「编者按」为了鼓励和表彰在能源、动力领域对科学技术发展做出突出贡献的单位和个人，充分调动广大能源、动力领域科技工作者的积极性和创造性，促进能源、动力科学技术事业发展，经向国家科技奖励办公室备案，中国工程热物理学会科学技术奖自2023年首次举办，并初见成效。首届获奖项目包括自然科学奖、技术发明奖，涵盖工程热力学、热机气动热力学、燃烧学、传热传质学、流体机械、多相流等各个分支学科。
现对首届获奖项目成果进行系列专栏展示，敬请关注！同时，2024年报奖工作正在进行中，欢迎广大高校、科研院所、企业的科研工作者及技术人员积极申报。
一 、获奖项目
项目名称
中低温热能高效热力循环关键技术及应用
获奖等级
技术发明二等奖
主要完成单位
天津大学
上海汉钟精机股份有限公司
上海柯茂机械有限公司
主要完成人
赵力、邓帅、许伟聪、李敏霞、王乐民、李惟毅、谢鹏
二 、成果简介
中低温热能（温度低于300℃）在可再生能源中广泛赋存。我国的地热能、太阳能、海洋热能等资源中，年均可开发的中低温热能总量达6.37×1022 J，约等于2023年我国能源消耗总量的400倍。因此，在国家“双碳”目标需求牵引下，面向可再生能源利用，开发高效率、低成本的中低温热功转换技术对于我国能源利用降碳增效具有重要意义。
以热力循环实现热功转换是中低温热能高效利用的重要方式，然而，现阶段的中低温热力循环系统普遍存在循环效率和热力学完善度较低的问题，严重制约了中低温热能的开发和利用。赵力教授团队在国家科技部、基金委、天津市科委等部门支持下，经过近20年技术攻关，开展热力循环技术创新及产品研发，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。基于相关成果建成了首套太阳能驱动“冷热电淡水”四联供系统，项目技术水平达到国际领先；项目技术通过合作开发，有机朗肯循环及热泵等产品销往全球50多个国家和地区。
图1 成果总体思想
三 、主要创新点
（1）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：提出了针对循环工质蒸发、冷凝过程和膨胀、压缩过程的工质优选原则，以及基于分子基团贡献法的工质逆向设计方法，实现了热力循环工质的优选。热力循环三维构建方法指导设计理论热力循环，相比传统循环可用能效率提高22%。
图2 热力循环三维构建方法
（2）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：提出的自复叠有机朗肯循环，实现以太阳能为代表的中低温热能高效转换，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%。
图3 基于变工质物性的动力/热泵循环结构
（3）发明了面向中低温热能利用的系统集成技术，完成了先进热力循环系统的产业化研发：发明了动力/热泵循环系统关键部件，并提出系统关键部件集成方案，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。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，能量利用率相比传统工业水平提升13%。
图4 系统集成技术
四 、应用场景
项目自2016年起开始推出螺杆ORC和涡轮ORC系列产品（发电功率10 kW~850 kW），产品销往国内十余个省份，出口至美洲、澳洲、东南亚等50多个国家和地区，应用项目涉及太阳能热电冷联产项目、地热能发电项目和工业余热发电项目等。其中，应用于天津渤海石化的余热发电项目实现了国内最大异步电机余热发电并网，在节能减碳方面具有积极的示范作用，相关成果被中央电视台晚间新闻特别报道。
图5 产品出口国家分布
