在低碳能源的結構下，熱量的產生將從燒煤，燒天然氣產生熱量逐步轉變為由清潔電力產生熱量。全社會采暖、熱水、蒸汽等熱量需求達145億GJ，若這部分熱量全部由電加熱產生，則需要消耗4.03萬億度電。眾所周知，熱泵是最高效的供熱方式，全面推廣熱泵技術，可降低2.6萬億度電，意義重大。目前，在采暖，生活熱水領域，熱泵技術已得到了廣泛的應用，但在非流程工業中應用還較少。

 

　　工業熱泵

　　工業熱泵是指中、高功率范圍內的熱泵，可用于工業過程的熱回收和熱升級，也可用于工業、商業和住宅建筑中的供暖和空調，以及區域供暖。按照不同的熱源可以劃分為四個等級。

　　低溫工業熱泵：供熱溫度＜60℃

　　中溫工業熱泵：供熱溫度60~100℃

　　高溫工業熱泵：供熱溫度100~160℃

　　超高溫工業熱泵：供熱溫度＞160℃

　　（160℃對應0.7MPa標準蒸氣）

 

　　工業熱泵的價值在其通過低碳電力減少供暖碳排放的能力，以及降低平衡電力系統和用戶端消耗熱能的成本。

 

　　目前在食品、醫藥，紡織等非流程工業，存在近70億GJ 熱量需求，需求的溫度范圍在60~150℃，而鋼鐵、化工等流程工業，以及數據中心的工業余熱資源豐富，極其適合作為工業熱泵的熱源。特別是發電站、鋼鐵廠的廢熱水，為了避免廢熱直接排出造成對環境的污染，往往需要通過冷卻塔進行冷卻，這一方面增加了處理成本，另一方面也浪費了大量的余熱，如果能回收這些工業余熱來滿足非流程工業用熱需求，將有很好的社會價值和經濟價值。

（非流程工業用熱需求60~150℃、70億GJ）

（流程工業、數據中心等工業余熱約140億GJ）

 

　　非流程工業脫碳解決方案

　　為了高效利用余熱滿足非流程工業用熱需求，格力提出了一種解決方案，即采用大容量高溫離心式熱泵，將低品位30~80°C的工業余熱提升到60~140°C，滿足高品位的熱量需求，其關鍵設備就是高溫熱泵。

　　大容量高溫熱泵可以高效回收余熱資源，提升能源品位。

 

　　格力離心式熱泵布局

　　這些年，格力一直深耕高溫熱泵的關鍵技術，在2017年就成功研發了出水溫度60~80℃的工業余熱回收離心式熱泵，制熱量達10MW，相關產品已廣泛應用在鞍鋼、大慶油田等50余個工程，總供熱面積超1000萬平方米，節能降碳效果顯著。

 

　　（非流程工業）離心式熱泵

　　格力離心式熱泵，已針對全社會的用熱需求完成產品布局，其中在非流程工業用熱領域，推出高溫離心式串聯熱泵，熱水范圍90~140℃，提供高溫熱水，或直接閃發微壓蒸汽，或作為中壓蒸汽的一級提熱。

工業大容量高溫離心式串聯熱泵

 

　　制冷劑：R1233zd(E)/R245fa

　　熱水范圍：90~140℃

　　最大溫升：100K

　　熱量范圍：3~10MW

　　適用于食品、醫藥、化工、印染等非流程工業

　　高溫熱水及微壓蒸汽用熱，或中壓蒸汽一級提熱

 

　　（建筑采暖）離心式熱泵

　　在建筑采暖領域，針對不同熱源熱匯系統，已完成全系列產品規劃，其中有工業余熱回收離心式熱泵，回收20~40℃余熱，提供60~80℃熱水；常規的水地源離心式熱泵，通過提取地下水、地埋管系統，污水源5~20℃的熱源，制取40~60℃熱水；針對缺少穩定熱源的地區，也可通過熱源塔作為熱源，采用熱源塔離心式串聯熱泵提供40~60℃熱水，滿足建筑采暖及生活熱水的需求。

　　工業余熱回收離心式熱泵

 

　　制冷劑：R134a

　　熱水范圍：60~80℃

　　最大溫升：50K

　　熱量范圍：1~15MW

　　熱源：工業生產過程20~40℃余熱回收和熱升級

 

　　工業大容量高溫離心式熱泵

　　格力最新推出的工業大容量高溫離心式熱泵，其具有高溫、高效、低碳、大容量、大溫升五大特點。

　　機組特點

　　熱泵機組按照120℃出水設計，最高可達140℃，通過一次閃蒸生成0.1~0.2MPa微壓蒸汽，可直接應用于釀酒、洗滌漂白、中藥提取等工藝流程；閃發的蒸汽也可以經過水蒸汽壓縮機的二次加壓，進一步得到0.6~0.8MPa的中壓蒸汽，可用于溫度要求更高的木材加工、化工精餾、高溫干燥等流程，全面滿足非流程工業用熱需求。

　　高    效 

　　機組在熱源側60℃進水，熱水出水120℃，60K溫升工況下，機組制熱COP達到3.93，熱力學完善度達到0.60。通過對比分析，一臺10MW熱泵機組，可產生13.3t/h蒸汽，相比直接購買電廠蒸汽，高溫熱泵系統投資回收期＜3年，15年運行凈收益4600萬元，相比燃氣鍋爐，高溫熱泵系統投資投資回收期＜2年，15年運行凈收益9400萬元。

　　低    碳 

　　優選R1233zd(E)綠色工質，GWP＜1，并且在不同溫升及冷凝溫度條件下，均具有優越的循環性能，減少設備能耗，降低碳排放。經計算，在當前能源結構下，單臺10MW高溫熱泵機組每年可實現減少CO2排放1.5萬噸，降碳效果顯著。

 

　　關鍵技術

　　采用了雙壓縮機串聯、四級壓縮的高壓比大溫升平臺技術，極限壓比可達16，極限溫升達到100K，滿足高溫、大溫升工況使用需求。

　　高速電機直驅結構

　　在壓縮機結構設計上，應用了高速電機直驅轉子的結構方案，取消傳統離心壓縮機的增速齒輪機構，機械損失平均降低70%，可同時避免齒輪嚙合的高頻噪音，設備噪聲同比降低8dB(A)。

（高速電機直驅轉子結構）

 

　　10kV高壓直驅永磁變頻

　　采用了行業獨有的10kV高壓直驅永磁變頻的系統方案，設備啟動電流小，對電網無沖擊，功率因數高于0.95，同時諧波畸變率＜5%，無需工程配置功率補償和諧波治理裝置，減少初投資。

　　格力離心式熱泵工程應用

　　格力依托十三五高溫熱泵國家課題，研制單機制熱量10MW，溫升30℃，出水60℃的熱泵。首次將串聯逆流、永磁直驅技術應用至熱泵機組，COP達6.93，熱力學完善度達到0.63。采用了永磁同步變頻電機、高速電機直驅結構等先進技術，熱水范圍60~80℃，熱量范圍1~15MW，結合串聯逆流獨立雙系統的高效熱泵系統循環，進一步提高機組運行能效和增大單機容量。

 

　　產品已應用至50余個集中供熱工程，總采暖面積超1000萬平方米。

　　總裝機熱量18MW，回收30℃熱軋鋼循環冷卻水余熱，供熱溫度60℃，經第三發檢測機構現場測試COP達到6.67，年節省采暖費用250萬元。

　　新疆某縣集中供熱項目

　　采用4臺熱泵離心機，總裝機容量40MW，回收數據中心機房冷卻30℃余熱，穩定制取70℃熱水，滿足當地居民冬季供暖需求。

　　銀川某光伏企業工廠

　　采用7臺熱泵離心機，總裝機容量69MW，回收單晶電池生產過程32℃廢水余熱，穩定制取60℃熱水，滿足廠區供暖及宿舍區生活熱水的需求。

　　東北某油田示范工程

　　總裝機熱量14.4MW，回收33℃含油污水余熱，制取75℃熱水，最高溫度達80℃，替代原有鍋爐用于原油加熱和廠房采暖。

　　格力始終堅持自主創新，自主掌握核心技術。工業大容量高溫離心式熱泵具有低碳、高溫、高效等優勢，將為工業碳中和做出應有的貢獻！