在低碳能源的结构下，热量的产生将从烧煤，烧天然气产生热量逐步转变为由清洁电力产生热量。全社会采暖、热水、蒸汽等热量需求达145亿GJ，若这部分热量全部由电加热产生，则需要消耗4.03万亿度电。众所周知，热泵是最高效的供热方式，全面推广热泵技术，可降低2.6万亿度电，意义重大。目前，在采暖，生活热水领域，热泵技术已得到了广泛的应用，但在非流程工业中应用还较少。

 

　　工业热泵

　　工业热泵是指中、高功率范围内的热泵，可用于工业过程的热回收和热升级，也可用于工业、商业和住宅建筑中的供暖和空调，以及区域供暖。按照不同的热源可以划分为四个等级。

　　低温工业热泵：供热温度＜60℃

　　中温工业热泵：供热温度60~100℃

　　高温工业热泵：供热温度100~160℃

　　超高温工业热泵：供热温度＞160℃

　　（160℃对应0.7MPa标准蒸气）

 

　　工业热泵的价值在其通过低碳电力减少供暖碳排放的能力，以及降低平衡电力系统和用户端消耗热能的成本。

 

　　目前在食品、医药，纺织等非流程工业，存在近70亿GJ 热量需求，需求的温度范围在60~150℃，而钢铁、化工等流程工业，以及数据中心的工业余热资源丰富，极其适合作为工业热泵的热源。特别是发电站、钢铁厂的废热水，为了避免废热直接排出造成对环境的污染，往往需要通过冷却塔进行冷却，这一方面增加了处理成本，另一方面也浪费了大量的余热，如果能回收这些工业余热来满足非流程工业用热需求，将有很好的社会价值和经济价值。

（非流程工业用热需求60~150℃、70亿GJ）

（流程工业、数据中心等工业余热约140亿GJ）

 

　　非流程工业脱碳解决方案

　　为了高效利用余热满足非流程工业用热需求，格力提出了一种解决方案，即采用大容量高温离心式热泵，将低品位30~80°C的工业余热提升到60~140°C，满足高品位的热量需求，其关键设备就是高温热泵。

　　大容量高温热泵可以高效回收余热资源，提升能源品位。

 

　　格力离心式热泵布局

　　这些年，格力一直深耕高温热泵的关键技术，在2017年就成功研发了出水温度60~80℃的工业余热回收离心式热泵，制热量达10MW，相关产品已广泛应用在鞍钢、大庆油田等50余个工程，总供热面积超1000万平方米，节能降碳效果显著。

 

　　（非流程工业）离心式热泵

　　格力离心式热泵，已针对全社会的用热需求完成产品布局，其中在非流程工业用热领域，推出高温离心式串联热泵，热水范围90~140℃，提供高温热水，或直接闪发微压蒸汽，或作为中压蒸汽的一级提热。

工业大容量高温离心式串联热泵

 

　　制冷剂：R1233zd(E)/R245fa

　　热水范围：90~140℃

　　最大温升：100K

　　热量范围：3~10MW

　　适用于食品、医药、化工、印染等非流程工业

　　高温热水及微压蒸汽用热，或中压蒸汽一级提热

 

　　（建筑采暖）离心式热泵

　　在建筑采暖领域，针对不同热源热汇系统，已完成全系列产品规划，其中有工业余热回收离心式热泵，回收20~40℃余热，提供60~80℃热水；常规的水地源离心式热泵，通过提取地下水、地埋管系统，污水源5~20℃的热源，制取40~60℃热水；针对缺少稳定热源的地区，也可通过热源塔作为热源，采用热源塔离心式串联热泵提供40~60℃热水，满足建筑采暖及生活热水的需求。

　　工业余热回收离心式热泵

 

　　制冷剂：R134a

　　热水范围：60~80℃

　　最大温升：50K

　　热量范围：1~15MW

　　热源：工业生产过程20~40℃余热回收和热升级

 

　　工业大容量高温离心式热泵

　　格力最新推出的工业大容量高温离心式热泵，其具有高温、高效、低碳、大容量、大温升五大特点。

　　机组特点

　　热泵机组按照120℃出水设计，最高可达140℃，通过一次闪蒸生成0.1~0.2MPa微压蒸汽，可直接应用于酿酒、洗涤漂白、中药提取等工艺流程；闪发的蒸汽也可以经过水蒸汽压缩机的二次加压，进一步得到0.6~0.8MPa的中压蒸汽，可用于温度要求更高的木材加工、化工精馏、高温干燥等流程，全面满足非流程工业用热需求。

　　高    效 

　　机组在热源侧60℃进水，热水出水120℃，60K温升工况下，机组制热COP达到3.93，热力学完善度达到0.60。通过对比分析，一台10MW热泵机组，可产生13.3t/h蒸汽，相比直接购买电厂蒸汽，高温热泵系统投资回收期＜3年，15年运行净收益4600万元，相比燃气锅炉，高温热泵系统投资投资回收期＜2年，15年运行净收益9400万元。

　　低    碳 

　　优选R1233zd(E)绿色工质，GWP＜1，并且在不同温升及冷凝温度条件下，均具有优越的循环性能，减少设备能耗，降低碳排放。经计算，在当前能源结构下，单台10MW高温热泵机组每年可实现减少CO2排放1.5万吨，降碳效果显著。

 

　　关键技术

　　采用了双压缩机串联、四级压缩的高压比大温升平台技术，极限压比可达16，极限温升达到100K，满足高温、大温升工况使用需求。

　　高速电机直驱结构

　　在压缩机结构设计上，应用了高速电机直驱转子的结构方案，取消传统离心压缩机的增速齿轮机构，机械损失平均降低70%，可同时避免齿轮啮合的高频噪音，设备噪声同比降低8dB(A)。

（高速电机直驱转子结构）

 

　　10kV高压直驱永磁变频

　　采用了行业独有的10kV高压直驱永磁变频的系统方案，设备启动电流小，对电网无冲击，功率因数高于0.95，同时谐波畸变率＜5%，无需工程配置功率补偿和谐波治理装置，减少初投资。

　　格力离心式热泵工程应用

　　格力依托十三五高温热泵国家课题，研制单机制热量10MW，温升30℃，出水60℃的热泵。首次将串联逆流、永磁直驱技术应用至热泵机组，COP达6.93，热力学完善度达到0.63。采用了永磁同步变频电机、高速电机直驱结构等先进技术，热水范围60~80℃，热量范围1~15MW，结合串联逆流独立双系统的高效热泵系统循环，进一步提高机组运行能效和增大单机容量。

 

　　产品已应用至50余个集中供热工程，总采暖面积超1000万平方米。

　　总装机热量18MW，回收30℃热轧钢循环冷却水余热，供热温度60℃，经第三发检测机构现场测试COP达到6.67，年节省采暖费用250万元。

　　新疆某县集中供热项目

　　采用4台热泵离心机，总装机容量40MW，回收数据中心机房冷却30℃余热，稳定制取70℃热水，满足当地居民冬季供暖需求。

　　银川某光伏企业工厂

　　采用7台热泵离心机，总装机容量69MW，回收单晶电池生产过程32℃废水余热，稳定制取60℃热水，满足厂区供暖及宿舍区生活热水的需求。

　　东北某油田示范工程

　　总装机热量14.4MW，回收33℃含油污水余热，制取75℃热水，最高温度达80℃，替代原有锅炉用于原油加热和厂房采暖。

　　格力始终坚持自主创新，自主掌握核心技术。工业大容量高温离心式热泵具有低碳、高温、高效等优势，将为工业碳中和做出应有的贡献！