Инновационная высокотемпературная система аккумулирования тепловой энергии с перекачкой, приводимая в действие транскритическим тепловым насосом на CO₂ и паровым циклом Ренкина

Аккумулирование тепловой энергии с перекачкой (PTES) представляет собой перспективный подход к экономичному, не зависящему от места размещения и экологически безопасному хранению электроэнергии. Однако эта технология сталкивается с критическими техническими проблемами, включая низкий коэффициент эффективности полного цикла (как правило, менее 60%) и значительные необратимые потери в процессе теплообмена. В данной работе предложена инновационная высокотемпературная система PTES, объединяющая транскритический цикл теплового насоса на CO₂ (TCO₂) с транскритическим паровым циклом Ренкина (TSRC). В системе используются два теплоаккумулирующих теплоносителя — расплавленные соли и вода — в четырехрезервуарной конфигурации, охватывающей широкий диапазон температур примерно от 33 °C до 560 °C. Вода служит одновременно низкотемпературным теплоаккумулирующим теплоносителем и рабочим телом цикла TSRC, что позволяет исключить вторичный теплообмен между водой и водой. В процессе зарядки CO₂ на выходе из компрессора отдает тепло расплавленным солям, после чего разделяется на два потока. Один поток повышает температуру аккумулируемой воды, а другой предварительно нагревает CO₂, поступающий из испарителя. Изложены основы функционирования системы PTES и разработаны математические модели. Результаты показывают, что каскадная конфигурация аккумулирования явного тепла позволяет решить проблему значительной необратимости при дросселировании и обеспечить высокий коэффициент эффективности полного цикла, равный 60,21%.