Cele projektu

Do czego dąży DUOHEAT

Spiętrzenie temperatury co najmniej 100 K, ciepło dostarczane przy temperaturze do 200 °C oraz współczynnik wydajności (COP) 2,5–8 — krok dalej niż opublikowane konstrukcje wysokotemperaturowych pomp ciepła.

Cel

Komercyjnie opłacalna wysokotemperaturowa pompa ciepła

Celem DUOHEAT jest zaprojektowanie, zbudowanie i przygotowanie do komercjalizacji dwustopniowej, wysokotemperaturowej pompy ciepła zdolnej wytwarzać ciepło o temperaturze do 200 °C, przy spiętrzeniu temperatury — różnicy między temperaturą źródła a temperaturą dostarczanego ciepła — wynoszącym co najmniej 100 K. Osiągnięcie tego spiętrzenia w sposób efektywny jest tym, z czym porównujemy resztę tej strony wobec opublikowanych alternatyw.

Jak wypada DUOHEAT

Wysokie temperatury przy wysokim COP

Opublikowane konstrukcje wysokotemperaturowych pomp ciepła zwykle wiążą się z kompromisem między temperaturą dostarczanego ciepła a sprawnością: im wyższa temperatura na wyjściu, tym niższy bywa COP. Dwustopniowa sprężarka i mieszalnikowy wymiennik ciepła DUOHEAT zostały zaprojektowane tak, by utrzymać wyższy COP przy jednoczesnym osiąganiu wyższej temperatury dostarczanego ciepła niż w konstrukcjach opisanych w literaturze poniżej.

Temperatura dostarczanego ciepła (°C)

Zakres temperatury dostarczanego ciepła wg źródła Wykres zakresów. Bobelin (2012): od 80 do 138 stopni C. Mateu-Royo (2019): od 90 do 140 stopni C. Xu (2021): od 80 do 100 stopni C. DUOHEAT: od 110 do 210 stopni C, przekraczając wszystkie trzy opublikowane konstrukcje. Pełne wartości znajdują się w tabeli poniżej. 0 50 100 150 200 °C Bobelin (2012) 80 138 Mateu-Royo (2019) 90 140 Xu (2021) 80 100 DUOHEAT 110 210

Współczynnik wydajności (COP)

Zakres COP wg źródła Wykres zakresów. Bobelin (2012): COP od 1 do 5. Mateu-Royo (2019): COP od 2,2 do 3,4. Xu (2021): COP od 4 do 5,7. DUOHEAT: COP od 2,5 do 8, najwyższa górna granica spośród czterech. Pełne wartości znajdują się w tabeli poniżej. 0 2 4 6 8 Bobelin (2012) 1 5 Mateu-Royo (2019) 2,2 3,4 Xu (2021) 4 5,7 DUOHEAT 2,5 8
Porównanie rozwiązań sprężarek stosowanych w wysokotemperaturowych pompach ciepła
Źródło Temp. parowania [°C] Temp. skraplania [°C] Sprawność sprężarki Moc cieplna [kW] COP
Bobelin (2012) – / 36–60 – / 80–138 70% 50–200 1–5
Mateu-Royo (2019) 60–80 / – 90–140 / – 60,3% 10,9–17,5 2,2–3,4
Xu (2021) 45–65 / – 80–100 / – 75% 12 4–5,7
DUOHEAT 50–90 / 30–70 110–200 / 115–210 izentropowa 80% / 78% (stopień wysoko-/niskoprężny) 50–1000 2,5–8

Powyższe wykresy są własną wizualizacją DUOHEAT danych z tabeli poniżej — nie są odwzorowaniem żadnego opublikowanego wykresu.

  • Bobelin, D., & Bourig, A. (2012). “Experimental Results of a Newly Developed Very High Temperature Industrial Heat Pump (140 °C) Equipped With Scroll Compressors and Working With a New Blend Refrigerant.” Paper 2435. International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue. docs.lib.purdue.edu/iracc/1299
  • Mateu-Royo, C., Navarro-Esbrí, J., Mota-Babiloni, A., Molés, F., & Amat-Albuixech, M. (2019). “Experimental exergy and energy analysis of a novel high-temperature heat pump with scroll compressor for waste heat recovery.” Applied Energy, 253, 113504. doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113504
  • Xu, C., Yang, H., Yu, X., Ma, H., Chen, M., & Yang, M. (2021). “Performance analysis for binary mixtures based on R245fa using in high temperature heat pumps.” Energy Conversion and Management: X, 12, 100123. doi.org/10.1016/j.ecmx.2021.100123

Powiązany kontekst międzynarodowy: Aneks 58 IEA, Zadanie 1.

Kto korzysta

Grupy docelowe

DUOHEAT jest skierowany do ciepłowni i elektrociepłowni, a także do sektorów przemysłu opartych na procesach wysokotemperaturowych.

Ciepłownie i elektrociepłownie

Suszenie i pasteryzacja

Przemysł chemiczny

Produkcja żywności

Szerszy wpływ

Poza samą technologią

DUOHEAT wspiera bardziej zrównoważoną gospodarkę cieplną: zastąpienie ogrzewania opartego na paliwach elektryfikacją napędzaną ciepłem odpadowym redukuje emisje i poprawia efektywność energetyczną procesów przemysłowych. Stabilne powiązanie zapotrzebowania na energię elektryczną do produkcji ciepła z systemem elektroenergetycznym wspiera również rozwój odnawialnych źródeł energii oraz efektywność planowanych jednostek jądrowych w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE). Łączenie wysokotemperaturowych pomp ciepła z magazynami energii to kolejny sposób zapobiegania redysponowaniu nierynkowemu. Najtrudniejsza do zmierzenia, ale być może najważniejsza korzyść ma charakter społeczny: dekarbonizacja ciepłownictwa i przemysłu oraz redukcja emisji CO₂.