天大赵力教授课题组杨芷怡等：卡诺电池余热分配与温度匹配的优化

转载自：天大赵力教授课题组

近日，天大赵力教授课题组硕士研究生杨芷怡等在Energy Conversion and Management期刊上发表论文：Optimization of waste heat allocation and temperature matching for Carnot battery（卡诺电池余热分配与温度匹配的优化）。

论文题目：Optimization of waste heat allocation and temperature matching for Carnot battery

论文作者：

Zhiyi Yang1, Xingwei Zhao2, Ruihong Liu2, Weicong Xu1*, Ruihua Chen1, Jun Ma3, Li Zhao1, Ruizhao Gao1

单位：

1. State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300350, China

2. Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Co Ltd, Shaoguan Smelter, Shaoguan 512024, PR China

3. National Engineering Research Center for Technology and Equipment of Environmental Deposition, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

文章年份：2026年

期刊名：Energy Conversion and Management

期刊分区：中科院一区

影响因子：11.8

原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1nTVB_4UWsO~F3

关键词：Carnot battery; Absorption Refrigeration Cycle; Waste heat allocation; Heat and cold storage; Organic Rankine Cycle

论文简介

为了满足工业园区在零碳政策和可再生能源渗透率提升背景下对长时储能和废热利用的需求，并鉴于现有有机朗肯循环（ORC）卡诺电池研究中储能温度调节和余热分配比优化存在不足，本文基于卡诺电池结合吸收制冷循环（ARC）研究了储能温度匹配和余热分配对系统性能的影响。结果表明，储热温度和储冷温度通过影响ORC蒸发侧和冷凝侧的温度匹配，共同决定系统的热力学和经济性能。而较低的储热温度和较低的储冷温度更有利于提升电转电效率（ηptp）和㶲效率（ηex,sys）。此外，系统具有最佳余热分配比，能在ORC运行期间同步消耗冷热罐中储存的能量。该比例平衡了高ηptp、ORC的净输出功率（Wnet,ORC）以及平稳存储成本（LCOS）。

图文导读

传统基于ORC型卡诺电池通常以环境温度作为冷源，理想条件下ηptp=1；而耦合ARC的卡诺电池系统，不仅通过不额外消耗电能的ARC主动降低ORC冷源温度，还引入一股余热分别分配给HP（Q1）用来抬升热泵蒸发温度和驱动ARC（Q2），当储冷温度（T1）小于余热温度（T3）时，ηptp还可超过100%，输出功率较传统系统显著提升，如图1所示。

然而，在耦合ARC的卡诺电池构型下余热需在HP与ARC间合理分配。该余热分配比直接决定ORC冷热端能量的供给匹配，进而影响系统净输出功及储罐规模，是影响系统性能的重要参数。与此同时，储热、储冷温度作为系统关键运行参数，直接决定ORC冷热端的换热水平，显著影响系统效率与储罐储能密度。但现有研究多聚焦余热温度、流量以及最优储热温区对系统性能的影响，对储热、储冷温区的适配规律以及余热分配比缺乏深入且系统的研究。因此，本文针对耦合ARC的卡诺电池系统（如图2所示），探究系统应选择蓄热或蓄冷等储能模式的机理分析与对比研究（如图3-图6所示），同时分析不同余热分配比例对系统性能的影响（如图7-图9所示）以及系统㶲损分布（如图10所示）。