隨著新能源滲透率的不斷提升，火電、水電、抽蓄等調節資源容量占比下降，一方面帶來了長時間尺度下的源荷兩側供需矛盾問題，另一方面存在頻率失衡、電壓失穩、慣量失缺的供電安全問題，亟需新型長時儲能技術規模化發展，提升新能源消納水平，補齊電網調節能力缺口。根據新型電力系統構建需求，長時儲能有望成為新藍海市場。在國家層面，2024年國家能源局1號公告，長時儲能技術路線在新型儲能試點示范項目中的占比已接近50%。在地方層面，2024年上半年源網側儲能中標公示項目中，4h以上儲能占比已接近40%；山東、內蒙古等多地持續加大長時儲能政策扶持力度。熱泵儲能技術以其選址靈活、具備轉動慣量支撐能力、低成本、高安全、長壽命等優勢，契合未來儲能需求導向，將成為長時儲能技術的主要部署方式之一。

01 技術簡介

熱泵儲能將電能以熱量和冷量的形式儲存，是一種通過熱泵循環建立高低溫差、再通過溫差驅動熱機循環發電的規模化長時儲能技術，采用熱力學閉式循環。（循環原理如圖1所示）國家電投集團科學技術研究院有限公司（以下簡稱“中央研究院”）自2018年起，在國內率先布局、開發安全可靠高效的熱泵儲能技術，該技術具有不受地理條件限制、儲能時間長（4-24h）、系統效率高（高功率等級系統電電效率≥65%，系統綜合效率≥95%，20-110%負荷區間效率不變）、高品質冷熱電聯供、物理轉動慣量支撐、擴容邊際成本低等顯著優勢。

圖1 熱泵儲能系統基本原理圖

02 研發與示范

中央研究院依托國家級儲能技術創新研發平臺，匯聚我國新型儲能技術領域優勢資源，打造“產學研用”深度融合創新體系，整合上下游產業鏈，加快推動熱泵儲能持續降本與技術示范。中央研究院在熱泵儲能技術的系統設計、設備攻關和示范建設等方面已建立完善的研發和設計體系，擁有布雷頓熱泵儲能技術完全自主知識產權，實現了該技術全生命周期穩步孵化。

圖2 設備仿真分析

圖3 設備研制與試驗

圖4 百千瓦儲換熱一體化系統試驗平臺

為驗證技術方案、積累設計和運行經驗，為高功率熱泵儲能系統工程設計優化提供數據支撐，中央研究院于2023年在云南省陸良縣正式啟動了全球首套兆瓦級熱泵儲能中試系統的建設工作。該中試系統熔鹽儲熱溫度達560℃，儲能容量為1 MW/4 MWh，綜合效率達80%以上。建成后，針對園區冷熱電需求，將開展熱泵儲能系統各典型工況下全體系測試驗證，有效積累運行經驗，以指導高功率系統優化、推動技術產業化示范推廣。

（a）核心設備就位

（b）廠房搭建施工現場

圖5 兆瓦級熱泵儲能系統現場施工進展

03應用場景及產業價值

“雙高”背景下，熱泵儲能系統可作為靈活性調峰資源參與支撐源網荷儲一體化能源體系建設，具有較為廣泛的應用場景。

此外，熱泵儲能系統可與火電、核電、光熱及可再生能源發電系統進行耦合，根據不同地域特點需求進行綜合性系統設計，進而實現電源調峰、調頻等輔助服務能力提升、退役機組延壽改造、機組供熱能力增強等目的。

熱泵儲能技術高度契合我國當前的能源發展形勢，在構建新型電力系統、保障電力系統安全穩定運行等方面能夠發揮重要作用，是未來規模化長時儲能的中堅力量，具有廣闊的發展前景。后續，中央研究院將堅持科技引領、創新驅動，在熱泵儲能領域持續投入科研力量，助力推動“源網荷儲一體化”建設以及新型電力系統構建。