随着我国城市化率的不断提高,集中供暖面积保持高速增长,然而传统的燃煤锅炉供暖方式会造成雾霾等一系列的环境问题,我国面临着集中供暖热力短缺和环境污染治理的双重压力。因此,风能、太阳能等清洁能源逐渐成为我国冬季供暖的新生力量。近年来,我国风电行业发展迅猛,风电已经成为我国继火电水电之后的第三大电力来源,然而我国的“弃风限电”问题却日益严重,风能消纳问题成为制约我国风能产业发展的瓶颈。采用风能清洁能源供暖,一方面开拓了风能利用的新形式,调高了风能的市场利用率;另一方面解决了燃煤锅炉供暖带来的环境污染问题,对我国经济建设和环境保护都具有重要意义。本文在实验室课题组前期的工作基础上,提出一种新型风能热泵直接制热系统(Heat Pump Heating System Directly Driven by Wind Turbine,简称HPS-DDWT),实际应用中采用软连接管路的方式首次将压缩机模块置于风力机塔架之上,突破了机械传递硬连接的瓶颈问题。本文采用仿真模拟和实验研究相结合的方法,围绕风能热泵直接制热系统主要开展了以下相关研究内容:(1)调研了国内外风能热利用技术的发展现状,对比分析了风电-电锅炉、风电-热泵供暖系统和风能-热泵供暖系统三种主要风能热利用形式,提出了采用“软连接”管路的风能热泵直接制热系统。该系统具有较低的工程造价和较高的能效利用系数。(2)采用模块化的建模思路,对主要用能部件参数进行合理简化假设后在Matlab/Simulink平台上建立了风速子系统、风力机子系统、升速机构子系统和高温热泵机组子系统,根据能量传递和守恒定律将各个子系统进行耦合连接,最终构建风能热泵直接制热系统动态仿真模型。(3)结合能量分析法和(?)分析法,对集成系统在稳定风速工况(设计风速工况)和变风速工况下的运行特性开展相关模拟研究和分析。结果表明:集成系统在设计风速工况下的能效系数COP可以达到3.5以上,集成系统(?)效率可以达到60%以上。其中,风力机、节流装置和压缩机的(?)损占到了集成系统总(?)损的80.3%,为系统(?)损的主要组成部分。风速变化对风能热泵直接制热系统的运行特性影响较大。与设计风速工况相比,在低风速工况下,集成系统整体的能量值偏低,但是集成系统的能效系数COP和(?)效率均较高;在高风速工况下,集成系统整体的能量值较高,但是集成系统的能效系数COP和(?)效率均偏低。(4)搭建了风能热泵直接制热系统实验平台,开展集成系统在变风速工况下运行特性的实验研究。由于存在管道阻力损失和热量泄露等不可逆过程,实验测得集成系统的能量值比仿真计算值整体偏小,实验测得集成系统(?)损值比仿真计算(?)损值整体偏大。低风速时,实验值与计算值的相对差值百分比较大;高风速时,实验值与计算值的相对差值百分比较小,集成系统的平均相对差值百分比为 11.4%。