高温热泵技术测试达 320 华氏度 助力工厂减少对化石燃料的依赖

研究人员在华氏 320 度（约 160 摄氏度）下测试高温热泵，显示该技术能够提供工业蒸汽和热水，同时减少对化石燃料的依赖。这项研究由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE）科学家进行。研究团队开发了一个新的实验室测试装置，以检测能够在高温下提供工艺蒸汽和加压热水的热泵。

应对工业脱碳挑战

此项工作旨在应对工业脱碳问题，这对仍依赖化石燃料供应大量热能的工厂来说是一个主要挑战。该研究所的高级工程师及 FernWP 项目经理乌尔苏拉·维特施塔特（Ursula Wittstadt）博士指出，高温热泵可以提供一种替代方案。她强调了该技术的潜力，“通过我们的测试装置，我们能够测量这些相互作用，从而为进一步开发组件和完整系统奠定基础。”

新测试装置是在 FernWP 研究项目下设计的，旨在探讨热泵如何取代煤炭用于区域和工业供热。研究人员可以利用该设施测量热泵在高达华氏 320 度（约 160 摄氏度）下的性能，并检查系统对变化的热源、负载及操作模式的反应。维特施塔特进一步阐述，“对于工业应用而言，单单可达到的最高温度并不是决定性因素。”该研究所的测试地点专注于调查能够在华氏 320 度下产生蒸汽的热泵。

根据维特施塔特的说法，高温热泵必须在操作条件改变时，可靠且高效地生产工艺蒸汽或加压热水。

在该项目中，团队测试了使用丁烷作为制冷剂的热泵。由于丁烷是易燃物，故他们亦研究了安全及安装要求。从测试装置收集到的数据可以使制造商设计适合高温、大负载和变化条件的热泵和热交换器。同时，弗劳恩霍夫 ISE 还计划进一步发展其安全测试设施，以建立针对大型和高温热泵中制冷剂的安全概念。

大型热泵的运行监测

除了实验室测试外，弗劳恩霍夫 ISE 自 2023 年以来还监测了五个大型热泵在区域供热网络中的运行。研究人员发现，当这些热泵的部件、控制系统、水力整合及操作策略设计妥当时，能够可靠运行并达到其目标性能。弗劳恩霍夫 ISE 的 Reallabor GroßWP 项目经理阿克塞尔·奥利瓦（Axel Oliva）透露，监测结果显示大型热泵在实际条件下表现良好，并能达到其目标性能。

然而，这种性能在很大程度上取决于周围条件。他表示，当水温下降或在部分负载运行时，从流动水中提取热量的系统所产生的热量会减少，当源头温度降至约华氏 43 度（约 6 摄氏度）以下时，产出也会减少。

位于曼海姆的电厂是大型热泵生活实验室研究的一部分。奥利瓦在新闻稿中强调，“我们还看到，将热泵运行于一个集成的电厂系统中，需要对现有电厂设施、区域供热网络及客户安装有良好的了解。”根据研究团队的说法，运营商现在越来越多地根据每日供热需求和能源价格来运行热泵。这意味着这些系统必须更频繁地启动和停止，但仍需保持可靠。该团队将利用这些数据来建模大型热泵与电力和供热系统的相互作用，这可能显示出如何更高效地运行热泵并减少化石燃料的使用。

项目	规格
最大操作温度	320°F (160°C)
使用制冷剂	丁烷

高温热泵技术的未来潜力

高温热泵技术的发展对于工业脱碳具有重要意义。随着全球对减少化石燃料依赖的需求增加，这项技术提供了一个可行的替代方案。研究显示，这些热泵在高温下的性能稳定性及安全性是关键因素，尤其是在变化的操作条件下。随着实验室测试和实际运行数据的积累，未来的热泵设计将更具针对性，能够满足不同工厂的需求，进一步推动工业的可持续发展。