新科技 | 热泵储能技术-长时储能创新解决方案

随着新能源渗透率的不断提升，火电、水电、抽蓄等调节资源容量占比下降，一方面带来了长时间尺度下的源荷两侧供需矛盾问题，另一方面存在频率失衡、电压失稳、惯量失缺的供电安全问题，亟需新型长时储能技术规模化发展，提升新能源消纳水平，补齐电网调节能力缺口。根据新型电力系统构建需求，长时储能有望成为新蓝海市场。在国家层面，2024年国家能源局1号公告，长时储能技术路线在新型储能试点示范项目中的占比已接近50%。在地方层面，2024年上半年源网侧储能中标公示项目中，4h以上储能占比已接近40%；山东、内蒙古等多地持续加大长时储能政策扶持力度。热泵储能技术以其选址灵活、具备转动惯量支撑能力、低成本、高安全、长寿命等优势，契合未来储能需求导向，将成为长时储能技术的主要部署方式之一。

01 技术简介

热泵储能将电能以热量和冷量的形式储存，是一种通过热泵循环建立高低温差、再通过温差驱动热机循环发电的规模化长时储能技术，采用热力学闭式循环。（循环原理如图1所示）国家电投集团科学技术研究院有限公司（以下简称“中央研究院”）自2018年起，在国内率先布局、开发安全可靠高效的热泵储能技术，该技术具有不受地理条件限制、储能时间长（4-24h）、系统效率高（高功率等级系统电电效率≥65%，系统综合效率≥95%，20-110%负荷区间效率不变）、高品质冷热电联供、物理转动惯量支撑、扩容边际成本低等显著优势。

图1 热泵储能系统基本原理图

02 研发与示范

中央研究院依托国家级储能技术创新研发平台，汇聚我国新型储能技术领域优势资源，打造“产学研用”深度融合创新体系，整合上下游产业链，加快推动热泵储能持续降本与技术示范。中央研究院在热泵储能技术的系统设计、设备攻关和示范建设等方面已建立完善的研发和设计体系，拥有布雷顿热泵储能技术完全自主知识产权，实现了该技术全生命周期稳步孵化。

图2 设备仿真分析

图3 设备研制与试验

图4 百千瓦储换热一体化系统试验平台

为验证技术方案、积累设计和运行经验，为高功率热泵储能系统工程设计优化提供数据支撑，中央研究院于2023年在云南省陆良县正式启动了全球首套兆瓦级热泵储能中试系统的建设工作。该中试系统熔盐储热温度达560℃，储能容量为1 MW/4 MWh，综合效率达80%以上。建成后，针对园区冷热电需求，将开展热泵储能系统各典型工况下全体系测试验证，有效积累运行经验，以指导高功率系统优化、推动技术产业化示范推广。

（a）核心设备就位

（b）厂房搭建施工现场

图5 兆瓦级热泵储能系统现场施工进展

03应用场景及产业价值

“双高”背景下，热泵储能系统可作为灵活性调峰资源参与支撑源网荷储一体化能源体系建设，具有较为广泛的应用场景。

此外，热泵储能系统可与火电、核电、光热及可再生能源发电系统进行耦合，根据不同地域特点需求进行综合性系统设计，进而实现电源调峰、调频等辅助服务能力提升、退役机组延寿改造、机组供热能力增强等目的。

热泵储能技术高度契合我国当前的能源发展形势，在构建新型电力系统、保障电力系统安全稳定运行等方面能够发挥重要作用，是未来规模化长时储能的中坚力量，具有广阔的发展前景。后续，中央研究院将坚持科技引领、创新驱动，在热泵储能领域持续投入科研力量，助力推动“源网荷储一体化”建设以及新型电力系统构建。