高效灵活电热冷转化技术是多能互补领域关键技术之一，随着可再生能源发电比例显著上升及其发电功率的波动性等原因，对多能互补系统灵活性提出了更高需求。在多能互补系统中用户端分为电、热及冷需求，其中将可再生能源电力灵活转化为热或者冷是多能互补系统核心支撑技术。电热转化实际应用中热泵技术由于其节能降碳效果显著及投资回收期较短得到了广泛关注，但是常规热泵温升幅度较窄和循环效率较低导致其应用范围受限。为了进一步提升热泵技术经济性，将多能互补系统等余热同步回收的宽温域热泵技术成为具有重要意义的研究方向。此外，由于常规热泵受到热力学循环、压缩机耐温耐压上限、工质热物性及润滑油耐温极限等制约，导致现有热泵技术难以满足“大温升”与“高制热温度”的换热需求的技术瓶颈难题亟需解决。

在上述背景下，孙健副教授课题组将吸收式与压缩式热泵进行深度耦合，对宽温域耦合热泵技术热力学循环构建方法及循环工质遴选开展研究。该新型耦合热泵针对常规热泵工作温度区间窄的技术难题，将吸收式热泵的吸收器与压缩式热泵的蒸发器深度耦合为双相变换热器，利用吸收器放出的热量加热压缩式热泵进入蒸发器的低温液态制冷剂。该系统采用中温余热来驱动吸收式热泵的发生器，同时用一股低温冷却水来吸收吸收式热泵冷凝器释放的热量，利用两者之间的热势差，将中温余热热量转移到更高品位热能上。在同时实现吸收式和压缩式循环的基础上，压缩式热泵冷凝器侧可制取100℃以上的高温热量。相比常规热泵技术温度提升幅度50%以上，在某用户多能互补系统设计工况下宽温域热泵可制取 115℃ 的热水，且COP达到 2.33，投资回收期短仅为1.2年，有显著的技术经济优势和较好的市场应用潜力。

▲图一 宽温域热泵机组循环流程图

▲图二 宽温域热泵研发实验平台

2025年4月，该研究工作的成果热电联产机组灵活性提升方法研究综述发表在中文核心期刊动力工程学报上，宽温域热泵技术已申请及授权发明专利20余项，形成了自主知识产权新型热泵技术体系（CN202411942684.7、CN202410644532.2、CN202410602034.1、CN202410121550.2等），课题组部分新型热泵技术已经在中煤集团、北京首创环境集团、青岛能源集团及华电综合能源系统等进行工程示范，研发的新型热泵获得了中国热泵创新产品奖及优秀节能工程案例。论文的通讯作者是新能源电力国家重点实验室孙健副教授，华北电力大学是论文唯一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金重大项目和国家重点研发计划资助。

Reference：孙健,吴宝钢,王国顺,等.热电联产机组灵活性提升方法研究综述[J].动力工程学报,2025,45(04):626-634+644.DOI:10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240048.

初审：李美琪

复审：张洪

终审：彭跃辉