节能丨新型地热能存储系统可将房屋峰值用电量减少37%

       2020年1月5日，《应用热工程》（AppliedThermalEngineering）杂志刊发美国橡树岭国家实验室的文章《适用于地源热泵应用的新型浅孔地面换热器——模型开发和验证》。

配图为中深层地热能换热系统图

       该文章提出了一种将可再生能源中多余的电能作为热能存储在地下储罐中的系统，使房主可以在高峰时段减少购电，同时有助于平衡电网运行。据估算，该系统可以将房屋中的峰值用电量减少多达37％。

      该系统的核心组件是一种新颖的地面热交换器设计，即地下热电池（UTB），其可以作为用于地面源热泵（GSHP）的常规垂直孔地面热交换器（VBGHE）的低成本替代品。

      UTB设计为安装在浅孔（深度小于6m）中，因此其成本比通常安装在60m深的垂直孔中的传统VBGHE低得多。通过利用水和相变材料的自然对流，UTB可以响应热负荷调节其温度变化，从而有助于提高GSHP的效率。已开发并验证了UTB的一维（1D）模型，并使用小规模UTB的测量性能数据以及更详细的三维（3D）数值模型的仿真结果进行了验证，这说明了UTB中的传热和流体动力学。此1D模型的计算效率比3D模型高得多，因此可以在可接受的计算时间下模拟UTB的年度性能。一维模型已用于评估UTB的性能，因此可以将其与常规VBGHE进行比较。

      研究人员称，系统通过热泵将太阳能等可再生资源中的多余电能存储为热能。系统包括装有水和相变材料的地下储罐，它们在液态和固态之间转换时会吸收和释放能量。设计依靠廉价的材料，并安装在较浅的深度，以最大程度地降低钻孔成本。所存储的能量可以在冬季提供数小时的加热，而在夏季则提供冷却，从而减少了高峰需求，并帮助房主避免以高峰价格购买电力。此外，在用电高峰期转移需求，可以帮助电力公司更好地管理负荷，同时为消费者省钱，并鼓励更多地使用可再生能源。