[0001] 本发明属于压缩储能技术领域，具体涉及一种基于耦合制冷的水力压缩储能系统及运行方法。

[0002] 目前，现有的制冷系统余热利用技术主要利用热回收技术，将制冷系统排出的热量有效地利用起来，为用户提供生活热水，达到节约能源的目的。由于制冷系统余热的温度低，现有余热利用技术只能获得低品位热水，无法将排出的余热充分的高效利用。

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0036] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

[0037] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0038] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0039] 此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0040] 在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0041] 目前，现有的制冷系统余热利用技术主要利用热回收技术，将制冷系统排出的热量有效地利用起来，为用户提供生活热水，达到节约能源的目的。由于制冷系统余热的温度低，现有余热利用技术只能获得低品位热水，无法将排出的余热充分的高效利用。

[0042] 发明人为了解决上述现有的压缩空气储能技术无法对数据中心产生的这些低温余热进行有效的利用，造成了资源浪费的技术缺陷，提供了一种基于耦合制冷的水力压缩储能系统及运行方法。

[0043] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0044] 第一方面，本发明实施例提供了一种基于耦合制冷的水力压缩储能系统，该系统包括电动机1，电动机1的驱动端连接有压缩机2，压缩机2分别与冷凝器3和蒸发器9连接；冷凝器3与储气罐4连接，储气罐4内的工质为二氟甲烷，储气罐4通过管路与蓄水池7连接，在管路上设有驱动装置。如图1所示，回收冷凝器3放出的热量，冷凝器3的放热温度为40℃左右，经蓄水池7内的循环水换热后，输送至储气罐4中的水流的温度可达30～35℃；在系统启动之前，先对储气罐4的作业参数进行预设，将储气罐4内初始二氟甲烷的蒸汽压力预设为1.4～1.6MPa，储气罐4的最高运行压力预设为2.4～2.6MPa，单位体积储气罐4工质的理论做功能力为1.9～2.1MJ。在用电低谷期间，利用新能源弃电驱动驱动装置将蓄水池7内的水工质输送入储气罐4中，对储气罐4中的汽态二氟甲烷进行压缩；当储气罐4中水工质的体积达到90％左右时，停止对汽态二氟甲烷进行压缩，此时，80％左右的汽态二氟甲烷转化为液态，储气罐4完成储能过程。在用电高峰期，通过启动冷凝器3内的循环水，利用冷凝器3中循环水的加热储气罐4中的液相二氟甲烷，使的储气罐4中的液相二氟甲烷汽化，利用汽化后的二氟甲烷推动水工质并经驱动装置进行发电，储气罐4完成释能过程。电动机1驱动压缩机2工作，将气体压缩并存储在储气罐4中，这一过程实现了电能的存储，当需要释放能量时，通过驱动装置控制储气罐4中的气体进入蓄水池7，驱动水进行循环，进而带动其他设备工作，实现能量的高效转化与利用，本方法将制冷系统产生的余热进行辅助发电，解决了现有制冷系统余热利用不充分的问题，降低了制冷系统余热的损失。

[0045] 本实施例中，储气罐4上设有压力传感器，一方面，利用压力传感器能够实时监测储气罐4内的压力变化，确保系统运行在安全压力范围内，一旦压力超过或低于预设的安全阈值，系统可以立即采取相应措施；另一方面，通过实时监测储气罐4内的压力变化，系统可以更加精确地控制压缩机2的运行状态，以维持储气罐4内的压力在最佳工作范围内，有助于优化系统的能量存储效率和制冷性能。

[0046] 本实施例中，冷凝器3与蒸发器9连接，且冷凝器3与蒸发器9之间设有节流阀8。冷凝器3与蒸发器9连接，不仅有助于维持系统内部压力和温度的平衡，还可以优化制冷剂流量、提高制冷效率、防止蒸发器9面积利用不足和敲缸现象，以及增强系统的可靠性和稳定性。同时，它还有助于提高能源利用效率，降低能耗和运行成本。

[0047] 本实施例中，压缩机2与驱动装置同轴布置，同轴布置减少了能量传递过程中的不稳定性因素，使得系统运行的更加稳定，有助于提高设备的运行效率和可靠性，减少故障发生的可能性。

[0048] 本实施例中，在一种实施方式中，驱动装置包括发电机5和水轮机6，发电机5的驱动端与水轮机6连接。水轮机6能够高效地利用水流的动力转化为机械能，而发电机5则能将这种机械能进一步转化为电能，这种直接的能量转换方式避免了能量在多次转换过程中的损失，从而提高了整体系统的能量转换效率；其次，通过水轮机6带动发电机5发电，在将余热充分利用的同时，减少了对外部电网的依赖，提高系统的独立性和稳定性。在另一种方式中，驱动装置还包括伺服电动机5和给水泵6。

[0049] 本实施例中，发电机5的驱动端上设有变速器，变速器可以确保发电机5在最佳效率点运行，从而提高整个系统的能源转换效率，有助于减少能源浪费，提高系统的经济性。

[0050] 该系统通对的水流进行压缩，使储气罐4中的汽相二氟甲烷压缩为液相，单位体积工质的储能密度显著增加，降低了储气罐4的投资成本。此外，储气罐4中的液相二氟甲烷在汽化过程中需要外部低温热源，通过使用制冷系统中的冷凝器3的热量，可以将制冷系统的热量转化为发电机5的电量，实现制冷系统余热的高效利用。

[0051] 另外，通过将蓄水池7内的水流送至储气罐4中，使储气罐4中的汽相二氟甲烷压缩为液相，单位体积工质的储能密度显著增加，降低了储气罐4的体积，降低了运行压力的变化。最后，通过将储气罐4与制冷系统中的冷凝器3的循环水侧连接，可以将制冷系统的冷凝器3的热量转移至储气罐4，降低制冷系统的余热损失。

[0052] 第二方面，本发明实施例提供了一种基于耦合制冷的水力压缩储能系统运行方法，所述方法是采用如上所述的系统进行的，如图2所示，包括：

[0053] S101、预先向储气罐内充入汽态二氟甲烷工质，并控制所述储气罐的压力达到预设值；示例性地，在系统启动之前，在使用前预先向储气罐4内充入汽态的二氟甲烷，并控制储气罐4的压力达到预设值，该预设值为1.4～1.6MPa，通过预先充入二氟甲烷工质并控制储气罐4压力，为后续的充能和释能过程提供了稳定的初始条件，确保了系统运行的可靠性和效率。

[0054] S102、在充能时，利用驱动装置将蓄水池内的水工质输送至充入二氟甲烷工质后的所述储气罐中，以使所述汽态二氟甲烷工质转化为液态；示例性地，在充能过程中，启动发电机5，利用发电机5带动给水轮机6将蓄水池7的水工质输送至储气罐4中，实现了能量的转换与利用，进而完成水工质的输送，提高了能源的利用效率。将蓄水池7的水工质输送至储气罐4中，对储气罐4中初始的液态二氟甲烷进行压缩，并根据储气罐4上安装的压力传感器来监测储气罐4内的作业压力，通过水工质的输送和压缩作用，液态二氟甲烷被有效地压缩，从而提高了单位体积内的能量密度，有助于更有效地储存能源，减少储存空间的需求；而通过压力传感器实时监测储气罐4内的作业压力，确保充能过程在安全压力范围内进行，避免了因过压可能导致的储气罐4破裂或其他安全事故，保障了设备和操作人员的安全。另外，实时监测的压力数据可以指导充能过程的控制，确保液态二氟甲烷在最佳的压力范围内被压缩，有助于优化充能效果，提高能源储存的效率和稳定性。当储气罐4内的作业压力达到2.4～2.6MPa时，将发电机5停止，此时储气罐4内的水工质体积达到90％左右，从而将储气罐4内80％左右的汽态二氟甲烷转化为液态。

[0055] S103、在释能时，将冷凝器的热量传输至储气罐中，以使储气罐内的液态二氟甲烷汽化膨胀，推动储气罐内的水流带动驱动装置进行发电。示例性地，在释能过程中，启动冷凝器3，将冷凝器3内的循环水输送至储气罐4，利用循环水将冷凝器3的热量传递给储气罐4，使储气罐4内的二氟甲烷工质由液态向汽态转变，当储气罐4内的二氟甲烷工质转化为汽态时，汽态的二氟甲烷将储气罐4内的水工质进行推动，并使水工质经过水轮机6进而带动发电机5进行发电；储气罐4中的液态二氟甲烷在释能过程中转化为汽态，释放出储存的能量，这一能量转换过程通过冷凝器3和水轮机6的协同工作，有效地将热能转化为机械能，进而转化为电能，实现了能源的高效利用，整个过程通过冷凝器3、水轮机6和发电机5的自动控制和协同工作实现，操作简便且自动化程度高，降低了对操作人员的技能要求，提高了工作效率。其次，通过控制冷凝器3的循环水流量，以及控制储气罐4的液态工质的汽化速率，进而能控制发电机5的发电功率，能够确保发电机5输出的电力与需求相匹配，提高能源利用效率和系统运行的稳定性。并且，通过控制发电功率，可以避免因发电机5过载运行而引发的安全事故，确保系统安全稳定运行。当储气罐4的压力降低至1.4～1.6MPa时，关闭冷凝器3的循环水，储气罐4完成释能过程。当压力降至1.4～1.6MPa时，关闭冷凝器3的循环水，可以避免储气罐4因过低的压力而引发的不稳定或安全问题，确保了整个系统的安全运行；
另外，在压力降低至1.4～1.6MPa时关闭循环水，表示储气罐4中的二氟甲烷工质已经充分汽化并释放了大部分能量，此时关闭循环水，可以避免不必要的能量浪费，优化能源利用；
关闭循环水后，储气罐4进入稳定状态，便于进行后续的操作，提高系统的经济效益和降低运行成本具有重要意义。

[0056] 综上所述，电动机1驱动压缩机2工作，将气体压缩并存储在储气罐4中，这一过程实现了电能的存储。当需要释放能量时，通过驱动装置控制储气罐4中的气体进入蓄水池7，驱动水进行循环，进而带动其他设备工作，实现能量的高效转化与利用，本方法将制冷系统产生的余热进行辅助发电，解决了现有制冷系统余热利用不充分的问题，降低了制冷系统余热的损失，实现了能源的二次利用，减少了对传统能源的依赖，从而降低制冷系统的整体能耗，节能减排、降低运行成本，并且有助于减少温室气体排放和环境污染，符合环保和可持续发展的要求。值得注意的是，本运行方法可以根据实际需求调整能量存储和释放的速率，具有较高的灵活性，同时，也可以根据需要进行扩展和升级，以满足更大规模的能源需求。

[0057] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。