熱泵熱水器的負荷轉移潛力研究

太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 研究團隊獲得了關于熱泵熱水器 (HPWH) 的新見解，這是一種節能技術，可將熱泵的優勢擴展到加熱生活用水的任務中。在2017年推出了一個為期三年的項目，團隊研究了西北太平洋房屋HPWHs的操作和探索了水對電網加熱器的潛力，或調整操作，以幫助減少能力負載轉移電力負載。研究人員監測了數百個熱水器，包括幫助建立研究基線的傳統裝置。

該項目的主要目標之一是檢查 HPWH 隨時間推移的能源使用情況，并建立反映日常用電高峰、低谷和模式的“電力負荷形狀”。這些知識突出了對電網的潛在影響，增強了電力負荷預測，并為國家脫碳和創建高效的未來能源系統的努力提供了信息。

“在 2020 年 3 月，在我們的研究即將結束時，俄勒岡州發布了 居家令，這使我們能夠在人們在家中度過越來越多的時間時探索熱水器的配置文件，”高級研究員 Walter Hunt 說。 PNNL 能源和環境局電力基礎設施和建筑部門的研究工程師。

HPWHs：為什么這么感興趣?

這些先進的熱水器比傳統的電熱水器具有更大的效率增益。

HPWH 的外觀與許多家庭中的標準熱水器相似，但操作方式不同。HPWH 不是使用直接加熱水箱中的水的電阻加熱元件，而是類似于用于空間加熱和冷卻的熱泵，從周圍空氣中提取熱量并將其轉移到容納家庭生活熱水的集成儲水箱中。

這種方法使 HPWH 比傳統裝置更節能。考慮到水加熱約占家庭用電量的七分之一，提高效率轉化為顯著的能源和成本節約，以及潛在的環境效益。

PNNL 的研究人員正試圖更好地了解這些熱水器以及由此產生的負載形狀將如何影響能源系統。

該項目及其負載形狀結果

合作研究包括 Bonneville Power Administration (BPA) 和 Portland General Electric (PGE)，并由能源部建筑技術辦公室資助。BPA 和 PGE 確定了太平洋西北地區配備合適 HPWH 的家庭，并在整個研究過程中提供了實用觀點和研究支持。

研究人員對房主進行了現場調查，確定住戶總數、住戶通常在家的天數和時間，以及每個熱水器的具體位置和制造商。此信息對于建立對電力消耗的更廣泛了解至關重要，因為它允許研究人員稍后針對每個特征開發單獨的負載形狀，以及組合的基線負載形狀。

負載形狀分析的結果提供了現場特征如何影響熱水器負載形狀和整體電力使用的洞察力。居住在家里的人數，以及他們通常在家或外出的時間，被證明是負載形狀的重要因素。居住人數以及空氣和水溫的季節性影響是能源使用總量的關鍵驅動因素。

俄勒岡州發布 居家令后，該州近 50 戶家庭繼續參與該研究數周。在呆在家里的情況下，研究人員發現一天中的能源消耗更加一致，這讓人了解“在家工作”的姿勢可能如何影響電力使用和電網運行。

“隨著最終使用行為的發展和熱水技術的進步，研究人員需要重新檢查熱水器的負載形狀，以了解對能源系統的影響以及熱水器如何用作電網資源，”亨特說。

Hunt 和他的同事在ASHRAE 雜志上發表了他們的研究結果，“影響熱泵熱水器電氣負載形狀的因素” 。