热泵热水器的负荷转移潜力研究

太平洋西北国家实验室 (PNNL) 研究团队获得了关于热泵热水器 (HPWH) 的新见解，这是一种节能技术，可将热泵的优势扩展到加热生活用水的任务中。在2017年推出了一个为期三年的项目，团队研究了西北太平洋房屋HPWHs的操作和探索了水对电网加热器的潜力，或调整操作，以帮助减少能力负载转移电力负载。研究人员监测了数百个热水器，包括帮助建立研究基线的传统装置。

该项目的主要目标之一是检查 HPWH 随时间推移的能源使用情况，并建立反映日常用电高峰、低谷和模式的“电力负荷形状”。这些知识突出了对电网的潜在影响，增强了电力负荷预测，并为国家脱碳和创建高效的未来能源系统的努力提供了信息。

“在 2020 年 3 月，在我们的研究即将结束时，俄勒冈州发布了 居家令，这使我们能够在人们在家中度过越来越多的时间时探索热水器的配置文件，”高级研究员 Walter Hunt 说。 PNNL 能源和环境局电力基础设施和建筑部门的研究工程师。

HPWHs：为什么这么感兴趣?

这些先进的热水器比传统的电热水器具有更大的效率增益。

HPWH 的外观与许多家庭中的标准热水器相似，但操作方式不同。HPWH 不是使用直接加热水箱中的水的电阻加热元件，而是类似于用于空间加热和冷却的热泵，从周围空气中提取热量并将其转移到容纳家庭生活热水的集成储水箱中。

这种方法使 HPWH 比传统装置更节能。考虑到水加热约占家庭用电量的七分之一，提高效率转化为显着的能源和成本节约，以及潜在的环境效益。

PNNL 的研究人员正试图更好地了解这些热水器以及由此产生的负载形状将如何影响能源系统。

该项目及其负载形状结果

合作研究包括 Bonneville Power Administration (BPA) 和 Portland General Electric (PGE)，并由能源部建筑技术办公室资助。BPA 和 PGE 确定了太平洋西北地区配备合适 HPWH 的家庭，并在整个研究过程中提供了实用观点和研究支持。

研究人员对房主进行了现场调查，确定住户总数、住户通常在家的天数和时间，以及每个热水器的具体位置和制造商。此信息对于建立对电力消耗的更广泛了解至关重要，因为它允许研究人员稍后针对每个特征开发单独的负载形状，以及组合的基线负载形状。

负载形状分析的结果提供了现场特征如何影响热水器负载形状和整体电力使用的洞察力。居住在家里的人数，以及他们通常在家或外出的时间，被证明是负载形状的重要因素。居住人数以及空气和水温的季节性影响是能源使用总量的关键驱动因素。

俄勒冈州发布 居家令后，该州近 50 户家庭继续参与该研究数周。在呆在家里的情况下，研究人员发现一天中的能源消耗更加一致，这让人了解“在家工作”的姿势可能如何影响电力使用和电网运行。

“随着最终使用行为的发展和热水技术的进步，研究人员需要重新检查热水器的负载形状，以了解对能源系统的影响以及热水器如何用作电网资源，”亨特说。

Hunt 和他的同事在ASHRAE 杂志上发表了他们的研究结果，“影响热泵热水器电气负载形状的因素” 。