面向工业脱碳的复合型冷热联供与存储系统：大温差热泵与相变储能的协同优化策略

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Solution-oriented strategies to enhance the deployment of industrial high temperature heat pump

本文针对工业领域大温差（ΔT≥100°C）同步供冷供热需求，提出了一种集成级联热泵（HP）与相变储热（LTS）/冰蓄冷（CHCS）的复合系统。研究通过系列-并联配置开发了四种运行模式，实验验证其最高整体能源利用系数（COEU）达3.15，其中DEC模式可维持相变过程同步冷热负荷，DES模式通过热泵辅助供热使供热时长延长32.0–42.0%、供冷时长延长22.8–56.2%。该系统为工业脱碳提供了可扩展的同步冷热生产与存储新范式。

　　

Highlight

文献综述

本节通过回顾热泵-热能存储（HP-TES）系统集成方法（源端、供应端及双侧集成）与配置（串联、并联、混合式）的研究进展，为本研究奠定基础。所选文献重点关注同步冷热供应相关的系统集成策略。

系统描述

复合型冷热存储系统（CHCS）的设计旨在实现工业级大温差（ΔT≥100°C）同步供冷供热。该系统由级联热泵（HP）、潜热存储单元、潜冷存储单元、管道电加热器及空气冷却器构成。系统示意图及组装原型分别见图1与图2。

级联热泵包含...

运行循环与热泵能源利用系数（COEU_HP）

基准运行序列包括三个阶段：阶段I（存储单元充能）、阶段II（热能存储）和阶段III（存储单元释能）。图6展示了存储单元中部温度及传热流体（HTF）进出口温度的演变过程。

在最大热输出功率的CHG_1运行期间，进口传热流体与PCM 90中部之间的平均温差为4.39°C。类似地，潜冷...

结论

工业领域对大温差（ΔT≥100°C）同步供冷供热日益增长的需求对能源高效系统设计提出了关键挑战。本研究开发并实验验证了一种具有双温输出的复合型冷热存储（CHCS）系统，该系统将90°C潜热存储单元（PCM 90）和0°C冰存储单元与级联热泵集成。系统的串并联配置支持四种运行模式——两种...