Высокотемпературные и транскритические циклы тепловых насосов и достижения в их развитии: обзор

Промышленные и крупномасштабные тепловые насосы представляют собой хорошо зарекомендовавшую себя экологически чистую технологию с низким уровнем выбросов для процессов с температурами ниже 100 °C, особенно при использовании возобновляемой энергии. Следующим этапом развития тепловых насосов является расширение экономически целесообразного диапазона эксплуатации для обеспечения температур 100–200 °C, на которые приходится, по оценкам, 27% потребности промышленности в тепле для технологических процессов. Большинство высокотемпературных циклов тепловых насосов работает при давлениях ниже критической точки хладагента. Однако технология высокотемпературных транскритических тепловых насосов (HTTHP) обладает значительным потенциалом повышения эффективности благодаря температурному глайду, особенно в процессах с большими изменениями температуры на стороне потребителя теплоты. В настоящем обзоре рассматривается, каким образом дальнейшее развитие технологии HTTHP может использовать инновации в области исследований высокотемпературных тепловых насосов для решения ключевых технических задач. Для этого был составлен исчерпывающий перечень из 49 различных структур высокотемпературных или транскритических циклов тепловых насосов, что позволило классифицировать 10 компонентов циклов, повышающих производительность. В обзоре, посвящённом высокотемпературным транскритическим циклам тепловых насосов, выделены шесть технических задач, стоящих перед их развитием, и предложены решения для каждой из них, включая новую каскадную схему «транскритический–транскритический» цикл. Одним из ключевых результатов обзора стало предложение нового цикла, требующего детального исследования в качестве возможного варианта высокотемпературного транскритического цикла теплового насоса.