近年来,我国建筑用热能耗逐年攀升,用电峰谷差逐年增大,导致电网调峰问题日渐突出,发展高效、灵活适用的储能技术以削峰填谷,可以大幅提高电网的调节能力,对我国的能源安全与节能减排具有重大意义。针对谷电蓄热时电能转化为热能输出到用热端的整机效率不高,使谷电蓄热装置的推广应用受到限制,以及因相变材料导热系数低而使得蓄存的热能难以取出的问题,本文对相变蓄热谷电利用装置的热性能进行了实验及数值模拟研究,并对实际用热规模的算例进行了经济性分析,为相变蓄热谷电利用场景的系统设计及工程应用提供有益参考。本文建立了相变蓄热谷电利用装置热性能研究平台,遴选出十二水硫酸铝铵作为相变材料,压铸铝电加热板作为热源,管壳式蓄热箱体作为换热结构,实验环节着眼于蓄热、储热、放热三个过程。蓄热过程,探究得到引起相变材料在周向和轴向上温升趋势不同及相态变化不同的原因主要有3个:相变材料距离热源的距离、相变材料初温及自然对流效应的大小。重点关注放热过程,探讨了三大变工况对蓄热装置放热性能的影响:变流量工况下,有效释能时间和有效释能效率与流量成反比例关系,只有2L/min、3L/min两个流量工况可以有效提取相变材料蓄存的热量;变串联盘管数目工况下,随着盘管数目的增加,有效释能时间和有效释能效率都逐渐增大,且5管增至7管带来的换热性能提升最明显,7管顺连,2L/min子工况的有效释能时间和有效释能效率分别为179.2min、91.3%,较7管顺连,3L/min子工况分别提升97%、39.7%;变串联盘管顺序工况下,盘管顺联工况的有效释能效率和放热效能都优于逆联换热工况。兼顾有效释热量和换热速率,初步优选的换热工况为7管顺连中2L/min和3L/min两个子工况。为进一步优选换热工况,进行了数值模拟。首先将数值结果与实验结果进行对比,分析了典型工况的温度场及液相率分布场,结果显示考虑自然对流效应对相变材料内部传热的影响才能使数值模拟得到的PCM温度分布接近于实际。其次,对盘管数目及流量进行了优选分析,优选串联盘管数目时,综合考虑有效释热量和蓄热密度,5L/min进水流量下,7管增至9管时,有效释热量同比提高11.49%,但单位罐体体积蓄热密度同比减小16.39%;优选进水流量时,发现2L/min、2.33L/min、2.66L/min共3个流量工况下的有效释热量与有效蓄热量接近。最终,选择7管顺连,2.33L/min子工况作为设计的管壳式蓄热装置的优选换热工况。最后,基于实验与模拟得到的优选工况,对实际用热规模的案例其进行了成本和收益估算,并通过净现值、投资回收期和内部收益率三个指标对实例进行了经济性分析。结合影响本模型的两个主要不确定性因素(峰谷电价差、取热比例)进行了敏感性分析,发现前者对项目经济性的影响大于后者。当折现率r=7%,取热率在70%～100%范围内,峰谷电价差大于0.3元/度时,项目在运行年限内(15年)都能够盈利。