前沿 | 热泵在“第三代”分布式能源中的作用

分布式能源的发展归结为“三代”:第一代,是传统的热电联产(CHP),即热电厂(Cogeneration)模式;第二代,是城区或楼宇的冷热电多联产(CCHP、BCHP或DCHP),即冷热电三联供(Trigeneration)模式;第三代,是分布式多能源品种(可再生能源和清洁能源)发电,多种形式能源(热、电、冷、热水)输出,电力驱动热泵,以能源总线集成热源和热汇。

第三代分布式能源也被称为“能源微网模式”,以现场发电(如:太阳能光伏、小型风电、燃料电池、小微型热电联产系统等)为核心,存在两个不确定因素:

1)供需不匹配
表现为供应(发电)与需求(负荷)的不匹配,包括时间上的不匹配与功率上的不匹配。例如,光伏、小型风力的发电发电高峰时段与建筑电力需求的高峰时段是不相同的。

2)发电与供热的不同步
燃气热电联产效率高的重要原因是系统在发电的同时所产生的热量可以用来供热。但是,在一个城区有限的范围内,几乎不可能同步地将这些电能和热能完全利用,总是会有富余的电能或热能。

所以,在以电力为主体的能源微网中,必须解决能量储存问题。

热泵技术是一个比较好的解决方案,实施原理如下:
将发电高峰和热需求低谷时的电力用来驱动热泵蓄热(存储于地表水或土壤),供发电低谷和热需求高峰时段使用,是成本最低的间接蓄电技术,称为“电网交互式蓄热(GETS,Grid-interactive Electric Thermal Storage)”。

热泵在第三代分布式能源中的作用 能源微网

图:热泵技术在“能源微网”中的重要作用

但是,热泵要在“能源微网”中发挥积极的作用,需要满足以下技术要求:

1)要有尽可能高的能效比

2)要有尽可能高的供热温度(60℃以上)

3)要有较高的综合部分负荷效率(IPLV

4)要有稳定可靠的热源/热汇(比如,有充裕的地表水源或大面积土地供土壤源热泵埋管)

参考资料:
[1] 龙惟定. 第三代分布式能源与热泵[J]. 建设科技,2016,Z1:98-101.