CO2热泵储能系统储热温度匹配优化与性能分析

吴杰鹏; 姜悦茂; 王顺森; 李博; 颜晓江; 王利民

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (12) : 172 -181.

CO₂热泵储能系统储热温度匹配优化与性能分析

吴杰鹏, 姜悦茂, 王顺森, 李博, 颜晓江, 王利民

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摘要

针对跨临界CO₂热泵储能系统中因CO₂物性非线性特征引发的热端换热失配问题，基于储热介质分流以改善温度匹配的策略，研究了不同储热配置下的系统热力性能。在正、逆循环双向耦合的约束下，搭建了4种储热配置的系统热力学模型；通过采用智能优化算法对各系统进行了参数优化，探究了热端换热网络改进对系统热力性能的提升，并对优选方案进行了关键参数敏感性分析。研究结果表明：增加储热罐可改善CO₂热泵储能系统的热端温度匹配，从而提升往返效率；三、四、五储热罐配置下系统的往返效率分别为49.9%、50.8%、50.9%,相较于两储热罐配置系统，分别提升了1.1%、2.0%、2.1%。综合考虑热力学性能与系统复杂度，推荐采用四储热罐配置，系统存在最佳储热温度、正、逆循环高压压力与热负荷比组合使系统性能最优，最佳储热温度约为160℃,正、逆循环高压压力均约为20 MPa,热负荷比分别约为0.3、0.8。研究揭示了热端换热网络结构与设计参数对跨临界CO₂热泵储能系统热力性能的协同影响，可为工程设计与优化提供一定的参考。