เทคโนโลยีฮีทปั๊มความร้อนสูงผ่านการทดสอบที่ 320 องศาฟาเรนไฮต์ ช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลของโรงงาน

นักวิจัยทดสอบฮีทปั๊มความร้อนสูงที่ 320 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 160 องศาเซลเซียส) แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถให้ไอน้ำอุตสาหกรรมและน้ำร้อนได้ พร้อมลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล งานวิจัยนี้ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ของสถาบันระบบพลังงานแสงอาทิตย์ฟราวน์ฮอเฟอร์ (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE) ของเยอรมนี ทีมวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์ทดสอบห้องปฏิบัติการใหม่ เพื่อตรวจสอบฮีทปั๊มที่สามารถให้ไอน้ำกระบวนการและน้ำร้อนเพี้ยนภายใต้อุณหภูมิสูง

ตอบโจทย์ความท้าทายการลดคาร์บอนในอุตสาหกรรม

งานนี้มีเป้าหมายเพื่อจัดการกับปัญหาการลดคาร์บอนในอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นความท้าทายหลักสำหรับโรงงานที่ยังคงพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลในการจัดหาพลังงานความร้อนปริมาณมาก ดร.ออร์ซูลา วิตส์ชทัด (Ursula Wittstadt) วิศวกรอาวุโสและหัวหน้าโครงการ FernWP ของสถาบันนี้ ระบุว่าฮีทปั๊มความร้อนสูงสามารถให้ทางเลือกหนึ่งได้ เธอเน้นศักยภาพของเทคโนโลยีนี้ว่า "ผ่านอุปกรณ์ทดสอบของเรา เราสามารถวัดปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ได้ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาองค์ประกอบและระบบครบวงจรต่อไป"

อุปกรณ์ทดสอบใหม่ได้รับการออกแบบภายใต้โครงการวิจัย FernWP ซึ่งมุ่งศึกษาว่าฮีทปั๊มสามารถแทนที่ถ่านหินสำหรับการจัดหาความร้อนระดับภูมิภาคและอุตสาหกรรมได้อย่างไร นักวิจัยสามารถใช้สถานที่นี้วัดประสิทธิภาพของฮีทปั๊มที่อุณหภูมิสูงสุด 320 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 160 องศาเซลเซียส) และตรวจสอบการตอบสนองของระบบต่อแหล่งความร้อนที่เปลี่ยนแปลง โหลด และโหมดการทำงาน วิตส์ชทัดอธิบายเพิ่มเติมว่า "สำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม อุณหภูมิสูงสุดที่บรรลุได้เพียงอย่างเดียวไม่ใช่ปัจจัยสำคัญที่ตัดสินใจ" สถานที่ทดสอบของสถาบันนี้มุ่งเน้นศึกษาฮีทปั๊มที่สามารถผลิตไอน้ำที่ 320 องศาฟาเรนไฮต์

ตามที่วิตส์ชทัดกล่าว ฮีทปั๊มความร้อนสูงต้องผลิตไอน้ำกระบวนการหรือน้ำร้อนเพี้ยนได้อย่างน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพ เมื่อเงื่อนไขการทำงานเปลี่ยนแปลง

ในโครงการนี้ ทีมได้ทดสอบฮีทปั๊มที่ใช้บิวเทนเป็นสารทำความเย็น เนื่องจากบิวเทนเป็นสารลุกไหม้ง่าย จึงศึกษาข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและการติดตั้งด้วย ข้อมูลที่รวบรวมจากอุปกรณ์ทดสอบช่วยให้ผู้ผลิตสามารถออกแบบฮีทปั๊มและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมกับอุณหภูมิสูง โหลดหนัก และเงื่อนไขที่เปลี่ยนแปลงได้ พร้อมกับนี้ ฟราวน์ฮอเฟอร์ ISE ยังวางแผนพัฒนาสถานที่ทดสอบความปลอดภัยต่อไป เพื่อสร้างแนวคิดความปลอดภัยสำหรับสารทำความเย็นในฮีทปั๊มขนาดใหญ่และความร้อนสูง

การตรวจสอบการทำงานของฮีทปั๊มขนาดใหญ่

นอกจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการแล้ว ฟราวน์ฮอเฟอร์ ISE ยังตรวจสอบการทำงานของฮีทปั๊มขนาดใหญ่ 5 เครื่องในเครือข่ายจัดหาความร้อนระดับภูมิภาคมาตั้งแต่ปี 2023 นักวิจัยพบว่า เมื่อองค์ประกอบ ระบบควบคุม การบูรณาการทางน้ำวิทยา และกลยุทธ์การปฏิบัติการของฮีทปั๊มเหล่านี้ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม จะสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและบรรลุประสิทธิภาพเป้าหมาย อัคเซล โอลิเวีย (Axel Oliva) หัวหน้าโครงการ Reallabor GroßWP ของฟราวน์ฮอเฟอร์ ISE เปิดเผยว่าผลการตรวจสอบแสดงให้เห็นว่าฮีทปั๊มขนาดใหญ่ทำงานได้ดีภายใต้เงื่อนไขจริง และบรรลุประสิทธิภาพเป้าหมายได้

อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขรอบข้างในอัตราส่วนมาก เขาระบุว่า เมื่ออุณหภูмин้ำลดลง หรือทำงานในภาวะโหลดบางส่วน ระบบที่ดึงความร้อนจากน้ำไหลจะให้ความร้อนน้อยลง และเมื่ออุณหภูมิแหล่งลดลงถึงประมาณ 43 องศาฟาเรนไฮต์ (ประมาณ 6 องศาเซลเซียส) กำลังผลิตจะลดลง

โรงไฟฟ้าที่ตั้งอยู่ในมานไฮม เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยห้องปฏิบัติการชีวิตจริงของฮีทปั๊มขนาดใหญ่ โอลิเวียเน้นในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "เรายังเห็นว่าการปฏิบัติการฮีทปั๊มในระบบโรงไฟฟ้าที่บูรณาการหนึ่ง ต้องการความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับสถานที่โรงไฟฟ้าที่มีอยู่ เครือข่ายจัดหาความร้อนระดับภูมิภาค และการติดตั้งของลูกค้า" ตามทีมวิจัย ผู้ปฏิบัติงานปัจจุบันดำเนินการฮีทปั๊มมากขึ้นตามความต้องการความร้อนรายวันและราคาพลังงาน หมายความว่าระบบเหล่านี้ต้องเริ่มและหยุดทำงานบ่อยขึ้น แต่ยังคงต้องคงความน่าเชื่อถือ ทีมจะใช้ข้อมูลเหล่านี้สร้างแบบจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างฮีทปั๊มขนาดใหญ่กับระบบไฟฟ้าและความร้อน ซึ่งอาจแสดงให้เห็นได้ว่าจะปฏิบัติการฮีทปั๊มอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้อย่างไร