网讯：
摘 要 “双碳”目标下，包括太阳能和风能在内的可再生能源发电稳步增长。现有技术难以支撑消纳逐年增加的可再生能源亟需大规模储能装置保障电网的稳定运行的现状。热泵储电技术作为新兴储能技术手段，具有高效率、高储能密度、灵活的按需构建优点，相对于正在发展中的几种储能技术，热泵储电技术具有较好的研究价值和应用前景。本文首先介绍了热泵储电系统的工作原理，梳理归纳了当前热泵储电系统的主要分类包括基于布雷顿循环的(三种类型)储电系统以及基于朗肯循环的储电系统，对比总结了两种储电系统的技术特点，并对热泵储电系统核心部件的研究现状进行了综述。综合分析表明，迄今为止热泵储电技术的研究主要集中在储电系统本身的流程设计和热力学优化分析。近年来部分研究人员搭建了实际生产应用的热泵储电示范系统，加快热泵储电技术的产业化进程。热泵储电系统不仅在储电领域应用前景广阔，在余热回收以及冷热电联产领域同样具有一定的应用潜力，构建利用低品位余热及面向生产生活场景下的多能互补系统，能够使热泵储电技术成为能源系统中更高效的电、热、冷调节管理技术手段，有望快速推动我国能源系统向绿色低碳化转型。
关键词 可再生能源；储能技术；热泵储电
为实现习总书记提出的“碳中和”战略目标，我国太阳能、风能以及核能等可再生能源技术发展迅速。截至2022年我国非化石能源消费量在一次能源消费总量中占比为17.5%，预计非化石能源消费到2030年将达到25% 。随着新能源技术快速发展，以风电、光电为代表的可再生能源装机规模和利用率显著提高，可再生能源生产的电力迅速增加加快了我国能源结构向低碳化转型。与此同时可再生能源发电的波动性和间歇性等技术缺陷越发凸显，产生了电力消纳难和外送难等客观问题。若将这些发电技术大规模应用到电网中不仅会对电网的稳定性以及安全性造成显著影响，还会对提升电网中低碳电力占比造成阻碍。因此部署大规模高效快速储能装置以消纳可再生能源电力的必要性日益突出。
目前国内外储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、化学储能及超导储能等方式。化学储能中的氢储能技术是我国目前大力发展的储能技术之一，具有高能量密度、长周期、跨季节储存及运输便利等优势。氢储能作为新兴的储能形式目前技术尚未成熟，在电力系统中的应用存在诸多需要突破的关键技术。
抽水储能和压缩空气储能技术较为成熟。抽水储能是目前全球装机容量最大的成熟储能技术，其占比达到储能容量的94%。2022年全球新增抽水蓄能装机容量为1030万kW，其中我国新增抽水蓄能装机容量高达880万kW，其占比超过了85%。但抽水蓄能系统极度依赖地势条件的缺点较为明显，其建造初投资成本较高。压缩空气储能具有容量大、成本较低、工作周期长、安全系数高、高效率以及经济性能较好的优势。但是大规模的压缩空气储能系统也同样存在需要大量储气洞穴以及对地理条件要求高的问题。
热泵储电技术作为目前新型大规模储电技术引起了国内外学者广泛的关注。热泵储电与压缩空气储能有着相似的系统部件，最大区别在于压缩空气储能以高压气体的形式储存电能，而热泵储电则是将富余电能转换为冷热能的形式储存。将抽水储能、压缩空气储能、氢储能与热泵储电技术对比如表1所示。结果显示热泵储电技术是有较大研究潜力和应用前景的新型储能技术。相比于抽水储能和压缩空气储能技术，热泵储电的优势在于有着更高的能量密度，应用灵活不依赖地理位置建造，可以依靠大型风力发电厂、光伏光热发电厂以及传统热力发电厂等场景建设，因而更具有成本竞争力。目前我国对于热泵储电技术的研究尚处于基础研究和关键技术研发阶段。本文对比分析了热泵储电系统国内外研究现状，并对未来研究进行展望。
表1 热泵储电技术和其他储能技术对比
1 热泵储电技术原理
热泵储电技术是由动力循环技术和热能存储技术结合的一种电能储存技术。利用热泵进行电能储存最早由德国学者Marguerre提出。热泵储电系统由热机循环、热泵循环以及储罐三部分组成，系统原理如图1所示。热泵循环用于储能阶段，用电低谷期或电能富余期通过消耗电能产生热能和冷能，储存于高温和低温储罐中，通过将电能转换为热能的方式储存达到缓解电网压力的目的；热机循环用于释能阶段，系统于电力匮乏期通过热机循环以储罐作为热源，将热能转换为机械能驱动发电机进行发电。通过储能循环与释能循环对电能的储存与释放，实现了更高效地利用可再生能源，达到电力系统削峰填谷的目的，并且实现能源供应的平衡和稳定。
