本发明提供了一种基于数据中心余热的热泵储能系统及方法，包括用于对数据中心进行冷却的数据中心冷却系统；所述数据中心冷却系统与热泵循环系统相连；所述热泵循环系统与用于热量储存的储热系统相连；所述储热系统与用于储能的储能系统相连；所述储能系统与用于能量释放的释能系统相连。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。

　　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

　　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

　　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

　　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CO储罐（23），液态CO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

　　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CO储罐（14），高压CO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CO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

　　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CO进行系统储能；

　　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CO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

　　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

　　液态CO通过第十阀门（24）之后被泵（9）泵送到第一冷水换热器（12）进行水冷降温，再

　　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

　　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CO储罐（14）内部的高压CO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CO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，液冷数据中心与吸热器（6）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（26）中；同时，低压液态CO经CO泵加压，并经

　　13.根据权利要求11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，在释能阶段，液冷数据中心与换热器（17）连接，利用高压CO储罐（14）中的低温CO吸

　　收数据中心余热，吸热后的高压CO进一步流入加热器（19）中进行升温，最后进入透平（20）

　　14.根据权利要求11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（3）风冷带走

　　15.根据权利要求11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，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

　　对于CO释能过程，数据中心余热先将CO从环境温度升温至60℃，再由储热系统加热至

　　为了减少CO储罐体积，采用冷却水将CO液化，温度依据环境水温而定，采用15℃25

　　℃，压力范围为5MPa6.4MPa；对于高压超临界CO存储，压力范围为15MPa25MPa，或者采用

　　冷却水将CO降至环境温度附近，以增大CO密度，减少高压CO储罐（14）体积。

　　16.根据权利要求15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

　　[0001]本发明涉及数据中心余热利用、CO储能系统，具体涉及一种基于数据中心余热的

　　[0002]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CO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CO储

　　能系统，由于难以在CO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

　　[0003]此外，尽管在CN115682456A公开了一种面向数据中心余热回收的CO热泵储能方

　　法，采用包括数据中心冷冻水回路、CO热泵循环、CO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

　　[0004]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

　　[0005]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

　　[0006]为解决以上技术问题，本发明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CO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

　　[0007]为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于数据中心余热

　　[0008]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。

　　[0009]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

　　[0010]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

　　[0011]所述储能系统包括液态CO储罐，液态CO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

　　[0012]所述释能系统包括高压CO储罐，高压CO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

　　[0013]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

　　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CO进行系统

　　[0014]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CO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CO吸热之后，再回流到数据中

　　[0015]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

　　[0016]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CO进行加热，并

　　[0017]所述模式五中释能系统的释能流程具体为：高压CO储罐内部的高压CO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

　　[0018]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CO经CO泵加压，并经冷

　　[0019]在释能阶段，液冷数据中心与换热器连接，利用高压CO储罐中的低温CO吸收数据

　　中心余热，吸热后的高压CO进一步流入加热器中进行升温，最后进入透平中做功发电。

　　[0020]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

　　[0021]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

　　对于CO释能过程，数据中心余热先将CO从环境温度升温至60℃，再由储热系统加

　　为了减少CO储罐体积，采用冷却水将CO液化，温度依据环境水温而定，采用15℃

　　25℃，压力范围为5MPa6.4MPa；对于高压超临界CO存储，压力范围为15MPa25MPa，或者采

　　1.本发明将数据中心余热与CO压缩储能深度耦合，不仅在储能阶段可利用余热

　　CO的储能过程采用泵压缩液态CO(15℃25℃)，可急剧减小CO的压缩功。同

　　高压罐压力范围为15MPa25MPa，采用冷却水将其降至环境温度附近，可显著

　　[0029]图中：1、数据中心；2、第一阀门；3、风冷换热器；4、第二阀门；5、第三阀门；6、吸热

　　器；7、第四阀门；8、节流阀；9、泵；10、压缩机；11、冷却器；12、第一冷水换热器；13、第五阀

　　门；14、高压CO储罐；15、第六阀门；16、第七阀门；17、换热器；18、第八阀门；19、加热器；20、

　　透平；21、第二冷水换热器；22、第九阀门；23、液态CO储罐；24、第十阀门；25、第十一阀门；

　　26、热水罐；27、第十二阀门；28、第十三阀门；29、冷水罐；30、第十四阀门。

　　参见图1，一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；所述数据中心冷却系统与热泵循环系统相连；所述热泵循环系统与

　　用于热量储存的储热系统相连；所述储热系统与用于储能的储能系统相连；所述储能系统

　　与用于能量释放的释能系统相连。本发明将数据中心余热与CO压缩储能深度耦合，不仅在

　　[0032]进一步的，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。通过上述的数据中心冷却系统能够通过多种模式实现数据中心1的

　　[0033]进一步的，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。

　　[0034]进一步的，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。通过上述的储热系统能够实现热量的储存，进而将热量存储在热水罐26内部。

　　[0035]进一步的，所述储能系统包括液态CO储罐23，液态CO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CO储罐14入口相连。通过上述的储能系统，能够通过采用泵压缩液

　　态CO到15℃25℃，可急剧减小CO的压缩功。同时，采用热泵提升数据中心余热温度至150

　　℃，可提高电撬动热的效率。储能系统热量均来自于数据中心余热及经热泵提升后的数据

　　[0036]进一步的，所述释能系统包括高压CO储罐14，高压CO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CO储罐23入口相连。通过上述的释能系统能够

　　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CO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

　　通过热泵循环系统进行热泵循环；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

　　通过储热系统用于对热能进行储存；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CO进

　　通过储能系统，将能量通过压缩CO进行系统储能；液态CO通过第十阀门24之后被

　　泵9泵送到第一冷水换热器12进行水冷降温，再送入到高压CO储罐14储存。

　　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。高压CO储罐14

　　内部的高压CO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CO储罐23进行储

　　[0042]进一步的，在储能阶段，液冷数据中心与吸热器6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26中；同时，低压液态CO经CO

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　　[0043]进一步的，在释能阶段，液冷数据中心与换热器17连接，利用高压CO储罐14中的

　　低温CO吸收数据中心余热，吸热后的高压CO进一步流入加热器19中进行升温，最后进入透

　　[0044]进一步的，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

　　[0045]进一步的，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

　　进一步的，对于CO释能过程，数据中心余热先将CO从环境温度升温至60℃，再由

　　进一步的，为了减少CO储罐体积，采用冷却水将CO液化，温度依据环境水温而定，

　　采用15℃25℃，压力范围为5MPa6.4MPa；对于高压超临界CO存储，压力范围为15MPa

　　25MPa，或者采用冷却水将CO降至环境温度附近，以增大CO密度，减少高压CO储罐14体积。

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