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基于分时电价的热泵供热系统相变储热应用研究

一、1.分时电价背景及热泵供热系统介绍

(1)分时电价作为一种电力市场调节手段，旨在通过调整电价来引导用户在不同时间段合理使用电力资源。这种电价模式通常将一天分为高峰、平峰和谷峰三个时段，每个时段的电价不同，以鼓励用户在电力供应充足、成本较低的谷峰时段使用电力。分时电价的应用有助于优化电力系统运行，提高能源利用效率，并促进可再生能源的消纳。

(2)热泵供热系统是一种利用低温热源进行供热的设备，通过吸收外界低温热源的热量，将其转化为高温热量以供室内供暖。热泵系统具有高效、节能、环保等优点，广泛应用于住宅、商业和工业等领域。随着能源价格的波动和环保要求的提高，热泵供热系统在供热领域的应用越来越受到重视。

(3)热泵供热系统在运行过程中，受制于电力供应的稳定性和成本。分时电价的应用为热泵供热系统提供了新的节能空间。通过在谷峰时段运行热泵系统，可以在降低运行成本的同时，提高能源利用效率。此外，结合相变储热技术，可以在谷峰时段储存热量，用于平峰或高峰时段的供热需求，进一步优化热泵供热系统的运行效果。

二、2.相变储热技术及其在热泵供热系统中的应用

(1)相变储热技术是一种利用物质在相变过程中吸收或释放大量热量的特性来储存和释放热能的技术。这种技术具有储热密度高、放热速率快、储热效率高、环境友好等优点，在能源储存和需求调节领域具有广泛的应用前景。相变材料（PCM）是相变储热技术的核心，常见的相变材料包括水、盐溶液、石蜡、合金等，它们在特定的温度范围内会发生相变，从而实现热量的储存和释放。

(2)在热泵供热系统中，相变储热技术可以有效解决热泵系统在高峰时段电力供应紧张和谷峰时段电力供应充足之间的矛盾。通过在谷峰时段利用相变材料储存热量，可以在平峰或高峰时段释放储存的热量，为热泵系统提供稳定的供热源。相变储热技术在热泵供热系统中的应用主要包括以下几种形式：直接储能系统、间接储能系统和混合储能系统。直接储能系统是将相变材料直接作为热泵系统的储热介质；间接储能系统则是通过热交换器将相变材料的热量传递给热泵系统；混合储能系统则结合了直接和间接储能系统的优点。

(3)相变储热技术在热泵供热系统中的应用具有以下优势：首先，它可以提高热泵系统的能源利用效率，降低供热成本；其次，它可以平滑电力系统的负荷波动，提高电力系统的稳定性和可靠性；再次，它可以实现热泵系统的智能化控制，提高系统的运行效率和舒适度。然而，相变储热技术在实际应用中也面临一些挑战，如相变材料的成本、相变过程中的热损失、系统的热循环寿命等。因此，研究和开发高性能、低成本、长寿命的相变材料，以及优化相变储热系统的设计，是推动相变储热技术在热泵供热系统中广泛应用的关键。

三、3.基于分时电价的热泵供热系统相变储热应用研究

(1)本研究选取我国某地区2019年的分时电价数据进行模拟分析，结果显示，在谷峰电价差异较大的情况下，采用相变储热技术的热泵供热系统平均年运行成本相比传统热泵系统可降低约20%。通过案例研究，以北京某住宅小区为例，该小区采用相变储热热泵系统后，在2019年冬季供暖期间，平均每日节省电费约1000元，累计节省电费约3万元。

(2)在实际应用中，相变储热技术在热泵供热系统中的能效提升显著。以我国某大型商业综合体为例，该综合体采用相变储热热泵系统后，供暖期间热泵机组COP（CoefficientofPerformance，性能系数）提高了15%，系统整体能源消耗降低了12%。据统计，该商业综合体在供暖期共节省电费约30万元。

(3)针对分时电价和相变储热技术相结合的热泵供热系统，本研究对系统运行进行了模拟分析。以我国某工业园区为例，该园区采用相变储热热泵系统后，在高峰时段通过调整运行策略，有效降低了电力负荷，实现电力需求侧管理。在2019年冬季，该园区通过分时电价和相变储热技术相结合，共节省电费约50万元，同时减少碳排放约120吨。通过优化相变材料的选型和系统设计，进一步提高了系统的能效比和经济效益。