مضخات الحرارة المولدة للبخار - نظرة عامة، تصنيف، اقتصاديات، ومبادئ النمذجة الأساسية

تعد مضخات الحرارة (HP) تقنية رئيسية لإزالة الكربون من إمدادات الحرارة في مختلف القطاعات. في العقود الماضية، تم إجراء أبحاث واسعة لتحقيق درجات حرارة إمداد أعلى وقدرات تسخين أكبر. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير مضخات حرارة معدلة لإمداد البخار - ما يعرف بمضخات الحرارة المولدة للبخار (SGHP). نظرًا لأن البخار هو الناقل الرئيسي للحرارة في نطاق درجات الحرارة المنخفضة والمتوسطة (حتى 300 درجة مئوية)، فإن SGHP تمكّن من استخدام HP في عمليات صناعية متنوعة وتعزز إزالة الكربون من القطاع الصناعي. يقدم هذا البحث الحالة الحالية لـ SGHP، والبيانات الفنية والاقتصادية ذات الصلة، ومبادئ النمذجة الأساسية لتوفير وصول أفضل إلى هذه التكنولوجيا. نظرًا لأن SGHP تعتمد على HP التقليدية (مثل مضخة الحرارة الضاغطة) أو أحيانًا مزيج من مضخات مختلفة (مثل مضخة الحرارة الضاغطة مع ضغط بخار ميكانيكي)، يتم تقديم مضخات الحرارة ذات درجات الحرارة العالية جدًا (HTHP و VHTHP) ذات درجات حرارة إمداد تتجاوز 100 درجة مئوية أولاً. يمكن للأنظمة المغلقة حالياً تحقيق درجات حرارة إمداد تصل إلى 250 درجة مئوية. مع الأنظمة المفتوحة، حتى درجات حرارة أعلى مثل 350 درجة مئوية ممكنة. يتم مناقشة أمثلة تطبيقية لـ SGHPs ذات درجة نضج تقنية (TRL) تتراوح بين 1 و 9، وتستخدم لتطوير خمسة تصميمات أساسية لمضخات SGHP. نظرًا لأن العديد من هذه التصاميم الأساسية تتضمن مزيجًا من تقنيات متعددة، فإن مجموعة واسعة من تكوينات SGHP المحتملة ممكنة. يؤدي ذلك إلى جهود تخطيط عالية، خاصة في المراحل المبكرة من المشاريع. من أجل تقليل هذه الجهود وتمكين وصول أوسع إلى هذه التقنيات، يتم تقديم نهج نمذجة أساسية ومعاير شائعة للمكونات الرئيسية. يتم استخدام دراسات الحالة لمناقشة التأثير الأساسي لظروف الحدود الفنية المختارة على كفاءة التقنيات. بالإضافة إلى التحديث الفني، يتم تقديم بيانات اقتصادية لتقدير تكلفة المعدات المحددة لمثل هذه المضخات الحرارية.