隨著新能源滲透率的不斷提升，火電、水電、抽蓄等調(diào)節(jié)資源容量占比下降，一方面帶來了長時間尺度下的源荷兩側(cè)供需矛盾問題，另一方面存在頻率失衡、電壓失穩(wěn)、慣量失缺的供電安全問題，亟需新型長時儲能技術(shù)規(guī)模化發(fā)展，提升新能源消納水平，補齊電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力缺口。根據(jù)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建需求，長時儲能有望成為新藍海市場。在國家層面，2024年國家能源局1號公告，長時儲能技術(shù)路線在新型儲能試點示范項目中的占比已接近50%。在地方層面，2024年上半年源網(wǎng)側(cè)儲能中標公示項目中，4h以上儲能占比已接近40%；山東、內(nèi)蒙古等多地持續(xù)加大長時儲能政策扶持力度。熱泵儲能技術(shù)以其選址靈活、具備轉(zhuǎn)動慣量支撐能力、低成本、高安全、長壽命等優(yōu)勢，契合未來儲能需求導(dǎo)向，將成為長時儲能技術(shù)的主要部署方式之一。

01 技術(shù)簡介

熱泵儲能將電能以熱量和冷量的形式儲存，是一種通過熱泵循環(huán)建立高低溫差、再通過溫差驅(qū)動熱機循環(huán)發(fā)電的規(guī)模化長時儲能技術(shù)，采用熱力學閉式循環(huán)。（循環(huán)原理如圖1所示）國家電投集團科學技術(shù)研究院有限公司（以下簡稱“中央研究院”）自2018年起，在國內(nèi)率先布局、開發(fā)安全可靠高效的熱泵儲能技術(shù)，該技術(shù)具有不受地理條件限制、儲能時間長（4-24h）、系統(tǒng)效率高（高功率等級系統(tǒng)電電效率≥65%，系統(tǒng)綜合效率≥95%，20-110%負荷區(qū)間效率不變）、高品質(zhì)冷熱電聯(lián)供、物理轉(zhuǎn)動慣量支撐、擴容邊際成本低等顯著優(yōu)勢。

圖1 熱泵儲能系統(tǒng)基本原理圖

02 研發(fā)與示范

中央研究院依托國家級儲能技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)平臺，匯聚我國新型儲能技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢資源，打造“產(chǎn)學研用”深度融合創(chuàng)新體系，整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈，加快推動熱泵儲能持續(xù)降本與技術(shù)示范。中央研究院在熱泵儲能技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備攻關(guān)和示范建設(shè)等方面已建立完善的研發(fā)和設(shè)計體系，擁有布雷頓熱泵儲能技術(shù)完全自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了該技術(shù)全生命周期穩(wěn)步孵化。

圖2 設(shè)備仿真分析

圖3 設(shè)備研制與試驗

圖4 百千瓦儲換熱一體化系統(tǒng)試驗平臺

為驗證技術(shù)方案、積累設(shè)計和運行經(jīng)驗，為高功率熱泵儲能系統(tǒng)工程設(shè)計優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，中央研究院于2023年在云南省陸良縣正式啟動了全球首套兆瓦級熱泵儲能中試系統(tǒng)的建設(shè)工作。該中試系統(tǒng)熔鹽儲熱溫度達560℃，儲能容量為1 MW/4 MWh，綜合效率達80%以上。建成后，針對園區(qū)冷熱電需求，將開展熱泵儲能系統(tǒng)各典型工況下全體系測試驗證，有效積累運行經(jīng)驗，以指導(dǎo)高功率系統(tǒng)優(yōu)化、推動技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范推廣。

（a）核心設(shè)備就位

（b）廠房搭建施工現(xiàn)場

圖5 兆瓦級熱泵儲能系統(tǒng)現(xiàn)場施工進展

03應(yīng)用場景及產(chǎn)業(yè)價值

“雙高”背景下，熱泵儲能系統(tǒng)可作為靈活性調(diào)峰資源參與支撐源網(wǎng)荷儲一體化能源體系建設(shè)，具有較為廣泛的應(yīng)用場景。

此外，熱泵儲能系統(tǒng)可與火電、核電、光熱及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)進行耦合，根據(jù)不同地域特點需求進行綜合性系統(tǒng)設(shè)計，進而實現(xiàn)電源調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)能力提升、退役機組延壽改造、機組供熱能力增強等目的。

熱泵儲能技術(shù)高度契合我國當前的能源發(fā)展形勢，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等方面能夠發(fā)揮重要作用，是未來規(guī)模化長時儲能的中堅力量，具有廣闊的發(fā)展前景。后續(xù)，中央研究院將堅持科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動，在熱泵儲能領(lǐng)域持續(xù)投入科研力量，助力推動“源網(wǎng)荷儲一體化”建設(shè)以及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。