高溫熱泵技術測試達 320 華氏度 助力工廠減少對化石燃料的依賴

研究人員在華氏 320 度（約 160 度攝氏）下測試高溫熱泵，顯示該技術能夠提供工業蒸汽和熱水，同時減少對化石燃料的依賴。這項研究由德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE）科學家進行。研究團隊開發了一個新的實驗室測試裝置，以檢測能夠在高溫下提供工藝蒸汽和加壓熱水的熱泵。

應對工業脫碳挑戰

此項工作旨在應對工業脫碳問題，這是對仍依賴化石燃料供應大量熱能的工廠來說一個主要挑戰。該研究所的高級工程師及 FernWP 項目經理烏爾斯拉·維特施塔特（Ursula Wittstadt）博士指出，高溫熱泵可以提供一種替代方案。她強調了該技術的潛力，「通過我們的測試裝置，我們能夠測量這些相互作用，從而為進一步開發組件和完整系統奠定基礎。」

新測試裝置是在 FernWP 研究項目下設計的，旨在探討熱泵如何取代煤炭用於區域和工業供熱。研究人員可以利用該設施測量熱泵在高達華氏 320 度（約 160 度攝氏）下的性能，並檢查系統對變化的熱源、負載及操作模式的反應。維特施塔特進一步闡述，「對於工業應用而言，單單可達到的最高溫度並不是決定性因素。」該研究所的測試地點專注於調查能夠在華氏 320 度下產生蒸汽的熱泵。

根據維特施塔特的說法，高溫熱泵必須在操作條件改變時，可靠且高效地生產工藝蒸汽或加壓熱水。

在該項目中，團隊測試了使用丁烷作為製冷劑的熱泵。由於丁烷是易燃物，故他們亦研究了安全及安裝要求。從測試裝置收集到的數據可以使製造商設計適合高溫、大負載和變化條件的熱泵和熱交換器。同時，弗勞恩霍夫 ISE 還計劃進一步發展其安全測試設施，以建立針對大型和高溫熱泵中的製冷劑的安全概念。

大型熱泵的運行監測

除了實驗室測試外，弗勞恩霍夫 ISE 自 2023 年以來還監測了五個大型熱泵在區域供熱網絡中的運行。研究人員發現，當這些熱泵的部件、控制系統、水力整合及操作策略設計妥當時，能夠可靠運行並達到其目標性能。弗勞恩霍夫 ISE 的 Reallabor GroßWP 項目經理阿克塞爾·奧利瓦（Axel Oliva）透露，監測結果顯示大型熱泵在實際條件下表現良好，並能達到其目標性能。

然而，這種性能在很大程度上取決於周圍條件。他表示，當水溫下降或在部分負載運行時，從流動水中提取熱量的系統所產生的熱量會減少，當源頭溫度降至約華氏 43 度（約 6 度攝氏）以下時，產出也會減少。

位於曼海姆的電廠是大型熱泵生活實驗室研究的一部分。奧利瓦在新聞稿中強調，「我們還看到，將熱泵運行於一個集成的電廠系統中，需要對現有電廠設施、區域供熱網絡及客戶安裝有良好的瞭解。」根據研究團隊的說法，運營商現在越來越多地根據每日供熱需求和能源價格來運行熱泵。這意味著這些系統必須更頻繁地啟動和停止，但仍需保持可靠。該團隊將利用這些數據來建模大型熱泵與電力和供熱系統的相互作用，這可能顯示出如何更高效地運行熱泵並減少化石燃料的使用。

項目	規格
最大操作溫度	320°F (160°C)
使用製冷劑	丁烷

高溫熱泵技術的未來潛力

高溫熱泵技術的發展對於工業脫碳具有重要意義。隨著全球對減少化石燃料依賴的需求增加，這項技術提供了一個可行的替代方案。研究顯示，這些熱泵在高溫下的性能穩定性及安全性是關鍵因素，尤其是在變化的操作條件下。隨著實驗室測試和實際運行數據的積累，未來的熱泵設計將更具針對性，能夠滿足不同工廠的需求，進一步推動工業的可持續發展。