本研究综述了压缩空气储能（CAES）、液态空气储能（LAES）、卡诺电池/热泵储电（PTES）和二氧化碳储能（CES）四类热机械储能（TMES）技术在冷热电联供（CCHP）系统中的最新研究进展与应用前景。通过热力学性能与经济性分析，系统比较了各技术路线的能效水平、适用场景及商业化潜力，揭示了TMES系统在多能协同管理和提升能源利用效率方面的独特优势。研究表明，TMES技术可将电能高效转化为热能或机械能进行储存，并实现冷、热、电的协同供应，为构建未来零碳智慧能源系统提供了关键技术支撑。然而，相关技术的经济性与动态控制策略仍需进一步研究和优化。
随着可再生能源在全球能源结构中的比重持续上升，长时大规模储能技术的重要性日益凸显。热机械储能（TMES）技术能高效存储间歇性电能，并灵活稳定输出冷、热、电多种能量形式，正成为支撑冷热电联供（CCHP）系统的重要新兴技术路径。然而，现有研究主要聚焦于TMES的储放电性能，对于其在CCHP系统中的集成效果、系统协同机制及综合评价尚缺乏系统性探讨。本文通过构建统一的评价体系，系统评估各类TMES技术在CCHP系统中的能效表现与经济性，为城市级多能调度、能源系统优化及零碳园区建设提供理论依据与决策参考。
本文首先界定了TMES-CCHP系统的关键评价指标，包括往返效率（RTE）、综合能源效率（TEE）、等效电效率（NRTE）及平准化能源成本（LCOE）。在热力学第一与第二定律基础上，明确了电、热、冷之间的等效转换关系及?效率，并引入静态回收期（SPP）和动态回收期（DPP）等经济性指标，全面评估各类技术的性能与可行性。
CAES-CCHP系统通常回收多级压缩过程的压缩热用于供热，同时利用膨胀后的低温空气实现供冷，其RTE在23%-68%之间，TEE可达65%-155%。集成吸收式热泵（AHP）的混合系统可进一步提升性能。例如，CAES-AHP系统的供热能力与RTE分别提高了44%和16%。然而，CAES对地下储气空间的依赖限制了其地理适用范围。
LAES系统通过液化空气克服了地理限制，常与有机朗肯循环（ORC）及吸收制冷系统（ARS）耦合，实现冷、热、电的灵活输出。典型LAES-CCHP系统的NRTE为47%-73%，LAES-ORC-ARS混合系统的RTE可提升至91%。尽管液化过程能耗较高，但其深冷能力在高冷负荷场景中具有明显优势，且LCOE最低可达90美元/兆瓦时，具备一定的经济可行性。
PTES技术利用热泵与热机循环实现电-热双向转换。基于有机工质的ORC-PTES系统可实现高达130%的RTE与188%的TEE。焦耳-布雷顿循环的PTES系统具备-150℃至550℃的宽广运行温区，适用于多种供热/冷需求。通过引入梯级储热/冷设计，可满足不同热/冷品位负荷，进一步提升系统灵活性与综合效率，最高效率达85%。此外，基于梯级储热/冷的PTES-CCHP系统还可以回收外部不同品位的余热余冷，实现一定区域内冷、热、电等多形态能源的综合高效利用。当前的技术挑战包括压缩/膨胀装备的极端条件可靠性、能源供应与需求之间的精准匹配问题等。
CES系统依托CO2易液化的特性，在压缩过程中回收中温热能（50℃至250℃）用于供热，膨胀阶段释放的低温（-24℃至10℃）用于供冷。三牛用户注册典型CES-CCHP系统RTE为36%-65%，而引入喷射制冷等混合方式后TEE可达158%。与CAES不同，CES不依赖地下空间，且具备同碳捕集与利用技术集成的潜力。然而，其LCOE（68-170美元/兆瓦时）仍高于某些传统技术方案，需进一步优化系统设计与运行策略。案例分析显示，在风能集成的场景下，CES-CCHP系统的TEE比CAES-CCHP系统高出28%。
本研究表明，TMES-CCHP系统在能源转换效率、多能协同调度和碳减排方面具有显著潜力。CAES与LAES凭借较高的成熟度，有望在CCHP系统的示范与初期应用中发挥作用；而PTES与CES则因其高度灵活性，可能成为下一阶段CCHP系统研究与工程落地的重点方向。目前，各技术的推广仍面临装备开发、控制策略及经济性评估等方面的瓶颈。尽管TMES系统整体LCOE普遍低于200美元/兆瓦时，但PTES与CES的全生命周期成本分析仍不充分。未来应结合人工智能与先进控制技术，发展智能调控策略，探索跨季节、多技术耦合的协同运行模式，加速TMES-CCHP系统在智慧城市与零碳能源网络中的规模化应用。
赵耀，上海交通大学智慧能源创新学院副教授、博士生导师，拥有中南大学学士、硕士学位和上海交通大学博士学位，曾在英国帝国理工学院担任博士后研究员。入选上海市领军人才计划，长期从事长时大规模储热/冷及热机械储能技术研究，聚焦相变储热、卡诺电池和多能联产技术研究。已发表期刊和会议论文40余篇，撰写专著章节3章，获得发明专利授权4项。主持及参与国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、英国工程与自然科学研究基金等科研项目10余项。曾获得全国博管会博士后国际交流计划派出项目基金、学术交流项目基金、上海交通大学蒙民伟国际交流基金等奖励。参编中国工程院《全球工程前沿2023》，担任《Frontiers in Energy》（中国工程院院刊）《Carbon Neutrality》《Energy Storage and Saving》《Green Energy and Resources》《储能科学与技术》《热力发电》等高水平期刊青年编委以及《Applied Thermal Engineering》热储能专刊客座编辑。
Frontiers in Energy是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。
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