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超級熱泵 讓低品位余能實(shí)現回收利用
發(fā)布時(shí)間 2019-07-22 09:23:36 來(lái)源：中經(jīng)縱橫
把“命門(mén)”掌握在自己手中
“我國年工業(yè)用能約29.1億噸標準煤菲痹，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(yè)用能的14.2%庄继。如果40%的余熱能得到有效利用紧寺，一年就能節約1.65億噸標煤，意義巨大场仲。”上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所所長(cháng)王如竹說(shuō)赐汤。
王如竹教授已經(jīng)和綠色能源“磕”了30余年，藏著(zhù)20多項頂尖的綠色能源技術(shù)的中意綠色能源實(shí)驗室，是他多年技術(shù)攻堅的集成體現。在這里侍咱，基于數十載制冷、換熱技術(shù)的研發(fā)圣絮，王如竹帶領(lǐng)團隊開(kāi)展了“低品位余能回收技術(shù)及熱泵裝備研發(fā)與示范”項目墓懂，破解節能減排“痛點(diǎn)”。
熱泵作為一種節能技術(shù)茄提，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(jìn)行供暖，可極大緩解北方集中供熱熱源緊張局面，同時(shí)實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)的節能降耗兵犀，讓天更藍、地更綠辖试。
超強熱泵背后的“引擎”
不同溫度的廢熱有不同的用武之地寞射。如中高溫余熱通過(guò)熱機對外做功可發(fā)電，中低溫余熱通過(guò)回收可發(fā)電烂氢、制冷和供熱，低溫余熱可通過(guò)熱泵供應生活熱水等妻滨。通過(guò)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(yè)流程或供暖工程。
“溫度低苛预、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(shuō)下啊。壓縮式熱泵、吸收式熱泵和化學(xué)熱泵是余熱品位提升的主要途徑件腌。三種熱泵技術(shù)雖已有一定發(fā)展，但一直以來(lái)難以突破熱泵容量、能效比、溫升與可靠性兼得的瓶頸跺诈。項目不僅需要攻克技術(shù)難題，還要考慮經(jīng)濟效益芽接。如果節能不節錢(qián)，這些技術(shù)與裝備也難以推廣應用钧椿。
對此，王如竹帶領(lǐng)的項目組攻堅克難，通過(guò)單個(gè)技術(shù)的研發(fā)和對流程、工藝等方面的創(chuàng )新優(yōu)化，研制出效率高锄奢、容量大、熱負荷適應性強的“超級”熱泵寝谚，突破了低品位余能規模化應用的技術(shù)壁壘，并促進(jìn)了新興熱泵裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
性能提升和系統優(yōu)化匹配是提高壓縮式熱泵能效的關(guān)鍵。“一般設備采用蒸發(fā)器和冷凝器各一個(gè)的單一系統幅哲。”王如竹說(shuō)。項目組將壓縮式熱泵蒸發(fā)和冷凝溫度各分為兩段渊铁，采用獨立逆流雙系統進(jìn)行分段蒸發(fā)和分段冷凝，減少了蒸發(fā)和冷凝的換熱溫差咽箕，降低壓縮機壓比，從而提升能效疟呐。
“高性能吸收式熱泵示范機組容量特別大，只能實(shí)地組裝卸亮，任何返工或修改都要付出巨大代價(jià)。”項目組的潘權穩博士說(shuō)酌予，由于機組體積大，還需根據運輸的極限尺寸進(jìn)行分割設計與制造烤酌，并對每個(gè)部件進(jìn)行嚴格的測試和質(zhì)量把關(guān)，保證實(shí)地組裝一次成功羹卷。
相比而言，化學(xué)熱泵的技術(shù)成熟度遠低于壓縮式和吸收式熱泵鸳辈。項目團隊研究的50千瓦級化學(xué)熱泵在國際上沒(méi)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周叉。
“沿途下蛋”，產(chǎn)業(yè)化溢出效應顯著(zhù)
研究的產(chǎn)業(yè)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(shù)突破前提升了15%—20%庭押，達6.67，熱輸出容量9兆瓦伞买，可年節省3500余噸標煤。“目前世界最先進(jìn)的機組能效比也僅約5.5—5.8，我們的機組已超世界最先進(jìn)水平瓷宦。”王如竹很自豪，“該熱泵系統示范成功后蘑险，客戶(hù)馬上又加訂了5臺。”
在大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠(chǎng)余熱回收供暖的示范項目中再芋，項目研發(fā)的高效吸收式熱泵供熱效率是蒸汽供熱的1.77倍，目前已穩定運行了兩個(gè)供暖季捅县。“第一個(gè)供暖季就回收了約4.34萬(wàn)噸標煤的余熱，節省了52.9萬(wàn)噸的水，減排13.5萬(wàn)噸二氧化碳排放涣脐。”王如竹說(shuō)，這相當于15900臺常規家用空調熱泵的制熱量虑夕。
廢熱利用，除了熱能轉化，儲熱技術(shù)也相當關(guān)鍵署拟。對此，團隊研發(fā)了相變儲熱材料和系統，并直接“沿途下蛋”叹俏，在江蘇昂彼特堡能源集團實(shí)現了成果轉化。“該儲熱器完全可以滿(mǎn)足我國北方地區的冬季供暖需求球灰。”王如竹說(shuō)。儲熱供暖示范工程也已落地北京延慶區政府大樓，3年不到就可回收投資志群。
此外，在行業(yè)難點(diǎn)“高溫水蒸氣熱泵”方面，團隊研制出采用雙螺桿帶中間噴水冷卻的壓縮式熱泵技術(shù)呵插，并在漢鐘精機股份有限公司成功轉化應用。
同時(shí)红选，與項目牽頭單位上海交大合作的企業(yè)和單位也在不斷發(fā)展壯大：珠海格力電器股份有限公司已開(kāi)發(fā)出13項壓縮式制冷和熱泵相關(guān)的國際領(lǐng)先技術(shù)；雙良節能系統股份有限公司建成了亞太地區規模最大的溴化鋰中央空調制造基地；中國科學(xué)院工程熱物理研究所建成國內首臺50千瓦級化學(xué)熱泵樣機……
基于示范工程，工業(yè)余熱的網(wǎng)絡(luò )化利用蜻懦、規模化應用還在探索中。項目團隊編著(zhù)的《低品位余能網(wǎng)絡(luò )化利用導則》將成為工業(yè)余熱規纳ú剑化利用的指導書(shū)。“未來(lái)要綜合考慮余熱熱源、余熱轉換技術(shù)诬像，根據用戶(hù)的需求，按照能量目標和匹配準則實(shí)現優(yōu)化匹配，形成解決工業(yè)余能電紧索、熱、冷、儲高效利用的整體網(wǎng)絡(luò )化解決方案，這對量大面廣的節能減排具有重要意義艇捆。”王如竹說(shuō)，“希望我們的這本指導書(shū)能為工業(yè)節能減排的大規模應用提供經(jīng)驗陶簿。”
“我國年工業(yè)用能約29.1億噸標準煤菲痹，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(yè)用能的14.2%庄继。如果40%的余熱能得到有效利用紧寺，一年就能節約1.65億噸標煤，意義巨大场仲。”上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所所長(cháng)王如竹說(shuō)赐汤。
王如竹教授已經(jīng)和綠色能源“磕”了30余年，藏著(zhù)20多項頂尖的綠色能源技術(shù)的中意綠色能源實(shí)驗室，是他多年技術(shù)攻堅的集成體現。在這里侍咱，基于數十載制冷、換熱技術(shù)的研發(fā)圣絮，王如竹帶領(lǐng)團隊開(kāi)展了“低品位余能回收技術(shù)及熱泵裝備研發(fā)與示范”項目墓懂，破解節能減排“痛點(diǎn)”。
熱泵作為一種節能技術(shù)茄提，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(jìn)行供暖，可極大緩解北方集中供熱熱源緊張局面，同時(shí)實(shí)現工業(yè)生產(chǎn)的節能降耗兵犀，讓天更藍、地更綠辖试。
超強熱泵背后的“引擎”
不同溫度的廢熱有不同的用武之地寞射。如中高溫余熱通過(guò)熱機對外做功可發(fā)電，中低溫余熱通過(guò)回收可發(fā)電烂氢、制冷和供熱，低溫余熱可通過(guò)熱泵供應生活熱水等妻滨。通過(guò)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(yè)流程或供暖工程。
“溫度低苛预、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(shuō)下啊。壓縮式熱泵、吸收式熱泵和化學(xué)熱泵是余熱品位提升的主要途徑件腌。三種熱泵技術(shù)雖已有一定發(fā)展，但一直以來(lái)難以突破熱泵容量、能效比、溫升與可靠性兼得的瓶頸跺诈。項目不僅需要攻克技術(shù)難題，還要考慮經(jīng)濟效益芽接。如果節能不節錢(qián)，這些技術(shù)與裝備也難以推廣應用钧椿。
對此，王如竹帶領(lǐng)的項目組攻堅克難，通過(guò)單個(gè)技術(shù)的研發(fā)和對流程、工藝等方面的創(chuàng )新優(yōu)化，研制出效率高锄奢、容量大、熱負荷適應性強的“超級”熱泵寝谚，突破了低品位余能規模化應用的技術(shù)壁壘，并促進(jìn)了新興熱泵裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
性能提升和系統優(yōu)化匹配是提高壓縮式熱泵能效的關(guān)鍵。“一般設備采用蒸發(fā)器和冷凝器各一個(gè)的單一系統幅哲。”王如竹說(shuō)。項目組將壓縮式熱泵蒸發(fā)和冷凝溫度各分為兩段渊铁，采用獨立逆流雙系統進(jìn)行分段蒸發(fā)和分段冷凝，減少了蒸發(fā)和冷凝的換熱溫差咽箕，降低壓縮機壓比，從而提升能效疟呐。
“高性能吸收式熱泵示范機組容量特別大，只能實(shí)地組裝卸亮，任何返工或修改都要付出巨大代價(jià)。”項目組的潘權穩博士說(shuō)酌予，由于機組體積大，還需根據運輸的極限尺寸進(jìn)行分割設計與制造烤酌，并對每個(gè)部件進(jìn)行嚴格的測試和質(zhì)量把關(guān)，保證實(shí)地組裝一次成功羹卷。
相比而言，化學(xué)熱泵的技術(shù)成熟度遠低于壓縮式和吸收式熱泵鸳辈。項目團隊研究的50千瓦級化學(xué)熱泵在國際上沒(méi)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周叉。
“沿途下蛋”，產(chǎn)業(yè)化溢出效應顯著(zhù)
研究的產(chǎn)業(yè)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(shù)突破前提升了15%—20%庭押，達6.67，熱輸出容量9兆瓦伞买，可年節省3500余噸標煤。“目前世界最先進(jìn)的機組能效比也僅約5.5—5.8，我們的機組已超世界最先進(jìn)水平瓷宦。”王如竹很自豪，“該熱泵系統示范成功后蘑险，客戶(hù)馬上又加訂了5臺。”
在大唐甘肅發(fā)電有限公司西固熱電廠(chǎng)余熱回收供暖的示范項目中再芋，項目研發(fā)的高效吸收式熱泵供熱效率是蒸汽供熱的1.77倍，目前已穩定運行了兩個(gè)供暖季捅县。“第一個(gè)供暖季就回收了約4.34萬(wàn)噸標煤的余熱，節省了52.9萬(wàn)噸的水，減排13.5萬(wàn)噸二氧化碳排放涣脐。”王如竹說(shuō)，這相當于15900臺常規家用空調熱泵的制熱量虑夕。
廢熱利用，除了熱能轉化，儲熱技術(shù)也相當關(guān)鍵署拟。對此，團隊研發(fā)了相變儲熱材料和系統，并直接“沿途下蛋”叹俏，在江蘇昂彼特堡能源集團實(shí)現了成果轉化。“該儲熱器完全可以滿(mǎn)足我國北方地區的冬季供暖需求球灰。”王如竹說(shuō)。儲熱供暖示范工程也已落地北京延慶區政府大樓，3年不到就可回收投資志群。
此外，在行業(yè)難點(diǎn)“高溫水蒸氣熱泵”方面，團隊研制出采用雙螺桿帶中間噴水冷卻的壓縮式熱泵技術(shù)呵插，并在漢鐘精機股份有限公司成功轉化應用。
同時(shí)红选，與項目牽頭單位上海交大合作的企業(yè)和單位也在不斷發(fā)展壯大：珠海格力電器股份有限公司已開(kāi)發(fā)出13項壓縮式制冷和熱泵相關(guān)的國際領(lǐng)先技術(shù)；雙良節能系統股份有限公司建成了亞太地區規模最大的溴化鋰中央空調制造基地；中國科學(xué)院工程熱物理研究所建成國內首臺50千瓦級化學(xué)熱泵樣機……
基于示范工程，工業(yè)余熱的網(wǎng)絡(luò )化利用蜻懦、規模化應用還在探索中。項目團隊編著(zhù)的《低品位余能網(wǎng)絡(luò )化利用導則》將成為工業(yè)余熱規纳ú剑化利用的指導書(shū)。“未來(lái)要綜合考慮余熱熱源、余熱轉換技術(shù)诬像，根據用戶(hù)的需求，按照能量目標和匹配準則實(shí)現優(yōu)化匹配，形成解決工業(yè)余能電紧索、熱、冷、儲高效利用的整體網(wǎng)絡(luò )化解決方案，這對量大面廣的節能減排具有重要意義艇捆。”王如竹說(shuō)，“希望我們的這本指導書(shū)能為工業(yè)節能減排的大規模應用提供經(jīng)驗陶簿。”
轉自：科技日報