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1、技术成果篇 120 技术 17 中低温热能高效热力循环关键技术17.1 技术提供方技术提供方天津大学机械工程学院17.2 技术简介技术简介技术名称：技术名称：中低温热能高效热力循环关键技术。技术领域：技术领域：碳减排技术。技术成果来源：技术成果来源：（1）国家科技部 863 探索类项目：新型太阳能低温高效热电循环研究（2006AA05Z420） 。（2）国家科技部 863 项目：200 kW 级有机朗肯循环太阳能热发电技术（2012AA051103） 。（3）国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项项目：多能互补高效梯级利用的分布式供能关键技术（2018YFB0905100） 。（4）国
2、家自然科学基金面上项目：非共沸工质冷凝过程中的气液分离及气相膨胀压缩特性研究（51476110） 。（5）国家自然科学基金面上项目：混合工质组份可调型有机朗肯循环关键科学问题研究（5127612） 。（6）天津市科技支撑项目：聚焦太阳能分布式复合供能系统研究与示范（11ZCZDGX19800） 。17.3 技术内容技术内容17.3.1 技术原理及工艺流程技术原理及工艺流程1.技术原理技术原理中低温热能高效热力循环关键技术，采用先进的热力循环三维构建方法（如图 4-34 所示） ，攻克了能量转换限度、高效循环结构、产品集成研发等关键技术瓶颈问题。形成了自复叠有机朗肯循环、气相膨胀双级压缩热泵循环
3、、低环温空气源高温热泵循环（如图 4-35 所示）等多种新型高效的中低温热能利用循环，为可再生能源利用和余热回收提供了丰富的技术方案选择， 能满足多种能源场景天津市生态环境保护科技发展蓝皮书（2021） 121 的用能需求。图 4-34 热力循环三维构建方法示意图（a）自复叠有机朗肯循环（b）气相膨胀双级压缩热泵循环（c）低环温空气源高温热泵循环图 4-35 先进热力循环的原理图2.工艺流程工艺流程在此基础上，该技术成果形成了可实现冷、热、电及海水淡化四联供的中低温热能利用系统（工艺流程及系统现场情况如图 4-36 所示） ，其能量利用率相比传统工业水平提升了 13%；完成了热力循环系统技术产
4、品开发，包括 200 kW 级有机朗肯循环发电系统和实现环温-30下稳定产生 55的热水的低环温空气源高温热泵系统，设计搭建了动力余热驱动的功冷并供样机，总输出功率达 31.31kW（产品实物如图 4-37 所示） ，综合能源利用效率达 39.6%。技术成果篇 122 （a）工艺流程图（b）系统实物图图 4-36 基于能源综合梯级利用的冷热电及海水淡化多联供系统图(a)200kW级有机朗肯循环发电机组(b)螺杆式低环温空气源高温热泵机组(c)动力余热驱动的功冷并供样机图 4-37 相关产品的实物图17.3.2 技术适用范围技术适用范围该技术适用于工业和电力生产行业，具体涉及可再生能源发电、工业
5、余热回收利用、制冷和供热等技术领域，是一种有效的节能、减碳技术。该技术成果要求提供中低温热能，具体形式可为太阳能、地热能、海洋温差能等和工业余热，同时也要求与系统规模相适配的冷却条件。除此之外，该技术对运行规模、物料性质、地理条件、原料来源等均无限制。17.3.3 技术创新性及先进性技术创新性及先进性该技术成果在国际上首创了先进热力循环三维构建方法， 攻克了能量转换限度、高效循环结构、产品集成研发等关键瓶颈技术问题。该技术成果的创新性和先进性主要体现在以下三个层面：在理论层面，发明了热力循环三维构建方法，填补了先进热力循环构建方法的空白。热力循环三维构建方法指导设计理论热力循环，相比传统循环可
6、用能效天津市生态环境保护科技发展蓝皮书（2021） 123 率提高 22%。在技术层面，发明了基于变工质物性的动力循环和热泵循环结构，提升了热力循环系统的实际效率。所提出的自复叠有机朗肯循环，可用能效率相比传统有机朗肯循环提高 7.1%；提出的低环温空气源高温，热泵循环，实现空气能的高效利用，循环制热 COP 相比传统技术提高 15%。在产品应用层面，完成了三类技术产品研发，包括 200 kW 级有机朗肯循环发电系统、-30下稳定产生 55的热水的低环温空气源高温热泵系统和 30 kW级余热驱动的功冷并供系统。建成了可实现冷、热、电及海水淡化四联供的中低温热能利用系统，能量利用率相比传统工业水
7、平提升 13%。17.3.4 知识产权情况知识产权情况发明专利 5 项。17.4 节能减碳或污染防治效果节能减碳或污染防治效果该技术成果具有较大的节能减碳潜力。一方面，该技术成果可以作为一种清洁能源的发电技术。与传统火力发电技术相比，该技术成果利用清洁的可再生能源和工业余热，在电力产生过程中无直接的二氧化碳排放。因此，该技术成果可以有效减少电力生产过程的碳排放。 另一方面， 该技术成果作为一种多联产系统，可以在工业余热利用领域发挥重要的作用， 提升工业用能系统的综合能源利用率，减少工业系统的一次能源消耗，从而减少工业领域的碳排放。经过相关的技术推广和应用示范，该技术成果的应用已累计节约 141
8、.4 万吨标准煤，减少 352.6 万吨二氧化碳排放，具有很好的节能减排效果。17.5 技术示范情况技术示范情况太阳能驱动的太阳能驱动的-热热-电电-海水淡化多联供系统海水淡化多联供系统工程规模：200 kW。建设条件：利用园区内太阳能集热器的收集的 180导热油，为园区内其他工业区域提供 200 kW 的电力供应和相应的冷、热、淡水供应。主要建设内容：建成利用太阳能的热、电、冷、海水淡化四联供系统，实现了可再生能源的综合梯级利用，系统全年提供电力供应，冬/夏季供暖/冷，春秋过渡季利用太阳能进行海水淡化。技术成果篇 124 关键设备：低温螺杆 ORC 发电机组、溴化锂制冷机组、低温多效海水淡化机组、槽式太阳能集热器、导热油锅炉。投入运行时间：3 年。项目验收情况：顺利完成验收，达到相关技术要求。应用效果：该技术示范案例应用之后，通过利用太阳能提供的中低温热能，系统可以全年提供电力供应，冬/夏季供暖/冷，春秋过渡季利用太阳能进行海水淡化。实现每小时 200 kWh 发电量，并为 10000 m2建筑面积提供冬季供暖，为1500 m2建筑提供夏季供冷， 同时在过渡季节每小时生产 1 t 淡化水。 该技术案例的实施，使得园区能够利用清洁的太阳能生产所需的电力、热量、冷量和淡水等能源产品，减少了园区中的化石能源消耗，达到了节能减碳的目的。