熱泵儲電是一種新型的大規(guī)模物理儲電技術(shù)，具有成本低、儲能密度高和不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。熱泵儲電系統(tǒng)通常由壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、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)通過逆向布雷頓循環(huán)（熱泵循環(huán)）將熱能從儲冷器內(nèi)部“抽出”至儲熱器，并存儲冷能與熱能；當(dāng)需要電能的時(shí)候，通過正向布雷頓循環(huán)（動力循環(huán)）將存儲的熱能和冷能轉(zhuǎn)化為電能。

近年來該技術(shù)受到歐美的重點(diǎn)關(guān)注和支持，被歐洲儲能協(xié)會（EASE）和美國儲能協(xié)會（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，通過熱力學(xué)建模方法全面分析了循環(huán)工質(zhì)物性和系統(tǒng)壓比等參數(shù)對熱泵儲電系統(tǒng)性能的影響，相關(guān)成果已發(fā)表在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》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(tǒng)中的填充床儲熱儲冷設(shè)備的質(zhì)量流不均衡的現(xiàn)象，通過理論分析提出了斜溫層推移和質(zhì)量平衡數(shù)學(xué)模型，并通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)而提出了質(zhì)量流量不平衡度修正的系統(tǒng)效率表達(dá)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(tǒng)。結(jié)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(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(jié)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，通過耦合求解動力學(xué)、熱力學(xué)和傳儲熱過程，開展了基于有限熱力學(xué)方法的熱泵儲電系統(tǒng)連續(xù)循環(huán)非穩(wěn)態(tài)分析。研究了10MW/40MWh熱泵儲電系統(tǒng)的連續(xù)循環(huán)過程非穩(wěn)態(tài)特性，全面分析了系統(tǒng)壓比、壓縮/膨脹機(jī)效率、儲能介質(zhì)尺度、儲能裝備結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行控制等因素對熱泵儲電系統(tǒng)的影響，并揭示其內(nèi)在關(guān)聯(lián)影響機(jī)制。研究結(jié)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)明專利5項(xiàng)和實(shí)用新型專利5項(xiàng)，受到中科院青促會項(xiàng)目和所長基金（基金評優(yōu)獎勵）項(xiàng)目等的支持。