大力发展可再生能源是构建新型电力系统的关键路径。然而，包括光伏和风能在内的绿色电力具有固有的间歇性、波动性和随机性，其大规模并网对电力系统安全稳定运行构成重大威胁[1]。储能技术是应对这一挑战的关键解决方案。然而，目前最成熟的抽水蓄能和前景广阔的压缩空气储能受地质条件和水资源的限制，电化学储能则面临突出的安全隐患、有限的循环寿命、退役回收困难以及长时应用经济性不足等问题（锂离子电池成本约为120-180美元/兆瓦时）[2]。现有的少数储能技术难以完全满足高比例可再生能源并网的需求[3]。从中长期来看，中国的燃煤电厂（CFPPs）仍将是消纳可再生能源的压舱石。然而，现有燃煤发电机组通常具有较高最低稳燃出力，一般为额定容量的30%，在低负荷运行时效率降低且环境压力显著[4]。因此，亟需开展灵活性改造以适应高比例可再生能源并网的发展趋势[5]。
蒸汽抽汽储能（SEES）技术在很大程度上实现了锅炉与汽轮机的解耦，提高了燃煤电厂的运行灵活性，近年来受到广泛关注。Xu等人[6]建立了燃煤电厂与熔盐储热耦合系统，通过引入节能装置协同策略，锅炉效率提高了0.60%，削峰深度达到9.51%。Ma等人[7]提出了一种相变熔盐储热（TES）技术，发现储热（TES）和释热（TER）过程中的削峰深度分别为21%和9.67%。Wei等人[8]提出了三种SEES和三种TER方案，发现最优配置的削峰容量为225.46兆瓦时，在无供热情况下系统往返效率为56.31%。Cui等人[9]提出了一种基于再热蒸汽旁通技术的储热方案，发现集成系统的发电负荷可降至额定负荷的16.31%，往返效率为75.38%。SEES技术具有设计灵活度高和系统效率优良等优点[10]，但该技术的削峰范围有限，无法实现锅炉-汽轮机的完全解耦[11]。
卡诺电池（CBs）基于"电-热-电"转换的热力学循环，具有储量大、部署灵活和无地理限制等核心优势[12]。按驱动方式可分为热泵驱动和电阻加热两类[13]。近期，卡诺电池的系统配置、热力学性能和动态特性受到广泛关注[14]。
在可再生能源消纳压力不断加大的背景下，卡诺电池与燃煤电厂的集成具有高的往返效率和深度削峰能力[15]，被认为是燃煤电厂最具前景的灵活性改造技术[16]。朗肯卡诺电池（RCBs）储热温度较低，可集成蒸汽抽汽余热以提高系统往返效率[17]。Zhang等人[18]分析了RCB与CFPP耦合系统的能量转换特性，并评估了其可再生能源消纳能力和CO2减排潜力。Zhu等人[5]提出了热电辅助卡诺电池的概念，以改善RCB较差的放电性能。Xue等人[19]发现，当RCB与300兆瓦CFPP集成时，最大削峰容量可达94.4%。此外，一些研究探索了将电加热器集成到CFPP中的卡诺电池[20]，发现其往返效率低于其他热泵储能技术[21]。
相比之下，布雷顿卡诺电池具有高储热温度和高储能密度[22]，在燃煤电厂的灵活性改造中颇具吸引力[23]。Blanquiceth等人[24]对集成布雷顿循环热泵的卡诺电池与超临界和亚临界蒸汽朗肯循环进行了热力学分析，发现采用超临界蒸汽朗肯循环的配置性能最优。Yong等人[25]设计了一种结合逆布雷顿循环热泵和电加热器的级联储热复合加热技术，当机组负荷在60%-100%范围内时，系统往返效率达到53%-56%。Li等人[26]提出了一种新型超临界二氧化碳逆布雷顿热泵卡诺电池，结果显示设计条件下的COP和往返效率分别为1.32和57.68%。Tian等人[27]提出了一种面向CFPP应用的集成热化学储能的卡诺电池，往返效率和?效率分别达到51.7%和44.6%。Wang等人[28]利用图形法分析了热泵储热热电联产系统的削峰能力，发现该系统将风电弃风率降至4.21%。
此外，一些研究人员研究了将退役燃煤电厂改造为卡诺电池以降低投资成本[29]。例如，Kosman等人[30]设计了三种熔盐储热与汽轮机耦合方案，并分析了各方案的发电效率。Li等人[31]评估了不同工质下卡诺电池的性能，显示氩气表现出最高性能。Cui等人[32]提出了一种集电加热和热泵于一体的卡诺电池系统，开发了给水温度和蒸汽参数调整方法来优化放电配置。结果表明，两种方法分别将热泵集成卡诺电池的往返效率提高了0.09%-0.38%和0.95%-1.02%。
综上所述，现有燃煤电厂与卡诺电池改造的研究主要集中在单一改造技术的工艺创新和性能优化，即独立热泵卡诺电池与燃煤电厂的集成。然而，将传统SEES与热泵卡诺电池相结合的耦合系统尚未得到充分研究。特别是，该耦合系统与独立热泵卡诺电池在综合削峰性能和经济性方面的对比研究仍然缺乏。此外，目前尚缺乏可用于指导工程实践的系统性选择准则。
为弥补上述不足，本研究提出了一种"蒸汽抽汽-热泵"耦合卡诺电池（方案MHP）和独立热泵卡诺电池（方案HP）。为此，建立了非设计工况热力学模型以量化性能差异并阐明内在能量退化机制。此外，引入临界COP概念，建立临界COP与系统性能之间的定量关系，为卡诺电池配置的选择提供依据。随后，设计了两种典型日运行策略以评估节煤和CO2减排效果。最后，对两种方案进行了全生命周期技术经济评估。
