中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)與液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，均需要蓄冷裝置存儲(chǔ)低溫冷能。由于蓄冷工質(zhì)在低溫下的比熱容通常較小，因此其在總存儲(chǔ)體積中占比較大，增加了儲(chǔ)罐成本，降低了系統(tǒng)儲(chǔ)能密度。
在儲(chǔ)能時(shí)，熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)消耗電能產(chǎn)生熱能與冷能并將其存儲(chǔ)，而液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)需要吸收冷能冷卻高壓空氣。
釋能時(shí)，熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)消耗熱能與冷能發(fā)電，而液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可以從液態(tài)空氣的氣化中實(shí)現(xiàn)冷能再生。
因此兩系統(tǒng)在儲(chǔ)釋能階段對(duì)冷能的供應(yīng)與需求是同步且互補(bǔ)的。另外布雷頓式熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)中冷端溫度可達(dá)100K左右，能有效地對(duì)液態(tài)空氣系統(tǒng)預(yù)冷，提升空氣液化率。因此兩系統(tǒng)在冷能上存在“時(shí)空互補(bǔ)、溫度對(duì)應(yīng)”特性。
利用上述特性，來自中科院工熱所的研究人員提出了新型熱泵液態(tài)空氣儲(chǔ)能(PTLAES)系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖所示。
▲基線熱泵液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖
在儲(chǔ)能過程中，空氣被壓縮至高溫高壓，將熱能存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱罐中，并吸收熱泵儲(chǔ)電子系統(tǒng)產(chǎn)生的冷能，進(jìn)而膨脹，部分液化。其中飽和空氣節(jié)流進(jìn)一步降溫，通過換熱器回收其冷能。
而熱泵儲(chǔ)電子系統(tǒng)中膨脹機(jī)出口工質(zhì)的冷能被高壓空氣吸收，進(jìn)一步壓縮至高溫高壓，將熱能存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱罐中，并膨脹回收壓力能，完成循環(huán)。整個(gè)系統(tǒng)消耗電能，轉(zhuǎn)換為高溫?zé)崮芘c液態(tài)空氣合并儲(chǔ)存。
在釋能過程中，熱力循環(huán)反向運(yùn)行，利用存儲(chǔ)的液態(tài)空氣與高溫?zé)崮馨l(fā)電。通過多股流換熱器將兩系統(tǒng)耦合，消除了兩者原有的蓄冷裝置。對(duì)基線PTLAES系統(tǒng)、預(yù)冷PTLAES系統(tǒng)與多級(jí)PTLAES系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)建模分析。結(jié)果表明：
（1）高儲(chǔ)能壓力下PTLAES系統(tǒng)效率較高，優(yōu)化釋能壓力可使效率達(dá)到58.7%。
（2）通過將熱泵儲(chǔ)電子系統(tǒng)預(yù)冷至-130℃，可使預(yù)冷PTLAES系統(tǒng)的效率達(dá)到63.8%。
（3）液態(tài)空氣子系統(tǒng)兩級(jí)壓縮+熱泵儲(chǔ)電子系統(tǒng)單級(jí)壓縮的多級(jí)PTLAES系統(tǒng)比其他多級(jí)PTLAES系統(tǒng)效率更高，可達(dá)59.1%。
（4）采用玄武巖作為儲(chǔ)熱材料，系統(tǒng)儲(chǔ)能密度達(dá)到107.6 kWh/m3，是液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的1.3-2倍，是布雷頓式熱泵儲(chǔ)電系統(tǒng)的2-5倍。
