广州能源所高温蒸汽热泵技术研发取得新突破

近十几年来，热泵技术的应用大规模从建筑领域向工业领域拓展，高温输出的蒸汽热泵技术研发成为国际研究的热点与难点，中国科学院广州能源所地热能与节能技术研究中心地热能科研团队研发的150℃蒸汽热泵机组近期试机成功，为工业脱碳提供了高效解决方案。

广州能源所地热能科研团队在国内率先开展蒸汽热泵技术研究，于2014年成功研制出国内首台120℃蒸汽热泵机组。蒸汽热泵技术进步引领了热泵行业发展，120℃蒸汽热泵成为行业标杆，国内热泵企业相继推出成熟产品。为进一步拓宽工业应用场景，更高温度的蒸汽热泵机组研发成为目前热泵行业的研发方向。现有超过120℃的蒸汽热泵大多采用“蒸汽热泵+蒸汽压缩机”的技术路线，不仅需要复杂的多系统偶合，且设备价格高、能效低，工业场景中的大规模推广受到限制。

针对这一行业痛点，地热能科研团队长期致力于150℃蒸汽热泵机组的研制，于近期试机成功。该机组以70℃左右的低品位工业余热为热源，通过压缩式热泵循环直接生产出150℃的高温蒸汽，无须蒸汽再压缩，在大幅简化系统结构的同时，显著提高了蒸汽热泵的能效比（COP）。在此基础上，团队还针对该样机的变工况运行控制策略开展深入研究，在原有单纯控制膨胀阀开度的基础上补充了基于卡尔曼滤波修正的模型预测控制技术，提升了对热源波动的响应速度，使蒸汽热泵在变工况下性能更加高效稳定。除此之外，鉴于氢燃料电池在发电过程中会产生大量中低温余热，该蒸汽热泵机组能够满足氢燃料电池余热的高效回收需求，打通了氢能产业链中热能梯级利用的关键一环。

该研究获得国家重点研发计划项目“质子交换膜燃料电池与热泵耦合电力-蒸汽联产关键技术”资助，成果已取得自主知识产权。科研团队将在此基础上，继续深化技术攻关，致力于突破180℃蒸汽热泵机组的技术瓶颈，进一步拓宽高温热泵在化工、冶金、造纸等高耗能重工业领域的应用边界。