近十余年来，热泵技术的应用正从建筑领域向工业领域大规模拓展，高温蒸汽热泵的研发已成为国际研究的热点与难点。近日，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℃蒸汽热泵机组试机成功，为工业脱碳提供了高效解决方案。
150℃蒸汽热泵机组试机成功。研究团队供图该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，引领了热泵行业的技术进步，120℃产品亦成为行业标杆，推动国内热泵企业相继推出成熟商用产品。为进一步拓展工业应用场景，开发更高温度的蒸汽热泵已成为行业攻关方向。目前，现有超过120℃的蒸汽热泵多采用“蒸汽热泵+蒸汽压缩机”技术路线，不仅需复杂的多系统耦合，且设备成本高、能效偏低，制约了其在工业场景中的大规模推广。
针对上述行业痛点，团队长期致力于150℃蒸汽热泵机组的研发，并于近期成功完成样机试机。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产出150℃高温蒸汽，无需蒸汽再压缩，在大幅简化系统结构的同时，显著提升了机组能效比（COP）。
在此基础上，团队针对变工况运行控制策略进行深入优化，在原有膨胀阀开度控制基础上，引入基于卡尔曼滤波修正的模型预测控制技术，有效提升了对热源波动的响应速度，使机组在变工况条件下保持更高的能效与运行稳定性。此外，鉴于氢燃料电池在发电过程中会产生大量中低温余热，该蒸汽热泵机组可高效回收此类余热，打通了氢能产业链中热能梯级利用的关键环节。
上述研究得到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，相关成果已取得自主知识产权。团队将继续深化技术攻关，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。
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