《Advances in Applied Energy》:Harnessing the flexibility of power-to-heat operation in building and district heating to support electricity systems: A review
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本文全面评述了电制热(P2H)系统(尤其是热泵)的灵活运行如何借助热能储存(TES)和建筑热惯性,在集中式与分散式场景下为电网提供频率调节、需求响应(DR)等辅助服务,涵盖建模方法、控制策略及市场政策框架,填补了跨部门协同规划与规模化验证的研究空白。
引言:电制热——连接冷暖与光明的桥梁
在全球追求碳中和的浪潮中,电力行业(贡献能源相关CO2排放的40%)和建筑供暖(占全球CO2排放的三分之一)是脱碳的主战场。电制热(Power-to-Heat, P2H)技术如同一座双向桥梁:它用风光等波动性可再生能源(Variable Renewable Energy, VRE)发的电驱动热泵(Heat Pump, HP)供暖,既替代化石燃料,又凭借低成本的热能储存(Thermal Energy Storage, TES)和建筑“热电池”(即热惯性),将供暖负载从用电高峰挪到绿电充沛的时段,为电网削峰填谷。
文献版图:我们从哪里来?
通过对2015年后64项原创研究的系统性梳理,发现:
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技术聚焦:近所有研究都包含TES,证明它是P2H灵活性的“心脏”;集中式热泵虽潜力巨大(尤其用于区域供热系统DHS),却仅有40%研究涉及,仍是待挖掘的富矿。
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服务类型:超半数研究关注电价导向的灵活运行,40%探索多部门耦合模型,另有40%让P2H参与预定义的辅助服务(如频率调节)。
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方法演进:60%研究用热力学仿真刻画温度动态,25%采用启发式规则控制,而机器学习等数据驱动方法刚刚崭露头角。
关键技术:把“死物”变成“活资源”
建筑——会呼吸的热电池
建筑围护结构的热质量(Thermal Mass)比内部供暖系统更能“存热”。例如,外保温层能让更多墙体参与热激活,缓冲室外低温对灵活性的冲击。通过调整室内温度设定值(在舒适范围内),建筑可像电池一样充放热——罗马琴科等在瑞典哥德堡的案例显示,建筑