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(lái)了長(zhǎng)時(shí)間尺度下的源荷兩側(cè)供需矛盾問(wèn)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(wèn)題，亟需新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模化發(fā)展，提升新能源消納水平，補(bǔ)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能有望成為新藍(lán)海市場(chǎng)。在國(guó)家層面，2024年國(guó)家能源局1號(hào)公告，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線在新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)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(chǔ)能中標(biāo)公示項(xiàng)目中，4h以上儲(chǔ)能占比已接近40%；山東、內(nèi)蒙古等多地持續(xù)加大長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能政策扶持力度。熱泵儲(chǔ)能技術(shù)以其選址靈活、具備轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐能力、低成本、高安全、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，契合未來(lái)儲(chǔ)能需求導(dǎo)向，將成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的主要部署方式之一。

01 技術(shù)簡(jiǎn)介

熱泵儲(chǔ)能將電能以熱量和冷量的形式儲(chǔ)存，是一種通過(guò)熱泵循環(huán)建立高低溫差、再通過(guò)溫差驅(qū)動(dòng)熱機(jī)循環(huán)發(fā)電的規(guī)模化長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，采用熱力學(xué)閉式循環(huán)。（循環(huán)原理如圖1所示）國(guó)家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中央研究院”）自2018年起，在國(guó)內(nèi)率先布局、開(kāi)發(fā)安全可靠高效的熱泵儲(chǔ)能技術(shù)，該技術(shù)具有不受地理?xiàng)l件限制、儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)（4-24h）、系統(tǒng)效率高（高功率等級(jí)系統(tǒng)電電效率≥65%，系統(tǒng)綜合效率≥95%，20-110%負(fù)荷區(qū)間效率不變）、高品質(zhì)冷熱電聯(lián)供、物理轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐、擴(kuò)容邊際成本低等顯著優(yōu)勢(shì)。

圖1 熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)基本原理圖

02 研發(fā)與示范

中央研究院依托國(guó)家級(jí)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái)，匯聚我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)資源，打造“產(chǎn)學(xué)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(dòng)熱泵儲(chǔ)能持續(xù)降本與技術(shù)示范。中央研究院在熱泵儲(chǔ)能技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(jì)體系，擁有布雷頓熱泵儲(chǔ)能技術(shù)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)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(yàn)

圖4 百千瓦儲(chǔ)換熱一體化系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)

為驗(yàn)證技術(shù)方案、積累設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為高功率熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)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(dòng)了全球首套兆瓦級(jí)熱泵儲(chǔ)能中試系統(tǒng)的建設(shè)工作。該中試系統(tǒng)熔鹽儲(chǔ)熱溫度達(dá)560℃，儲(chǔ)能容量為1 MW/4 MWh，綜合效率達(dá)80%以上。建成后，針對(duì)園區(qū)冷熱電需求，將開(kāi)展熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)各典型工況下全體系測(cè)試驗(yàn)證，有效積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以指導(dǎo)高功率系統(tǒng)優(yōu)化、推動(dòng)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(chǎng)

圖5 兆瓦級(jí)熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)展

03應(yīng)用場(chǎng)景及產(chǎn)業(yè)價(jià)值

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

此外，熱泵儲(chǔ)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(jìn)行耦合，根據(jù)不同地域特點(diǎn)需求進(jìn)行綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電源調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)能力提升、退役機(jī)組延壽改造、機(jī)組供熱能力增強(qiáng)等目的。

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