Basierend auf Energie- und Entropieanalysen unter Berücksichtigung irreversibler Verluste bei Kompression, Expansion und Wärmeaustausch wurden die Leistungsindikatoren und die Verteilung irreversibler Verluste des konventionellen thermischen Pumpspeichersystems (basic pumped thermal electricity storage, BC-PTES) und des integrierten elektrisch beheizten thermischen Pumpspeichersystems (electric heater-integrated pumped thermal electricity storage, EH-PTES) unter Auslegungsbedingungen verglichen und der Einfluss wichtiger Parameter auf die Leistung des EH-PTES-Systems untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass unter Auslegungsbedingungen beide Systeme BC-PTES und EH-PTES während des Entladeprozesses in der Turbine erhebliche Entropieverluste erzeugen, jeweils 456 und 455 kW; das EH-PTES-System weist eine höhere Rundlaufwirkungsgrad (41,50 %) und Energiedichte (54,1 kW·h/m³) auf, wobei der Entropiewirkungsgrad des elektrischen Heizers 63 % beträgt. Es gibt einen optimalen Kompressorauslassdruck im Entladeprozess, der die Entropieverluste minimiert und den Systemwirkungsgrad maximiert. Für das EH-PTES-System zeigt sich bei optimalem Entladedruck, dass der Systemwirkungsgrad mit steigender Austrittstemperatur des elektrischen Heizers zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt, während er mit zunehmender Austrittstemperatur des Kompressors monoton ansteigt. Bei einer Kompressortemperatur von 550 °C und einem Anstieg der Austrittstemperatur des elektrischen Heizers von 600 °C auf 1000 °C sinkt der Systemwirkungsgrad zunächst von 45,03 % auf 44,81 % und steigt dann auf 45,75 %; bei einer Austrittstemperatur des elektrischen Heizers von 850 °C und einem Anstieg der Kompressortemperatur von 400 °C auf 550 °C steigt der Systemwirkungsgrad monoton von 39,17 % auf 45,14 %. Die Empfindlichkeit des Systemwirkungsgrads gegenüber der Austrittstemperatur des elektrischen Heizers ist geringer als gegenüber der Austrittstemperatur des Kompressors. Die Integration des elektrischen Heizers hat die Energiedichte des PTES-Systems erheblich erhöht, wobei die Energiedichte bei einer Austrittstemperatur des Heizers von 1000 °C 113,9 kW·h/m³ erreicht. Die Forschungsergebnisse können als Referenz für die optimierte Auslegung von Wärmepumpen-Stromspeichersystemen dienen.

Wärmepumpen-Stromspeichertechnologie; integrierter elektrischer Heizer; Energieanalyse; Entropieanalyse