北京
近十幾年來，熱泵技術的應用大規模從建筑領域向工業領域拓展，高溫輸出的蒸汽熱泵技術研發成為國際研究的熱點與難點，中國科學院廣州能源所地熱能與節能技術研究中心地熱能科研團隊研發的150℃蒸汽熱泵機組近期試機成功，為工業脫碳提供了高效解決方案。
廣州能源所地熱能科研團隊在國內率先開展蒸汽熱泵技術研究，于2014年成功研制出國內首臺120℃蒸汽熱泵機組。蒸汽熱泵技術進步引領了熱泵行業發展，120℃蒸汽熱泵成為行業標桿，國內熱泵企業相繼推出成熟產品。為進一步拓寬工業應用場景，更高溫度的蒸汽熱泵機組研發成為目前熱泵行業的研發方向。現有超過120℃的蒸汽熱泵大多采用“蒸汽熱泵+蒸汽壓縮機”的技術路線，不僅需要復雜的多系統偶合，且設備價格高、能效低，工業場景中的大規模推廣受到限制。
針對這一行業痛點，地熱能科研團隊長期致力于150℃蒸汽熱泵機組的研制，于近期試機成功。該機組以70℃左右的低品位工業余熱為熱源，通過壓縮式熱泵循環直接生產出150℃的高溫蒸汽，無須蒸汽再壓縮，在大幅簡化系統結構的同時，顯著提高了蒸汽熱泵的能效比（COP）。在此基礎上，團隊還針對該樣機的變工況運行控制策略開展深入研究，在原有單純控制膨脹閥開度的基礎上補充了基于卡爾曼濾波修正的模型預測控制技術，提升了對熱源波動的響應速度，使蒸汽熱泵在變工況下性能更加高效穩定。除此之外，鑒于氫燃料電池在發電過程中會產生大量中低溫余熱，該蒸汽熱泵機組能夠滿足氫燃料電池余熱的高效回收需求，打通了氫能產業鏈中熱能梯級利用的關鍵一環。
該研究獲得國家重點研發計劃項目“質子交換膜燃料電池與熱泵耦合電力-蒸汽聯產關鍵技術”資助，成果已取得自主知識產權。科研團隊將在此基礎上，繼續深化技術攻關，致力于突破180℃蒸汽熱泵機組的技術瓶頸，進一步拓寬高溫熱泵在化工、冶金、造紙等高耗能重工業領域的應用邊界。
內容來源：中國科學院廣州能源研究所
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