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《广州能源研究所在燃气热泵(GHP)技术研究方面取得新进展》

  • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者： guokm
  • 发布时间：2022-07-08

  • 近日，中国科学院广州能源研究所储能技术研究室冯自平研究员团队在燃气热泵（GHP）技术的制热综合性能及余热回收特性方面取得系列创新性研究成果。

    　　GHP系统是一个整体的高效燃气分布式能源系统，可实现能源的梯级高效利用，是符合双碳背景下的先进低碳节能技术。该研究建立了国内首套使用燃气发动机驱动R410A制冷剂开启式涡旋压缩机的超高能效空气源燃气热泵系统，构建了高效的余热回收系统，系统发动机余热的回收效率在发动机尾气排烟温度低于100℃时高达77.7%；系统考察了多项因素对GHP系统的制热运行各性能参数的影响，并在超低温环境下考察了使用制冷剂与供暖水这两种余热回收载体对系统余热回收的影响。研究将发动机热效率的计算引入到GHP系统研究中，并结合发动机热效率的数值变化深入分析了系统各性能参数变化的原因。相关成果以研究论文形式发表于能源领域国际学术期刊Applied Thermal Engineering（JCR 1区）。

    　　项目获取了关键性能影响参数，形成了高效的余热回收方式，建立了在极低温-20℃下余热高效利用的控制策略。研究成果行业创新已成功应用于广州能源所孵化的科技型企业中科广能能源研究院（重庆）有限公司的GHP产品，产品已通过第三方检测机构认证，各项性能指标达到国际同类产品的先进水平。储能技术研究室近年来通过产学研合作，实现了低碳科技成果的高效转化，通过建立广泛的国际/国内、学术/产业网络，加快技术研发和产品迭代。

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  • 《广州能源所在燃气热泵技术方面取得系列进展——由实验室走向产业化》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-06-11
    • 　燃气热泵（GHP）是一项可同时提供空间制冷、制热及生活热水的先进节能技术。与电热泵（EHP）相比，具有一次能源利用率（PER）高、所需配电容量小，低温下制热性能几乎不衰减等优势。中国科学院广州能源研究所储能技术研究室冯自平研究员团队自2006年主持科技部863计划项目“燃气热泵（GHP）研制关键技术”起，就燃气热泵技术开展了系列研究，近3年累计公开发表专利12项、软著7个，制定企业标准91项。 　　近期中国科学院广州能源研究所储能技术研究室冯自平研究员团队在GHP技术的多模式性能实验研究、数值模型构建及控制技术等方面取得了多项创新性研究成果，并在此基础上实现了GHP技术的产业化。数十余篇科技论文成果在Applied Thermal Engineering、International Journal of Refrigeration, Thermal Science and Engineering Progress, 《化工进展》《太阳能学报》等国内外知名专业期刊上相继发表。主要研究成果简介如下： 　　1. 开发了国内首套使用燃气发动机驱动R410A制冷剂开启式涡旋压缩机的高能效GHP系统实验平台（含空气源及水源），开展多模式运行的性能实验研究。在空气源GHP系统上开展制冷、制热、制冷+生活热水联供、制热+生活热水联供及纯生活热水共计5种模式运行的性能实验研究，在水源GHP（WGHP）系统上进行冷热联供特性的实验研究；在不同运行模式中考察了出水温度、发动机转速、环境温度、进水流量、制冷负荷率等因素对GHP系统性能的影响。研究将GHP系统的一次能效（PER）解耦成热泵能效（COP）与发动机热效率（ηeng）两个参数进行研究，得到了PER变化的本质原因；在-20 ℃超低温环境下针对多种余热回收方式（mode-1~mode-4）进行了具体对比分析，补充了低温制热实测数据空白；WGHP系统的总PER和余热回收率（Rrec,res）分别为2.479~3.532和70.90%~83.50%，表明了系统具有较高能效的同时还具有良好的余热回收效果。相关成果链接如下： 　　原文链接： 　　（1）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118863 　　（2）https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.10.017 　　（3）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120538 　　（4）https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101726 　　（5）10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1340 　　2. 开展了GHP系统的数值模拟研究，包含动力系统数值模拟研究和无外输电力的GHP系统模型模拟研究。研究首次建立了燃气热泵余热回收系统的多元回归模型，并创新性地设计出一种实验过程及通用算法，可以有效分析缺乏厂商信息参数的压缩机的内部深层耦合规律。研究发现涡旋压缩机的机械效率和？效率在典型工况下分别为68.20%~97.52%和55.71%~77.12%。针对缺电和完全无电场景，创新性首次提出了一种无外输电力的热泵系统（NEHP），包含发动机变转速与定转速的两种NEHP系统。对比NEHP-G与电热泵（EHP）两系统经济性时需要考虑当地气电比rge，rge小于等经济气电比（rge,eq）时，NEHP-G具有比EHP更优的经济性。相关成果链接如下： 　　原文链接： 　　（6）https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120015 　　（7）10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0854 　　3. 提出了一种GHP嵌入式控制系统，可以实现系统的灵活精准控制。研究介绍了多输入输出控制模块、发动机控制模块、蒸发温度控制模块、人机交互模块等GHP核心控制模块的设计原则和方法，阐述了GHP控制器如何与发动机ECU实时可靠通讯，进而实现发动机转速、启停等控制。随着外部环境和热负荷的不断变化，GHP系统具有滞后、非线性和时变特点，需要实时调整发动机档位，通过精细化控制实现GHP系统的出水温度快速逼近并稳定在目标值。通过主控制器对发动机转速和蒸发器过热进行双闭环控制，可以保证GHP冷热水机系统出水温度的稳定性和准确性。 　　原文链接： 　　（8）https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2022.09.020 　　（9）10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1776
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  • 《工程热物理研究所在压气机机匣处理设计方面取得进展》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2021-12-09
    • 近日，中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室团队在压气机机匣处理优化设计技术方面取得新进展。航空发动机的推重比与效率导致了其压气机级负荷的不断提升。在压气机内部复杂非定常流动的作用下，较高的负荷会加剧流动不稳定性，轻则导致发动机特性的急剧恶化，重则造成发动机熄火或者致使叶片断裂，从而造成整台发动机损毁。因此，拓宽压气机的稳定裕度，避免流动不稳定现象的发生具有重大意义。 　　该研究团队长期致力于航空发动机/燃气轮机压气机的气动稳定性和效率问题研究。在前期研究基础上，研究人员搭建了基于遗传算法和Kriging代理模型的压气机机匣处理优化平台，以未来民航机高效高升力系统内的斜流压气机部分转速下的效率与裕度为优化目标，展开了轴向缝机匣处理多目标优化设计工作。 　　优化得到的轴向缝机匣处理设计在保证效率不降低的前提下，可将该压气机在部分转速下的稳定裕度显著提升20%。图3所示的流线图说明轴向缝机匣处理能够在动叶顶部区域施加一股流动循环，其中向下游倾斜的轴向缝设计抽气量较大，抽吸作用较为明显，扩稳效果较好，向上游倾斜的设计则主要通过喷射作用抑制动叶前缘处叶顶泄漏流的溢出，扩宽压气机稳定运行范围。 　　本项研究工作得到国家自然科学基金与国家科技重大专项资助，相关论文以Design Optimization of Axial Slot Casing Treatment in a Highly-Loaded Mixed-Flow Compressor为题发表在Aerospace Science and Technology上。
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