蒲继延 王季鹏

中国石化销售股份有限公司青海石油分公司

提要：

*清洁能源供热技术（如热泵、太阳能、生物质能、地热、核能供热等）的开发与应用前景广阔且至关重要，是应对气候变化、实现碳中和目标、保障能源安全和改善环境质量的核心路径之一

*“分布式光伏+相变储热”热电联供模式，有效解决了光伏供电与热能供给时间不匹配及电池储能系统投资大的问题

*测试数据表明，集成相变储热系统的热泵COP（热泵能效比）较无储热系统提高5.86%，光伏发电量增幅达36.50%，同时显著降低了标准煤耗量和污染物排放

储热技术作为一种有效整合多元清洁低碳热源的技术手段，可解决热能供给与需求在时间、空间、强度上的不匹配问题，提高系统能源利用率。相变储热技术以其高储热密度和稳定性，在供暖领域展现出巨大应用潜力。如何将储热技术与可再生能源有效结合，实现供暖系统的清洁、低碳运行，仍是亟待解决的问题。

中国石化销售股份有限公司青海石油分公司（以下简称“青海石油”）地处高寒高海拔区域，冬季供暖时间长达6个月。公司携手中国科学院电工研究所，在青海格尔木等地区的加油站试点采用“分布式光伏+相变储热”供暖模式，旨在优化供暖系统的运行策略，提升能源利用效率，降低运行成本。

本文探讨了分布式光伏与相变储热技术在供暖系统中的应用，系统集成设计方案，以格尔木金属镁加油站运行策略实际运行数据为依据，分析了含相变储热的光伏供暖性能，并与无相变储热系统进行对比分析，为光伏建筑的绿色转型和碳中和目标的实现提供设计依据和有益的实践经验。

储热技术研究进展及光伏供热现状

1.储热技术发展现状

储热技术可将可再生能源发电产生的电能转化为便于存储的热能，促进可再生能源的消纳。相比于电池储能，储热技术成本较低，在大规模应用中具有经济性优势。目前，储热技术可分为显热储热技术、相变储热技术和热化学储热技术。

显热储热技术通过物质的温度变化实现热量存储和释放，技术成熟、应用广泛，但储热密度小、体积大、热损失大。相变储热技术利用物质在相变过程中吸收和释放热量，具有储热密度高、温度控制恒定等优点，被广泛应用于可再生能源利用、工业余热回收和清洁供暖等领域。热化学储热技术通过化学反应存储和释放热量，储热密度高、可逆性强、热损失低，但目前仍处于实验室研究阶段。

2.光伏供热的发展现状

光伏供热系统是可再生能源利用的重要方向之一，光伏供热系统主要由光伏发电系统和热能转换系统组成，其系统组成模式包括“光伏+空调”“光伏+电锅炉”“光伏+热泵”（包括空气源热泵、地源热泵等），以及“光伏+热泵+储热”等。其中，由于热泵既有较高的能效比，光伏+热泵是目前主流组合方式，其运行原理是将光伏技术与热泵技术相结合，通过光伏发电驱动热泵工作，将电能转化为热能，实现可再生能源的清洁供热，减少碳排放和污染物排放。光伏供热系统在国内外的应用已逐渐增多，特别是在西部地区，由于太阳能资源丰富，光伏供热系统逐步推广应用。

尽管光伏与相变储热结合的供暖模式具有诸多优点，但在实际应用过程中也存在一些问题。首先，相变储热材料的成本较高，增加了系统的总成本；其次，相变储热材料的热效率受到多种因素的影响，如环境温度、储热时间、材料物性等；再次，需要进一步研究和优化“光伏+储热”系统的集成设计和运行策略，通过智能控制系统实现电热耦合和能源优化利用。

青海边远加油站“光伏+相变储热”系统设计

青海省地处高原，太阳能资源丰富且冬季供暖需求巨大。示范项目选址于青海格尔木金属镁加油站。该站地处偏远荒漠，依赖附近企业自建电网供电，电价高昂且存在严重的“弃光”现象。冬季供暖负荷大，但光伏发电高峰（白天）与供暖需求高峰（早晚）存在显著时间错配。针对上述现象，本研究设计并实施了一套新型“分布式光伏+相变储热”供暖系统。

系统核心组成部分包括分布式光伏发电系统、相变储热供热系统及控制系统。分布式光伏发电站安装在加油站建筑物上，负责捕捉太阳能并将其转化为电能驱动热泵运行。相变储热供热系统由空气源热泵、相变储热箱及热力循环系统组成。白天光伏发电时段，热泵产生的高温热水先流经储热箱与相变材料进行热交换储存热能；夜间或光伏出力不足时，相变材料释放热能供暖。控制系统通过合理储热容量匹配和优化控制策略，实现光伏发电与供暖负荷的高效匹配。

金属镁加油站建筑面积387平方米，空气源热泵功率20千瓦（kW），相变储热采用的相变材料为石蜡基相变材料。基于金属镁加油站2022年至2024年供暖季实际运行数据（维持室内温度22摄氏度至24摄氏度），对系统性能进行深入分析。

无储热供暖系统中，热泵启停频繁，导致能源损耗大。而含相变储热系统通过储热装置减少热泵启停次数，提高热泵稳定运行时长。测试数据显示，含相变储热系统热泵COP（全天制热量与用电量之比）为2.53，比无储热系统提高5.86%。

热泵直接供热时COP为2.39；含相变储热系统热泵COP为2.53，比无储热系统提高5.86%。

增加相变储热装置并优化系统控制策略后，热泵工作时间主要集中在光伏发电时段，提高了光伏发电量。测试数据显示，含相变储热系统耗电量降幅为3.23%，光伏发电量增幅为36.50%。在供热季期间，特别是初期和末期，含相变储热供暖系统通过增加用电负荷和时长，使光伏电站工作在满负荷状态，大幅提升了光伏发电量。

结论与展望

依据示范项目测试数据，含相变储热供暖系统每年在节约可观电费的基础上，还通过提高光伏发电量减少标准煤、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳粉尘的排放量。相较于无相变储热系统，新增的减排效果显著。

青海格尔木金属镁加油站成功实施并测试了“分布式光伏+石蜡基相变储热+空气源热泵”热电联供系统。通过采用“光伏发电高峰时段优先储热、光伏出力不足时段释热供暖”的智能运行策略，有效解决了光伏出力与热负荷的时间错配问题。

测试数据表明，新系统显著提高了热泵的COP（提升5.86%）和稳定运行时长，大幅提升了光伏发电的自发自用率（发电量增加36.50%），减少了“弃光”现象，降低了系统总耗电量（减少3.23%），有效降低了标准煤消耗及多种污染物。验证了该模式在高寒高海拔边远加油站应用的可行性、清洁环保性、节能减排效益和运行灵活性。

尽管该模式优势显著，但仍面临相变材料成本相对较高、系统集成与控制技术成熟度需进一步提升等挑战。未来研究方向包括：开发成本更低、性能更优的相变材料；深化“光伏—储热—热泵”多能流协同优化控制策略研究；探索规模化应用的经济性优化路径；结合智能电网技术，提升系统响应能力和经济性。随着技术的持续进步、规模化应用带来的成本下降及政策支持的加强，“分布式光伏+相变储热”清洁供暖模式有望在高寒高海拔地区、独立供电区域，以及各类有清洁低碳供暖需求的建筑中得到更广泛的应用和推广，为实现碳中和目标作出积极贡献。