熱泵儲電是一種新型的大規模物理儲電技術(shù),具有成本低、儲能密度高和不受地理條件限制等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的研究?jì)r(jià)值和應用前景。熱泵儲電系統通常由壓縮機、膨脹機、儲熱器和儲冷器組成,如圖1所示。其工作原理為,在儲能時(shí)通過(guò)逆向布雷頓循環(huán)(熱泵循環(huán))將熱能從儲冷器內部“抽出”至儲熱器,并存儲冷能與熱能;當需要電能的時(shí)候,通過(guò)正向布雷頓循環(huán)(動(dòng)力循環(huán))將存儲的熱能和冷能轉化為電能。
近年來(lái)該技術(shù)受到歐美的重點(diǎn)關(guān)注和支持,被歐洲儲能協(xié)會(huì )(EASE)和美國儲能協(xié)會(huì )(ESA)列為重要儲能技術(shù)之一。中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心自2015年起開(kāi)始對基于正/逆布雷頓循環(huán)的熱泵儲電技術(shù)進(jìn)行研究與探索,通過(guò)熱力學(xué)建模方法全面分析了循環(huán)工質(zhì)物性和系統壓比等參數對熱泵儲電系統性能的影響,相關(guān)成果已發(fā)表在《中國電機工程學(xué)報》等期刊上。
近期,工程熱物理所儲能研發(fā)中心在熱泵儲電技術(shù)研究方面取得了新進(jìn)展。首先,研究揭示了熱泵儲電系統中的填充床儲熱儲冷設備的質(zhì)量流不均衡的現象,通過(guò)理論分析提出了斜溫層推移和質(zhì)量平衡數學(xué)模型,并通過(guò)了實(shí)驗驗證,進(jìn)而提出了質(zhì)量流量不平衡度修正的系統效率表達式。提出了基于二元直徑混合填充床的質(zhì)量流量自平衡型熱泵儲電系統。結果表明,通過(guò)提高儲熱材料的熱容和降低孔隙率,可以有效解決質(zhì)量流量的不平衡,從而獲得更高的充放效率和儲能密度。研究結果發(fā)表在能源領(lǐng)域期刊Energy Conversion and Management上(Wang Liang et al.Energy Conversion and Management, 2019, 185: 593-602)。另一方面,通過(guò)耦合求解動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和傳儲熱過(guò)程,開(kāi)展了基于有限熱力學(xué)方法的熱泵儲電系統連續循環(huán)非穩態(tài)分析。研究了10MW/40MWh熱泵儲電系統的連續循環(huán)過(guò)程非穩態(tài)特性,全面分析了系統壓比、壓縮/膨脹機效率、儲能介質(zhì)尺度、儲能裝備結構以及運行控制等因素對熱泵儲電系統的影響,并揭示其內在關(guān)聯(lián)影響機制。研究結果發(fā)表在能源領(lǐng)域期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews上(Wang Liang et al.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 111: 523-534)。
相關(guān)成果已申請中國發(fā)明專(zhuān)利5項和實(shí)用新型專(zhuān)利5項,受到中科院青促會(huì )項目和所長(cháng)基金(基金評優(yōu)獎勵)項目等的支持。