На основе анализа энергии и анализа энтропии с учетом необратимых потерь при сжатии, расширении и теплообмене сравнивались показатели эффективности и распределение необратимых потерь в системах обычного теплового насосного накопления электроэнергии (basic pumped thermal electricity storage, BC-PTES) и интегрированной с электрическим нагревателем системы теплового насосного накопления электроэнергии (electric heater-integrated pumped thermal electricity storage, EH-PTES) в условиях проектирования, а также исследовалось влияние ключевых параметров на производительность системы EH-PTES. Результаты показывают, что обе системы BC-PTES и EH-PTES при проектных условиях создают значительные энтропийные потери в турбинах в процессе разряда, составляющие соответственно 456 и 455 кВт; система EH-PTES характеризуется более высоким коэффициентом полезного действия (41,50%) и плотностью накопления энергии (54,1 кВт·ч/м³), при этом энтропийный КПД электрического нагревателя составляет 63%. Существует оптимальное давление на выходе компрессора в процессе разряда, при котором энтропийные потери минимальны, а коэффициент полезного действия системы максимален. Для системы EH-PTES при оптимальном давлении разряда КПД системы сначала уменьшается, а затем увеличивается с повышением температуры на выходе электрического нагревателя и монотонно возрастает с увеличением температуры на выходе компрессора. При температуре выхода компрессора 550℃ и повышении температуры выхода электрического нагревателя с 600℃ до 1000℃, КПД системы сначала снижается с 45,03% до 44,81%, затем увеличивается до 45,75%; при температуре выхода электрического нагревателя 850℃ и повышении температуры выхода компрессора с 400℃ до 550℃ КПД системы монотонно возрастает с 39,17% до 45,14%. Чувствительность КПД системы к температуре выхода электрического нагревателя меньше, чем к температуре выхода компрессора. Интеграция электрического нагревателя значительно увеличила плотность энергии системы PTES — при температуре выхода нагревателя 1000℃ плотность достигла 113,9 кВт·ч/м³. Результаты исследования могут служить рекомендацией для оптимизации проектирования систем теплового насосного накопления электроэнергии.

технология теплового насосного накопления электроэнергии; интегрированный электрический нагреватель; анализ энергии; анализ энтропии