电网交互型高效建筑中传统热泵与热储能系统的设计与优化|供暖|热储能系统|热泵|热能|电力系统|负荷|高效建筑

作为主要的电力消耗者，建筑通过其供暖、通风与空调（HVAC）系统在需求侧具有提供灵活性的巨大潜力。热泵（HP）是建筑实现电气化和脱碳的关键HVAC技术。结合热能储能（TES）系统，热泵可以通过转移电力负荷来提供需求灵活性，从而缓解电网在高峰时段的压力。直膨式热泵广泛应用于住宅和轻型商业HVAC系统中，可直接向室内空间输送调节后的空气。在本研究中，提出了一种集成式传统热泵-热能储能（HP-TES）系统。该系统的需求灵活性潜力在很大程度上取决于其系统设计与运行控制。

首先，本研究基于Modelica开发了一个HP-TES系统的虚拟测试平台。随后，在Spawn of EnergyPlus环境中对建筑和HP-TES系统进行了仿真，探讨了不同气候条件下具有多种负荷特征的建筑。最后，对该HP-TES系统的最优控制进行了研究。

作为一项案例研究，我们针对基于相变材料（PCM）的HP-TES系统实施了经济型模型预测控制（MPC）策略，旨在最小化运行成本和功率波动的同时，维持舒适的室内温度。仿真结果表明，基于PCM储热的HP-TES系统在电力系统信号响应能力和降低运行成本方面具有显著潜力。当预测时域小于12小时时，负荷转移效果随预测时域长度的增加而提升，从而降低了系统的运行成本；当预测时域大于12小时时，由于计算复杂度的增加，所选的优化求解器无法始终保证运行成本的降低。编译陈讲运

基于这些发现，我们为适用于传统HP-TES系统的先进控制策略提供了针对性的建议。所建立的虚拟测试平台为未来的研究扩展提供了途径，包括探索前沿的TES材料以及研究分布式HP-TES系统的聚合控制策略，其最终目标是提升建筑与电网的互动融合水平。