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【科技前沿】熱泵儲電技術研究取得新進展
作者:中國科學院工程熱物理研究所 時間:2019-9-19 11:00:00 

熱泵儲電是一種新型的大規模物理儲電技術,具有成本低、儲能密度高和不受地理條件限制等優點,具有廣闊的研究價值和應用前景。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,在儲能時通過逆向布雷頓循環(熱泵循環)將熱能從儲冷器內部抽出至儲熱器,并存儲冷能與熱能;當需要電能的時候,通過正向布雷頓循環(動力循環)將存儲的熱能和冷能轉化為電能。

近年來該技術受到歐美的重點關注和支持,被歐洲儲能協會(EASE)和美國儲能協會(ESA)列為重要儲能技術之一。中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心自2015年起開始對基于正/逆布雷頓循環的熱泵儲電技術進行研究與探索,通過熱力學建模方法全面分析了循環工質物性和系統壓比等參數對熱泵儲電系統性能的影響,相關成果已發表在《中國電機工程學報》等期刊上。

近期,工程熱物理所儲能研發中心在熱泵儲電技術研究方面取得了新進展。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量流不均衡的現象,通過理論分析提出了斜溫層推移和質量平衡數學模型,并通過了實驗驗證,進而提出了質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量流量自平衡型熱泵儲電系統。結果表明,通過提高儲熱材料的熱容和降低孔隙率,可以有效解決質量流量的不平衡,從而獲得更高的充放效率和儲能密度。

研究結果發表在能源領域期刊Energy Conversion and Management(Wang Liang et al. Energy Conversion and Management, 2019, 185: 593-602)。另一方面,通過耦合求解動力學、熱力學和傳儲熱過程,開展了基于有限熱力學方法的熱泵儲電系統連續循環非穩態分析。研究了10MW/40MWh熱泵儲電系統的連續循環過程非穩態特性,全面分析了系統壓比、壓縮/膨脹機效率、儲能介質尺度、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,并揭示其內在關聯影響機制。研究結果發表在能源領域期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews(Wang Liang et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 111: 523-534)

相關成果已申請中國發明專利5項和實用新型專利5項,受到中科院青促會項目和所長基金(基金評優獎勵)項目等的支持。

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1 熱泵儲電系統原理圖

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2 填充床斜溫層推移示意圖

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3 熱泵儲電系統與主要影響因素

信息來源:中國科學院工程熱物理研究所

 

來源:中國科學院工程熱物理研究所
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