一种集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统及其协同控制方法与流程

本发明涉及算力余热利用，具体涉及一种集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统及其协同控制方法。

背景技术：

1、算力服务器在处于高密度运行状态时会产生大量废热。目前，针对该部分废热虽有利用其进行余热发电的余热发电系统，但现有的余热发电系统通常仅依靠算力服务器自身产生的热量作为唯一热源。由于算力服务器的负荷波动剧烈，其产生的热量具有不稳定性，这直接导致余热发电系统效率波动大，难以实现持续且稳定的电能输出。此外，目前算力服务器热量直接供应给余热发电系统，通常需要分别为算力服务器、余热发电系统独立配置散热装置，这导致系统整体的空间占用大、设备较多成本较高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统及其协同控制方法，能够提高余热总量和品位用于稳定发电，同时避免为发电子系统额外设置独立冷却装置所带来的空间占用。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统，包括算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统、换热制冷子系统；

4、算力服务器子系统用于提供算力服务，储能子系统用于为算力服务器子系统供电，发电子系统用于为算力服务器子系统、储能子系统供电，换热制冷子系统用于将算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统产生的热量供给于发电子系统，同时为算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统散热制冷。

5、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

6、通过上述设置，既能将算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统产生的热量汇总用于稳定发电，又能省去为发电子系统单独提供散热制冷设备，节省空间占用和成本，也就是让制热和散热在系统内形成有益循环。

7、具体地，相比于仅算力服务器子系统产生的热量通过换热制冷子系统供给于发电子系统而言，本发明中算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统产生的热量汇总，通过换热制冷子系统将汇总的热量供给于发电子系统，首先确保稳定发电，其次，提高余热总量和品位，充分利用系统自身产生的热量，用于发电和储能，减少市电使用，降低成本；

8、本发明中，提到的提高余热总量和品位，是说，最初始收集的热量总量增加，以及最初始的热量温度增加，热量温度增加使得能用于发电的热量多，品质更高（品位高，也就是余热温度高），从而提升了发电子系统的热电转换效率。

9、而且相比于为发电子系统单独设立散热制冷设备而言，本发明通过换热制冷子系统同时为算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统散热制冷，既能让热量集中汇总，又能同时为算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统散热制冷，无需为发电子系统额外设置散热制冷设备，避免了额外设置独立冷却装置所带来的空间占用与成本。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，还包括第二介质，换热制冷子系统包括第一板式换热器、第二板式换热器和散热设备，第一板式换热器、第二板式换热器、散热设备、第一板式换热器依次连接形成第一回路，第二介质流经第一回路，第一板式换热器用于将算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统产生的热量传递至第二板式换热器，第二板式换热器用于将热量进一步转移至发电子系统，散热设备用于对流出第二板式换热器的第二介质进行散热冷却，散热冷却后的第二介质通过第一回路流回第一板式换热器。

12、采用上述进一步方案的有益效果：第二介质经过第二板式换热器完成了第一次散热制冷，再经过散热设备完成了第二次散热制冷，相比于为发电子系统和算力服务器子系统分别设置换热制冷子系统而言，本发明通过上述设置，既能够增加余热总量和品位，还能够让第二介质在进入散热设备之前就完成一次散热制冷，从而能够降低散热设备的运行负荷，提升整体换热效率。

13、进一步，算力服务器子系统包括多个用于为液冷服务器散热制冷的冷板，储能子系统包括多个用于为电池包散热制冷的水冷恒温盘管，换热制冷子系统还包括第一主管道、第二主管道、第一循环泵；

14、多个冷板并联，多个水冷恒温盘管并联，多个并联后的冷板出口、多个并联后的水冷恒温盘管出口、发电子系统散热出口并联，再共同汇总接入第一主管道；

15、第一主管道、第一循环泵、第一板式换热器的一次侧进口依次连接，多个并联后的冷板进口、多个并联后的水冷恒温盘管进口、发电子系统散热进口并联，再共同汇总接入第二主管道，第二主管道与第一板式换热器的一次侧出口连接。

16、进一步，发电子系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、工质泵，发电子系统内流通有用于做功发电的第四介质，蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵、蒸发器依次连接形成第二回路，膨胀机与发电机连接，蒸发器用于将换热制冷子系统传递的热量转移给第四介质，并让第四介质汽化，膨胀机用于通过汽化后的第四介质做功带动发电机发电，冷凝器用于通过换热制冷子系统对第四介质散热。

17、进一步，还包括稳压电力转换单元、储能高压直流母线，稳压电力转换单元用于将发电子系统输出的电能进行整流及稳压后馈入母线，稳压电力转换单元分别与发电机和储能高压直流母线连接，储能子系统和算力服务器子系统均与所述储能高压直流母线双向电耦合。

18、采用上述进一步方案的有益效果：由于算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统共用同一换热制冷回路，且发电子系统输出的电能经稳压电力转换单元升压后直接馈入储能高压直流母线，储能子系统与算力服务器子系统均与该母线双向电耦合，系统电力链路全程为直流传输，无需交流/直流转换，减少了电能转换损耗，提升了系统综合能效。

19、进一步，还包括采暖子系统，换热制冷子系统用于将算力服务器子系统、储能子系统、发电子系统产生的热量供给于采暖子系统。

20、采用上述进一步方案的有益效果：通过设置采暖子系统，形成余热梯级利用，从而充分利用余热，确保低品位余热能够被充分利用。

21、进一步，采暖子系统包括第三板式换热器、第三循环泵、散热器，第三板式换热器、第三循环泵、散热器、第三板式换热器依次连接形成第三回路，第三板式换热器用于传递换热制冷子系统转移的热量，散热器用于向外部环境释放热量实现采暖。

22、第二方面，本发明提供了一种集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统的协同控制方法，应用于上文所述的集成储能与余热发电的一体化液冷算力集装箱系统，包括以下内容：

23、s1：实时采集换热制冷子系统收集的热量温度、储能子系统电池电量、市电电价数据；

24、s2：当换热制冷子系统收集的热量温度大于第一预设阈值时，判定为高余热工况，算力服务器子系统通过换热制冷子系统为发电子系统供热，当换热制冷子系统收集的热量温度小于第二预设阈值时，判定为低余热工况，算力服务器子系统通过换热制冷子系统为采暖子系统供热，发电子系统停机；

25、s3：当储能子系统电池电量低于充电阈值下限时，发电子系统经稳压电力转换单元优先对储能子系统充电，当储能子系统电池电量达到或超过充电阈值上限时，切断发电子系统对储能子系统的充电回路，发电子系统直接为算力服务器子系统供电；

26、s4：当电价处于高峰时段或平段时，切断市电输入，通过储能子系统和发电子系统为算力服务器子系统供电，当电价处于低峰时段时，若为高余热工况，通过市电和发电子系统分别为储能子系统供电，同时市电为算力服务器子系统供电；若为低余热工况，发电子系统维持停机，通过市电为储能子系统充电并为算力服务器子系统供电。