可再生动力发电技能的广泛运用对电网安稳性提出了严峻应战，发展先进的储能技能至关重要。卡诺电池具有建造本钱低、装置灵活性强等优势，但是传统卡诺电池的低往复功率约束了其大规模运用。本研讨构建了增强型卡诺电池以完成高效储能，并对各类增强技能的功能体现进行了探讨。以中国三座城市为运用地址，选取工业低档次余热收回作为运用场景，对增强型卡诺电池的可行性进行剖析。结果标明：当热泵模块选用蒸汽喷发技能且有机朗肯循环模块选用双压蒸腾技能时，体系综合功能最优。与传统卡诺电池比较，增强型卡诺电池的投资收回期可缩短76.8%，储能平准化本钱可下降26.7%。

图文摘要

动力不仅是进步日子质量的中心要素，更是现代社会发展的柱石[1]。当前，传统化石动力运用引发的环境问题加速了可再生动力发电技能的推广进程[2]。但是，太阳能、风能等可再生动力具有间歇性与波动性特征[3]，其不安稳性对电网的持续安稳运转构成应战[4]。可再生动力的大规模运用或许导致供电频率振动，危及电网安全[5]。跟着对可再生动力需求的日益增长，研讨牢靠的储能技能已成为当务之急[6]。
在现有储能办法中，抽水蓄能和压缩空气储能体系相对简单[7]。抽水蓄能体系使用低谷电力战胜重力势能将水抽至高水位水库，在用电顶峰时段，高水位水库的水被开释至低位水库驱动涡轮机发电[8]。压缩空气储能体系则经过低谷电力将低压空气压缩并存储于地下窟窿中。在电力消耗顶峰期间，高压空气被开释至涡轮机以发电[9]。但是，这些技能需求巨额初始投资，且地势对其功能有明显影响[10]。电化学储能体系（如锂电池）具有高能量密度的优势[11]。但此类体系存在热失控引发的安全隐患，电池燃烧时或许开释有毒气体[12]。
与上述技能不同，卡诺电池经过"电-热-电"能量转换途径完成储能[13]。其作业原理基于卡诺循环，详细进程包含充电与放电两个阶段[14]。在卡诺电池充放电进程中，别离选用热泵（HP）模块和有机朗肯循环（ORC）模块完成能量转换。详细而言，卡诺电池具有以下优势：首要，卡诺电池装置灵活且不受地域约束，既适用于城市中心也适用于偏远地区[15]。其次，卡诺电池的建造本钱较低，且运用寿命较长[16]。第三，卡诺电池可完成余热收回，进步动力使用功率，符合可持续发展要求[17]。
尽管卡诺电池具有诸多优势，但其往复功率相对较低。为进一步进步卡诺电池的往复功率，现有研讨常考虑在传统卡诺电池基础上增设多动力互补模块。Kurşun [18]选用集中式光伏热体系与电阻加热器替代热泵模块，试验标明其往复功率进步31.8%至58%，储能平准化本钱下降7.13%至20.67%。Miao等学者[19]经过收回液化天然气发生的冷能驱动ORC模块，结果显现往复功率可进步2.31至4.52倍。Sorknæs等[20]研讨了卡诺电池在100%可再生动力体系中的效果，结果标明该储能体系的 卡诺电池的本钱低于60.5至66.2欧元/兆瓦时。此外，工业生产中会发生很多废热。工业废热尽管数量相对安稳且充足，但其档次较低（通常低于100℃）。这类废热可有效运用于热泵体系的加热进程。多项研讨已将废热收回模块整合至卡诺电池体系中[21][22][23]。
事实上，传统卡诺电池通常选用单级热泵模块和单级有机朗肯循环模块构建[24]。影响传统卡诺电池往复功率的首要因素包含：首要，在充放电进程中，高温流体与低温流体之间的温差较大，导致换热进程存在明显不可逆丢失[25]。其次，压缩机和膨胀机进出口处的温度差与压力差会明显影响制热与发电功率[26]。因而，改进体系构型以构建适用于多种场景的增强型卡诺电池具有重要研讨价值。
从进步热泵模块能效的技能途径来看，现有研讨首要集中于蒸汽喷发技能与双压冷凝技能两大方向。蒸汽喷发循环经过增设补气支路下降蒸腾器进口焓值，从而进步制热才能。以Wang等[27]的试验研讨为例，其对补气式热泵运转特性进行了体系性测验，结果标明：相较于单级热泵体系，选用蒸汽喷发技能时COP值可进步 喷气增焓热泵功率进步20%。Peng等[28]对跨临界CO2进行了试验研讨2热泵。结果标明，喷气增焓热泵的COP比单级循环高7%。双压冷凝热泵体系经过冷凝温度的梯级使用，可下降传热进程中的不可逆丢失。例如，Dai等[29]将双压冷凝热泵运用于工业余热收回范畴。结果标明，双压冷凝热泵的运转本钱比燃煤锅炉低11.75%。Wang等[30]经过在压缩机出口增设喷发器构建了双压冷凝热泵体系。与单级热泵比较，该体系的COP进步了24.93%。
与HP模块相似，ORC模块可经过蒸汽再生与双压蒸腾技能进步能效。蒸汽再生技能与蒸汽喷发技能原理相近，皆经过进步平均蒸腾温度来增强体系能效。例如Kara[31]以R245fa为工质构建了三套ORC体系，研讨标明：相较于传统ORC体系，选用蒸汽再生技能的ORC体系具有更高功率。Eyerer等[32]对R1233zd(E)蒸汽回热有机朗肯循环体系进行了试验研讨。结果标明，蒸汽回热可有效进步热功率，净功率可进步9.9%。双压蒸腾技能与双压冷凝技能原理相似，均可下降工质蒸腾进程的不可逆丢失。例如，Manente等[33]将双压蒸腾有机朗肯循环体系运用于地热发电范畴。当低温热源温度为100–125°C时，该体系能效较常规有机朗肯循环体系可进步29%。Li等[34]探究了共沸制冷剂在双压蒸腾有机朗肯循环体系中的适用性，研讨显现双压蒸腾有机朗肯循环的发电功率较传统体系可进步25.7%。
值得注意的是，当前关于功率进步办法的研讨首要集中于单个热泵模块或有机朗肯循环模块。但是，将先进增效技能运用于卡诺电池的研讨仍非常匮乏。为解决上述问题，本研讨基于蒸汽喷发-再生技能和双压冷凝-蒸腾技能构建了多种强化型卡诺电池体系。为验证强化型卡诺电池的有效性，对不同运转工况下的体系特性进行了评价。进一步选取济南、南京和广州三座城市作为运用场景，以传统卡诺电池体系为参照对象，探究不同方案在多种气候参数下的功能体现。本研讨旨在推动卡诺电池的实践运用，并为开发高效储能技能供给理论依据。

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