氧化碳工质的储能利用系统包括储能子系统、数据中心冷却子系统和热泵子系统，且各子系统之间存在能量交换，具体为热冷和冷能的交换。
储能子系统，用于对在储能子系统中进行循环的第一二氧化碳工质在各阶段进行处理，并将处理后的第一二氧化碳工质存储在低压液态二氧化碳储罐或高压液态二氧化碳储罐中，以及存储在对第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第二热量，其中第一热量用于储能子系统对存储至低压液态二氧化碳储罐中的第一二氧化碳工质进行加热；
数据中心冷却子系统，用于利用数据中心冷却子系统中进行循环的第二二氧化碳工质吸收第一冷量，并基于第一冷量对数据中心进行冷却处理，以及吸收和存储数据中心的第二热量；
热泵子系统，用于根据第二热量对在热泵子系统中进行循环的第三二氧化碳工质进行加热，以及基于热量存储介质吸收加热后的第三二氧化碳工质中的第三热量，并存储第三热量，其中第三热量用于储能子系统对存储至低压液态二氧化碳储罐中的第一二氧化碳工质进行加热。
其中，第一二氧化碳工质、第二二氧化碳工质和第三二氧化碳工质为在不同子系统中进行循环的二氧化碳工质，第一热量、第二热量、第三热量和第一冷量为在不同子系统中所产生的热量和冷量。
具体地，在整个基于二氧化碳工质的储能利用系统中，循环使用的工质是二氧化碳，通过对二氧化碳工质在不同阶段的处理，实现能量的生成、存储以及使用等。在整个系统中，各子系统之间存在着一定的联系，具体可以体现在能量使用方面，由于在系统各阶段进行处理时，有着能量的产生和使用，因此可以通过将各子系统之间进行关联，实现能量的高效使用，避免能量的浪费，比如可以将一个子系统中所产生的能量供另一个子系统使用，如储能子系统中所产生的冷能可以用于数据中心冷却子系统对数据中进行冷却。
示例性地，在储能子系统中，对不同阶段所得到的二氧化碳工质进行存储，其中，不同阶段至少包括储能阶段和发电阶段，且在处于储能阶段时，将低压液态二氧化碳储罐中的第一二氧化碳工质存储至高压液态二氧化碳储罐中，在处于发电阶段时，将高压液态二氧化碳储罐中的第一二氧化碳工质存储至低压液态二氧化碳储罐中。
而由于在不同阶段，二氧化碳工质的状态有所不同，因此，在进行存储时，需要对于不同的阶段使用不同的存储空间对二氧化碳工质进行存储。如使用储罐，针对不同的阶段和二氧化碳工质的状态，进行存储的储罐可以分为低压液态二氧化碳储罐和高压液态二氧化碳储罐，分别用来存储低压液态二氧化碳和高压液态二氧化碳。
在二氧化碳工质的循环过程中，包括二氧化碳工质从低压液态二氧化碳储罐中传输至高压液态二氧化碳储罐中，以及从高压液态二氧化碳储罐中传输至低压液态二氧化碳储罐中。由于在实际的传输过程中，二氧化碳工质存在状态的变化，因此伴随着能量的变化。比如在将存储在低压液态二氧化碳储罐中的二氧化碳工质传输至高压液态二氧化碳储罐中时，需要对处于低压状态下的液态二氧化碳工质进行加压等处理，进而完成二氧化碳工质状态的改变，同时在进行处理时，也会伴随着能量的产生，为了避免能量的浪费，对于进行处理所产生的能量可以进行存储以及后续的使用。
进一步地，在数据中心冷却子系统中，是一个循环工作的状态，在对数据中心进行冷却时，需要对数据中心所产生的热能进行吸收，由于在储能子系统中进行二氧化碳工质的传输时存在着能量的产生，包括热能和冷能，而此时所长的冷能则可以用来实现对数据中心的降温处理。需要说明的是，数据中心为需要进行降温处理的设备，包括但不限于为服务器或者机房等设备和装置。
示例性地，为了将储能子系统中产生的冷能使用在数据中心冷却子系统中，可以利用数据中心冷却子系统中进行循环的第二二氧化碳工质对储能子系统中所产生的第一冷量进行吸收，进而使用在数据中心冷却子系统中。而在数据中心冷却子系统中使用第一冷量时，使用导热介质对吸收了第一冷量的第二二氧化碳工质进行冷能吸收，进而使用吸收了第一冷量的导热介质对数据中心进行降温处理。
然后，在对数据中心进行降温处理时，是对数据中心所产生的热能进行吸收，而对于所吸收到的第二热量，将会进行存储，以使得后续处理过程中使用第二热量完成相应的加热处理。
同时，在热泵子系统中，也是一个循环工作的状态，对于一个循环周期，在进行处理时，首先利用数据中心冷却子系统所产生的第二热量对进行训话的第三二氧化碳工质进行加热处理，热后在第三二氧化碳工质的流通过程中，利用热量存储介质对加热后的第三二氧化碳工质进行热能的吸收，得到第三热量，并将第三热量进行存储，以用于储能子系统进行使用，具体地使用阶段为对存储至低压液态二氧化碳储罐中的第一二氧化碳工质进行加热处理。
另外，由于对加热后的第三二氧化碳工质中所包含的热量进行了吸收，使得降温后的第三二氧化碳工质可以再次对数据中心冷却子系统中所产生的第二热量进行吸收和存储，以进入下一个循环使用阶段。
在本发明实施例提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统中，储能子系统在二氧化碳的存储过程中，所产生的第一热量和第一冷量会循环使用，还会提供给其他子系统使用，而数据中心冷却子系统在需要对数据中心进行降温处理时，利用储能子系统所产生的第一冷量进行降温，并且对于因为吸收数据高温而产生的第二热量进行存储，以使得热能子系统利用第二热量对所循环的第三二氧化碳工质进行加热，进而通过对加热后的第三二氧化碳工质进行热吸收，将得到的第三热量应用于储能子系统。
进一步的，本发明实施例提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统，各子系统之间独立运行和处理，但是各系统之间存在着一定的关联，而具体关联体现在能量的传输和使用，如热能和冷能的传输和使用。
参照图2，图2是本发明实施例提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统的另一结构示意图。对于图2中所示出的压缩机4和膨胀机19不局限于一级，还可以设置成多级形式，相应地也可以设置多级冷却器5和加热器18，冷却器5和加热器18可以为壳管式换热器、板式换热器和翅片式换热器等形式，低压液态二氧化碳储罐1和高压液态二氧化碳储罐7均储存液态二氧化碳，使用铸铁或钢制的低压压力容器即可。
在该基于二氧化碳工质的储能利用系统中，各子系统包含有若干单元，且不同单元包含有若干设备，其中设备为图2中所示出的部分，用于实现各子系统所对应的功能。
首先，对于储能子系统，包括有储能单元、发电单元、蓄冷蓄热单元和存储单元。
其中，储能单元用于将存储在低压液态二氧化碳储罐1中的第一二氧化碳工质进行气化和压缩处理，得到高压液态二氧化碳，并将高压液态二氧化碳存储在高压液态二氧化碳储罐7中；发电单元将存储在高压液态二氧化碳储罐7中的高压液态二氧化碳进行气化和膨胀处理，并根据膨胀处理所产生的机械功驱动进行发电，以及将所得到的低压液态二氧化碳存储在低压液态二氧化碳储罐1中；蓄冷蓄热单元用于存储在对第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量；存储单元用于将低压液态二氧化碳储罐1存储在低压液态二氧化碳储罐1中，以及将高压液态二氧化碳存储在高压液态二氧化碳储罐7中。
示例性地，储能子系统在完成第一二氧化碳工质的循环存储时，需要基于所包含的各单元进行协同工作，以实现第一二氧化碳工质在低压液态二氧化碳储罐1和高压液态二氧化碳储罐7中的循环存储。
由图2可知，在储能子系统中进行循环的第一二氧化碳工质不断在低压液态二氧化碳储罐1、蓄冷换热器3、压缩机4、冷却器5、散热器6、高压液态二氧化碳储罐7、汽化器9、加热器18以及膨胀机19中循环，且膨胀机19的出口连接着蓄冷换热器3。通过第一二氧化碳工质在储能子系统中的循环。
基于不同的阶段，可以将第一二氧化碳工质的存储过程分为储能阶段和发电阶段，其中，储能阶段为将存储在低压液态二氧化碳储罐1中的第一二氧化碳工质存储至高压液态二氧化碳储罐7中，而发电阶段为将存储在高压液态二氧化碳储罐7中的第一二氧化碳工质存储至低压液态二氧化碳储罐1中。因此储能子系统包括有针对两个阶段进行处理的储能单元和发电单元，以及进行存储的存储单元，同时在不同的阶段伴随着能量的产生，因此还包括进行那能量存储的蓄冷蓄热单元。
在储能单元进行工作时，通过对存储在低压液态二氧化碳储罐1中的第一二氧化碳工质进行处理，进而在第一二氧化碳工质的状态满足相应的存储条件时，将处理后的第一二氧化碳工质存储在高压液态二氧化碳储罐7中。而为了完成对从低压液态二氧化碳储罐1中出来的第一二氧化碳工质的处理，储能单元还包括蓄冷换热器3和压缩机4，其中蓄冷换热器3用于对第一二氧化碳工质进行气化处理，而压缩机4用于对气化处理后的第一二氧化碳工质进行压缩处理，进而将压缩处理后的第一二氧化碳工质存储在高压液态二氧化碳储罐7中，当然，此时完成压缩处理后的第一二氧化碳工质的状态满足进行存储的条件。
进一步地，为了提高储能安全性和储能效率，储能单元还包括蓄冷换热器3、压缩机4和散热器6，其中，蓄冷换热器3用于将第一二氧化碳工质进行气化处理；压缩机4用于对进行气化处理后的第一二氧化碳工质进行压缩处理；散热器6用于对压缩处理得到的第一二氧化碳工质进行液化处理，并将液化处理得到的高压液态二氧化碳工质存储在高压液态二氧化碳储罐7中。
也就是，在进行储能处理时，存储在低压液态二氧化碳储罐1进入蓄冷换热器3内吸热气化，然后蓄冷换热器3的出口通过管道连接压缩机4进口，以使得二氧化碳工质进入压缩机4中被压缩成超临界状态，期间利用级间冷却器5回收压缩热，之后二氧化碳工质进入散热器6，进一步降温后成为液态二氧化碳，进入高压液态二氧化碳储罐7中保存。该单元在用电低谷期时利用低谷价电或弃电驱动压缩机4实现储能，在用电高峰高峰期利用二氧化碳进行膨胀发电，可以有效平衡电网，提高电网运行的稳定性。
在实际的处理过程中，蓄冷换热器3用于两条二氧化碳管路中的二氧化碳工质与蓄冷介质进行热交换，低压液态二氧化碳储罐1中的二氧化碳工质在其中被加热气化，然后进入压缩机4中经历多级压缩和级间冷却。同时，发电过程中流经至此的二氧化碳工质会在其中被冷却液化，进而进入低压液态二氧化碳储罐1中进行保存。需要说明的是，图2中为了示意简单清晰，省略了蓄冷介质，直接以两股二氧化碳工质换热代替。
压缩机4用于将气化后的低压二氧化碳压缩成高压状态，将电能转化为势能和热能。而散热器6则对进行压缩后得到的高压气化二氧化碳工质进行冷却和液化，进而在液化完成时将，存储所得到的高压液态二氧化碳工质。
而在发电过程中，发电单元通过对存储在高压液态二氧化碳储罐7中的第一二氧化碳工质进行相应的处理，以将其存储至低压液态二氧化碳工质中。而为了完成发电，发电单元还包括汽化器9、加热器18和膨胀机19，其中，汽化器9用于对高压液态二氧化碳进行气化处理；加热器18用于对进行气化处理后的高压液态二氧化碳进行加热；膨胀机19连接发电机，用于对进行加热后的高压液态二氧化碳进行膨胀处理，并根据进行膨胀处理产生的机械功驱动发动机进行发电。
也就是，高压液态二氧化碳储罐7出口连接汽化器9进口，汽化器9出口连接加热器18进口，加热器18出口连接膨胀机19进口，膨胀机19连接有发电机。而在进行发电处理时，高压液态二氧化碳首先经过汽化器9进行升温气化，之后进入加热器18被高温热水进一步加热至高温，再进入膨胀机19以向外输出机械功驱动电动机发电，且膨胀机19出口还会连接蓄冷换热器3，从膨胀机19出口输出的气态二氧化碳工质经过蓄冷换热器3的冷却处理，变为液态二氧化碳工质，进而存储至低压液态二氧化碳储罐1中。发电单元在用电高峰期时利用二氧化碳膨胀发电，将二氧化碳的势能和水的热能转化为电能。
在对储能阶段和发电阶段所产生的能量进行存储时，利用蓄冷蓄热单元实现对所产生的热能和冷能进行吸收和存储。由于在储能阶段和发电阶段都存在能量的存储，因此针对不同阶段所产生的能量可以采用不同的装置或者设备进行存储，具体地，蓄冷蓄热单元包括冷却器5和加热器18，同时还包括与储能单元共用的蓄冷换热器3。
其中，蓄冷换热器3用于存储在对第一二氧化碳工质进行气化处理所产生的第一冷量；冷却器5用于存储在对第一二氧化碳工质进行压缩时产生的第一热量；加热器18用于吸收冷却器5存储的第一热量，以及存储在对高压液态二氧化碳进行气化时所产生的第一冷量。
由图2可知，蓄冷换热器3连接着低压液态二氧化碳储罐1的出口和压缩机4的入口，从低压液态二氧化碳储罐1中出来的处于低压液态状态的第一二氧化碳工质进行热交换，吸收蓄冷换热器3中所存储的热能；压缩机4的出口连接着冷却器5，经过压缩处理后的第一二氧化碳工质在经过冷却器5时，对进行压缩所产生的压缩热进行吸收和存储，即存储第一热量；加热器18的进口连接汽化器9，出口连接膨胀机19，对于从汽化器9所输入的气化的第一二氧化碳工质，利用加热器18再次进行加热处理，以提高第一二氧化碳工质的温度，同时，对于进行加热时所使用的热能，则是从冷却器5中进行获取的，而也就是对于存储在冷却器5中的压缩热，会经过相应的处理传输到加热器18中，并且在进行加热处理时，对于因加热处理而带来的第一冷量则会存在加热器18中。
也就是，在储能阶段，低压液态的第一二氧化碳工质进入蓄冷换热器3释放冷量，蒸发气化后进入压缩机4，冷量储存在蓄冷换热器3中，以及压缩所产生的压缩热(第一热量)存储在冷却器5中。而对于冷却器5所回收存储的压缩热，可以通过相关的处理被加热器18进行吸收和存储。在发电阶段，加热器18利用所吸收到的压缩热对所输入的第一二氧化碳工质进行加热，而对于进行加热所产生的冷能进行存储。
其次，对于数据中心冷却子系统，主要用来完成对数据中心11(需要进行降温冷却的机房等)进行降温处理，而在进行降温处理时，利用其他子系统在工作过程中所产生的冷能，实现对数据中心11热量的吸收，以达到降温的效果。
具体地，数据中心冷却子系统包括有水槽10和热管，且热管中所循环的工质为二氧化碳，其中，水槽10用于存储第二热量；热管，用于基于第二二氧化碳工质吸收数据中心11的热能，以及基于水槽10对吸收数据中心11的热能后的第二二氧化碳工质进行冷却处理。在实际处理过程中，利用热管中所循环的第二二氧化碳工质对数据中心11所产生的热量进行吸收，然后吸收了热量的第二二氧化碳工质利用水槽10进行冷却处理，也就是进行热交换，将第二二氧化碳工质所吸收的热量传递给水槽10。
由图2可知，在数据中心冷却子系统中循环的第二二氧化碳工质，不断的在水槽10热泵蒸发器12中进行循环，同时，水槽10中的水会在汽化器9与水槽10之间循环，以及在水槽10与热泵蒸发器12之间循环。
具体地，通过连接水槽10和数据中心11的热管，实现基于第三二氧化碳工质对数据中心11表面所产生的热能进行吸收，并基于低温水槽10对吸收有热能的第三二氧化碳工质进行冷却，此时可以对热管中的第三二氧化碳工质进行降温，且水槽10中的水温会升高。水槽10中的高温水会会循环至汽化器9中，以对从高压液态二氧化碳储罐7中出来的第一二氧化碳工质进行初步加热。同时，水槽10中的高温水还可以循环至热泵蒸发器12中，以使得热泵蒸发器12吸收高温水中的余热，也就是热能，用于在热泵子系统中进行使用。
对于数据中心冷却子系统中连接水槽10与数据中心11的热管，可以被分为蒸发段和冷凝段，在具体的冷却和降温过程中，第二二氧化碳工质在蒸发段吸收数据中心11的热量，以被蒸发和汽化，然后蒸汽在微小的压差下流向冷凝段放出热量凝结成液态，液体二氧化碳再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环，使得热量从热管的一段传递到另一端。而冷凝段则会被置于水槽10中，且该水槽10可以为低温水槽10，进而利用低温的水带走在蒸发段所吸收的热量，同时水温也会升高。
再者，对于热泵子系统，可以包含有蓄冷罐16、蓄热罐17、热泵蒸发器12和热泵冷凝器14。其中，蓄冷罐16用于存储吸收冷却器5产生的压缩热的水，以存储至蓄热罐17中；蓄热罐17用于在发电过程中基于吸收了压缩热的水对从高压液态二氧化碳储罐7中的高压液态二氧化碳进行加热；热泵蒸发器12用于根据水槽10中的水对第三二氧化碳工质进行加热；热泵冷凝器14用于对蓄冷罐16中所存储的水进行加热。
示例性地，在热泵子系统中的蓄冷罐16和蓄热罐17中所存储的工质为水，但是在进行热交换等处理时，工质依旧是二氧化碳，也就是利用二氧化碳工质流经蓄冷罐16和蓄热罐17，实现在蓄冷罐16和蓄热罐17中进行热交换，以完成热能和/或冷能的交换。
由图2可知，在热泵子系统中循环的第三二氧化碳工质不断的在热泵蒸发器12、热泵压缩机13以及热泵冷凝器14中循环。而冷却器5、蓄热罐17、加热器18和蓄冷罐16构成一个循环闭环，同时热泵冷凝器14也连接着蓄热罐17和蓄冷罐16，且循环工质为导热介质，如水，在此以水为例进行说明。
由前述描述可知，对于冷却器5所吸收的压缩热(第一热量)，会经过相关的处理用于加热器18对第一二氧化碳工质进行加热处理，而在将冷却器5所吸收的压缩热传输给加热器18时，利用从蓄冷罐16中出来的水对冷却器5中的压缩热进行吸收，然后存储在蓄热罐17中，而从蓄热罐17中出来的高温水则被用于在加热器18中对第一二氧化碳工质进行加热。如热交换，在完成热交换时，高温水会变为低温水，进而存储在蓄冷罐16中，以进行后一个循环。同时对于热泵蒸发器12所吸收的水槽10中高温水的余热，可以通过与蓄冷罐16的连接，实现对储存在蓄冷罐16中的低温水进行加热，进而存储至蓄热罐17中。
在实际使用过程中，可以控制蓄冷罐16的温度保持在-5℃～5℃，同时增加保温材料，以提升蓄冷效果。还可以空时蓄热罐17的温度保持在135℃～150℃，同时增加保温材料，以提升蓄热效果。
进一步地，为了保证整个基于二氧化碳工质的储能利用系统的稳定运行，可以在特定的阶段设置相应的节流阀，以控制各工质的流通速率等。
具体地，该基于二氧化碳工质的储能利用系统设置有三个节流阀，分为为：设置在低压液态二氧化碳储罐1和蓄冷换热器3之间的第一节流阀2、设置在高压液态二氧化碳储罐7和汽化器98之间的第二节流阀8以及设置在热泵蒸发器12和热泵冷凝器14之间的第三节流阀15。其中，第一节流阀2用于控制低压液态二氧化碳储罐1中第一二氧化碳工质的释放，第二节流阀8用于控制高压液态二氧化碳储罐7中第一二氧化碳工质的释放，第三节流阀15用于控制热泵子系统中第三二氧化碳工质的释放。
通过节流阀的控制，可以合理且安全的实现二氧化碳工质的释放，避免流通管道中二氧化碳工质的压力过大，而到来安全隐患等。
最后，在实际应用中，储能子系统可以分时段运行，在用电低谷期时，由电网的低价电或者弃电驱动压缩机4，压缩从低压液态二氧化碳储罐1中出来的第一二氧化碳工质，以实现储能。而在用电高峰期时，对从高压液态二氧化碳储罐7中出来的第一二氧化碳工质进行膨胀释能，以推动发电机发电。数据中心冷却子系统全天候运行，保证数据中心11的安全高效运行。热泵子系统在发电过程中可以根据热量需求选择开启或者不开启，在其他时间段则需要开启吸收水槽10的低温余热，以保证数据中心11的高效冷却。
在本发明提供的基于二氧化碳工质的储能利用系统中，以二氧化碳作为进行循环的工质，使得系统使用更加环保，且对于二氧化碳工质的存储，采用液态形式，最大限度地提高了储能密度、减小占地面积以及降低使用成本，同时在使用过程中，各子系统所产生的能量可以互相传递和使用，提高能量的使用效率，避免能量的浪费。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，包括储能子系统、热泵子系统和数据中心冷却子系统；
所述储能子系统，用于对在所述储能子系统中进行循环的第一二氧化碳工质在各阶段进行处理，并将处理后的所述第一二氧化碳工质存储在低压液态二氧化碳储罐或高压液态二氧化碳储罐中，以及存储在对所述第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量，其中所述第一热量用于所述储能子系统对存储至所述低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行加热；
所述数据中心冷却子系统，用于利用所述数据中心冷却子系统中进行循环的第二二氧化碳工质吸收所述第一冷量，并基于所述第一冷量对数据中心进行冷却处理，以及吸收和存储所述数据中心的第二热量；
所述热泵子系统，用于根据所述第二热量对在所述热泵子系统中进行循环的第三二氧化碳工质进行加热，以及基于热量存储介质吸收加热后的所述第三二氧化碳工质中的第三热量，并存储所述第三热量，其中所述第三热量用于所述储能子系统对存储至所述低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行加热。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述储能子系统包括储能单元、发电单元、蓄冷蓄热单元和存储单元；
所述储能单元，用于将存储在低压液态二氧化碳储罐中的所述第一二氧化碳工质进行气化和压缩处理，得到高压液态二氧化碳，并将所述高压液态二氧化碳存储在高压液态二氧化碳储罐中；
所述发电单元，用于将存储在所述高压液态二氧化碳储罐中的所述高压液态二氧化碳进行气化和膨胀处理，并根据膨胀处理所产生的机械功驱动发动机进行发电，以及将所得到的低压液态二氧化碳存储在所述低压液态二氧化碳储罐中；
所述蓄冷蓄热单元，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行处理时所产生的第一冷量和/或第一热量；
所述存储单元，用于将所述低压液态二氧化碳存储在所述低压液态二氧化碳储罐中，以及将所述高压液态二氧化碳存储在所述高压液态二氧化碳储罐中。
3.根据权利要求2所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述储能单元包括蓄冷换热器、压缩机和散热器；
所述蓄冷换热器，用于将所述第一二氧化碳工质进行气化处理；
所述压缩机，用于对进行气化处理后的所述第一二氧化碳工质进行压缩处理；
所述散热器，用于对压缩处理得到的所述第一二氧化碳工质进行液化处理，并将液化处理得到的高压液态二氧化碳工质存储在所述高压液态二氧化碳储罐中。
4.根据权利要求3所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述发电单元包括汽化器、加热器和膨胀机；
所述汽化器，用于对所述高压液态二氧化碳进行气化处理；
所述加热器，用于对进行气化处理后的所述高压液态二氧化碳进行加热；
所述膨胀机，连接发电机，用于对进行加热后的所述高压液态二氧化碳进行膨胀处理，并根据进行膨胀处理产生的机械功驱动所述发动机进行发电。
5.根据权利要求4所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述膨胀机连接所述蓄冷换热器，将所产生的气态二氧化碳工质进行冷却液化，以存储至所述低压液态二氧化碳储罐中。
6.根据权利要求4所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述蓄冷蓄热单元包括冷却器和加热器，且所述蓄冷蓄热单元与所述储能单元共用所述蓄冷换热器；
所述蓄冷换热器，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行气化处理所产生的第一冷量；
所述冷却器，用于存储在对所述第一二氧化碳工质进行压缩时产生的第一热量；
所述加热器，用于吸收所述冷却器存储的所述第一热量，以及存储在对所述高压液态二氧化碳进行气化时所产生的第一冷量。
7.根据权利要求6所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述数据中心冷却子系统包括水槽和热管，且所述热管用于循环所述第三二氧化碳工质；
所述水槽，用于存储所述第二热量；
所述热管，用于基于所述第二二氧化碳工质吸收数据中心的热能，以及基于所述水槽对吸收所述数据中心的热能后的所述第二二氧化碳工质进行冷却处理。
8.根据权利要求7所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述热泵子系统包括蓄冷罐、蓄热罐、热泵蒸发器和热泵冷凝器；
所述蓄冷罐，用于存储吸收所述冷却器产生的压缩热的水，以存储至所述蓄热罐中；
所述蓄热罐，用于在发电过程中基于吸收了所述压缩热的水对从所述高压液态二氧化碳储罐中的高压液态二氧化碳进行加热；
所述热泵蒸发器，用于根据所述水槽中的水对所述第三二氧化碳工质进行加热；
所述热泵冷凝器，用于对所述蓄冷罐中所存储的水进行加热。
9.根据权利要求8所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述热泵子系统还包括热泵压缩机，且所述热泵压缩机连接所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器；
所述热泵压缩机，用于提升所述热泵子系统中所述第三二氧化碳工质的压力。
10.根据权利要求8所述的基于二氧化碳工质的储能利用系统，其特征在于，所述基于二氧化碳工质的储能利用系统至少包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，其中，所述第一节流阀连接所述低压液态二氧化碳储罐和所述蓄冷换热器，所述第二节流阀连接所述高压液态二氧化碳储罐和所述汽化器，所述第三节流阀连接所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器；
所述第一节流阀，用于控制所述低压液态二氧化碳储罐中所述第一二氧化碳工质的释放；
所述第二节流阀，用于控制所述高压液态二氧化碳储罐中所述第一二氧化碳工质的释放；
所述第三节流阀，用于控制所述热泵子系统中所述第三二氧化碳工质的释放。
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