在热泵储电系统与液态空气储能系统中，均需要蓄冷装置存储低温冷能。由于蓄冷工质在低温下的比热容通常较小，因此其在总存储体积中占比较大，增加了储罐成本，降低了系统储能密度。
在储能时，热泵储电系统消耗电能产生热能与冷能并将其存储，而液态空气储能系统需要吸收冷能冷却高压空气。
释能时，热泵储电系统消耗热能与冷能发电，而液态空气储能系统可以从液态空气的气化中实现冷能再生。
因此两系统在储释能阶段对冷能的供应与需求是同步且互补的。另外布雷顿式热泵储电系统中冷端温度可达100K左右，能有效地对液态空气系统预冷，提升空气液化率。因此两系统在冷能上存在“时空互补、温度对应”特性。
利用上述特性，来自中科院工热所的研究人员提出了新型热泵液态空气储能(PTLAES)系统，系统如图所示。
▲基线热泵液态空气储能系统示意图
在储能过程中，空气被压缩至高温高压，将热能存储在储热罐中，并吸收热泵储电子系统产生的冷能，进而膨胀，部分液化。其中饱和空气节流进一步降温，通过换热器回收其冷能。
而热泵储电子系统中膨胀机出口工质的冷能被高压空气吸收，进一步压缩至高温高压，将热能存储在储热罐中，并膨胀回收压力能，完成循环。整个系统消耗电能，转换为高温热能与液态空气合并储存。
在释能过程中，热力循环反向运行，利用存储的液态空气与高温热能发电。通过多股流换热器将两系统耦合，消除了两者原有的蓄冷装置。对基线PTLAES系统、预冷PTLAES系统与多级PTLAES系统进行热力学建模分析。结果表明：
（1）高储能压力下PTLAES系统效率较高，优化释能压力可使效率达到58.7%。
（2）通过将热泵储电子系统预冷至-130℃，可使预冷PTLAES系统的效率达到63.8%。
（3）液态空气子系统两级压缩+热泵储电子系统单级压缩的多级PTLAES系统比其他多级PTLAES系统效率更高，可达59.1%。
（4）采用玄武岩作为储热材料，系统储能密度达到107.6 kWh/m³，是液态空气储能系统的1.3-2倍，是布雷顿式热泵储电系统的2-5倍。
