综述：钠离子电池：从传统构型到无阳极设计的材料、机理与未来展望

本文创新性地提出利用谷电时段将相变材料（PCM）回填能量桩进行冷能存储，通过提取PCM潜热与地冷能实现变电站跨时段冷却。实验表明，PCM回填能量桩的冷能存储量达32.7 MJ（较砂浆回填提升1.2倍），提取总量60.6 MJ（COP值4.9），兼具高效性与经济性。

　　

Abstract

变电站变压器在用电高峰期间产生大量热量，而谷电时段过剩电能常被浪费。本研究提出通过相变材料（PCM）回填能量桩实现冷能跨时段利用的创新方案。能量桩兼具地源热泵（GSHP）与建筑桩基功能，PCM的高储能密度显著提升系统效率。

Introduction

传统变电站冷却方法如冷却塔能耗高，而基于地热能的热交换系统（GHE）结合PCM可突破此局限。研究团队采用膨胀石墨（EG）基PCM回填预制高强混凝土（PHC）能量桩，通过谷电驱动冷能存储，日间提取PCM潜热与地冷能为变电站降温，实现"削峰填谷"。

Description of the testing site

在东南大学九龙湖校区能量桩试验基地，设置24米深PHC能量桩（内径0.28 m，外径0.50 m），对比PCM与水泥/粉煤灰砂浆回填效果。桩内埋设U型地热交换器，采用水循环系统进行冷能传输。

Capacity of cold energy storage

测试显示PCM回填桩冷能存储量达32.7 MJ，较砂浆回填（27.2 MJ）提升20%。温度监测表明，PCM的相变特性有效延缓了桩周土体温度波动，其间歇运行模式更适配谷电时段特性。

Conclusion

PCM回填能量桩的冷能提取总量达60.6 MJ（较砂浆34.6 MJ提升75%），性能系数（COP）4.9验证了其经济性。该方案为变电站冷却提供了兼具地热能利用与电力调峰的新型解决方案，未来可优化PCM配比与桩体结构以进一步提升效率。

CRediT authorship contribution statement

研究团队通过现场试验与热力学分析，系统评估了PCM回填能量桩的热行为特征，为可再生能源在电力基础设施中的应用提供了实证案例。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgement

研究受国家自然科学基金（U23A0664、52278398、52208332）支持。