超級熱泵 讓低品位余能實現回收利用

　　超級熱泵 讓低品位余能實現回收利用

　　劉思江 本報記者 王 春

　　把“命門”掌握在自己手中

　　“我國年工業用能約29.1億噸標準煤，但其中150攝氏度以下余熱(低品位熱能)往往是‘廢熱’，其總量相當于工業用能的14.2%。如果40%的余熱能得到有效利用，一年就能節約1.65億噸標煤，意義巨大。”上海交通大學制冷與低溫工程研究所所長王如竹說。

　　王如竹教授已經和綠色能源“磕”了30余年，藏著20多項頂尖的綠色能源技術的中意綠色能源實驗室，是他多年技術攻堅的集成體現。在這里，基于數十載制冷、換熱技術的研發，王如竹帶領團隊開展了“低品位余能回收技術及熱泵裝備研發與示范”項目，破解節能減排“痛點”。

　　熱泵作為一種節能技術，可將低溫廢熱變成有用的高品位熱能，例如替代常規煤鍋爐進行供暖，可極大緩解北方集中供熱熱源緊張局面，同時實現工業生產的節能降耗，讓天更藍、地更綠。

　　超強熱泵背后的“引擎”

　　不同溫度的廢熱有不同的用武之地。如中高溫余熱通過熱機對外做功可發電，中低溫余熱通過回收可發電、制冷和供熱，低溫余熱可通過熱泵供應生活熱水等。通過消耗少量的化石能源或電力，可以把回收的余熱轉化為有用的高品位熱能，再用于工業流程或供暖工程。

　　“溫度低、能量密度低且分散等原因是低溫余熱難以回收利用的大難題。”王如竹說。壓縮式熱泵、吸收式熱泵和化學熱泵是余熱品位提升的主要途徑。三種熱泵技術雖已有一定發展，但一直以來難以突破熱泵容量、能效比、溫升與可靠性兼得的瓶頸。項目不僅需要攻克技術難題，還要考慮經濟效益。如果節能不節錢，這些技術與裝備也難以推廣應用。

　　對此，王如竹帶領的項目組攻堅克難，通過單個技術的研發和對流程、工藝等方面的創新優化，研制出效率高、容量大、熱負荷適應性強的“超級”熱泵，突破了低品位余能規模化應用的技術壁壘，并促進了新興熱泵裝備產業發展。

　　性能提升和系統優化匹配是提高壓縮式熱泵能效的關鍵。“一般設備采用蒸發器和冷凝器各一個的單一系統。”王如竹說。項目組將壓縮式熱泵蒸發和冷凝溫度各分為兩段，采用獨立逆流雙系統進行分段蒸發和分段冷凝，減少了蒸發和冷凝的換熱溫差，降低壓縮機壓比，從而提升能效。

　　“高性能吸收式熱泵示范機組容量特別大，只能實地組裝，任何返工或修改都要付出巨大代價。”項目組的潘權穩博士說，由于機組體積大，還需根據運輸的極限尺寸進行分割設計與制造，并對每個部件進行嚴格的測試和質量把關，保證實地組裝一次成功。

　　相比而言，化學熱泵的技術成熟度遠低于壓縮式和吸收式熱泵。項目團隊研究的50千瓦級化學熱泵在國際上沒有先例可參考，研究人員的不懈努力，保證了示范工程的一次成功。

　　“沿途下蛋”，產業化溢出效應顯著

　　研究的產業化應用為項目團隊研制的超級熱泵提供了廣闊天地。

　　用于鞍鋼靈山供暖改造工程的壓縮式熱泵示范機組，制熱能效比較技術突破前提升了15%