近日，我院最新研究成果“Optimal operation of an integrated energy system for a concentrated solar power plant based on a supercritical CO2 plume heat pump”被能源与热管理领域国际权威期刊《Applied Thermal Engineering》正式发表。

该论文以南昌大学信息工程学院为第一完成单位，由杨晓辉教授、马荃锴（研究生）、黄泽中等共同完成。

综合能源系统（IES）作为实现可再生能源高效利用的重要载体，其深度脱碳与多能互补的协同优化是当前亟待解决的关键问题。传统IES中的碳减排设备（如碳捕集与封存CCS、电转气P2G）存在系统复杂、成本高昂等显著瓶颈；而常规地源热泵在热源多样性与主动碳减排能力上也存在局限。如何将负荷侧的冷热供应与地质碳封存有效耦合，仍是领域内面临的重要挑战。

针对这一难题，研究团队首次提出了一种融合光热电站（CSP）与超临界二氧化碳羽流热泵（CPHP）的碳封存地热综合太阳能系统（SGIES）。不同于传统单一功能设备的设计，该工作中的CPHP系统创新性地将超临界CO2热泵技术与CO2地质封存功能相耦合，利用超临界CO2作为能量载体与封存介质。在夏季制冷与冬季供热模式下，CPHP不仅能利用超临界CO2的热虹吸效应提供清洁的冷热负荷，还能在羽流迁移过程中实现CO2的永久地质封存。同时，研究设计了基于阶梯碳惩罚与碳绿证机制的综合封存响应策略，以优化封存成本；并利用CSP的储热特性，实现了热能的时空平移与源荷动态匹配。

实验与仿真结果表明，该系统在多项指标上均表现出显著优势。在能源产出方面，CSP系统的单位面积能量输出是传统光伏/光热（PV/ST）系统的3.68倍，同时占地面积减少约三分之一，极大缓解了土地约束问题。在碳减排与经济性方面，CPHP系统通过冷热供应与碳封存的协同，额外实现了CO2封存，并成功替代了传统的CCS/P2G系统，降低了系统复杂性，大大减少了成本。多场景对比分析显示，CSP与CPHP的耦合架构在满足碳中和约束的前提下，综合性能优化率达到了34.38%。

该研究不依赖高成本的独立碳捕集设备，以“能碳流协同”的新思路实现了综合能源系统负荷供应与碳封存的统一。该成果为面临土地约束与深度脱碳压力的工业园区提供了一套经济、可扩展的“能源供应与碳管理”闭环解决方案，为我国“双碳”目标的实现提供了关键技术支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.130732