天津市资源与环境(绿色低碳)科技创新蓝皮书(2023).pdf

天津市资源与环境（绿色低碳）科技创新蓝皮书（2023）天津市科学技术局天津市科学技术发展战略研究院二二四年四月目录I目录一、天津市科技局 2023 年推进资源与环境领域核心技术攻关情况综述.1（一）推动关键技术攻关.1（二）助力构建创新平台.1（三）支持我市企业发展.2（四）加强先进技术推广.3二、技术成果篇.5A、绿色低碳技术.6技术 1：风光电源全自动碳电极水解离制氢技术.6技术 2：空气源燃气机热泵.12技术 3：基于光伏绿电和能源综合监控的城市轨道交通低碳技术创新与工程应用.19技术 4：天津地铁“风水联动”智能控制系统的研究应用.23技术 5：一种能耗在线监测用一体化数据采集终端.29B、生态环境保护技术.35技术 6：城市更新和新农村建设中的雨水速渗路径和生态收储技术.35技术 7：基于无人船的海草床观测系统.42技术 8：一种海上平台高盐生活污水处理回用装置.58C、海洋资源开发与保护技术.65技术 9：天津市海洋数值预报、风暴潮漫堤和漫滩预警系统.65技术 10：基于北斗 PPP 的离岸潮位遥测技术与装置.77技术 11：一种针对海洋油性漂浮薄膜的智能取样无人船.84技术 12：天津土著经济贝类浅海增殖技术开发与应用.87技术 13：海洋平台 TEG 天然气脱水及再生系统自主化关键技术.97技术 14：深远海浮式风电平台.103技术 15：风电用大型导管架裙桩夹桩器.108目录II技术 16：海上油田二氧化碳捕集与回注装置技术研究与应用.111技术 17：海洋平台超高压注气压缩机成套技术.116技术18：基于玻璃纤维结构的水下油气生产设施防护系统技术.119技术 19：LNG 冷能海水淡化技术.125技术 20：海水淡化用高抗污染中空纤维膜与模组器.131技术 21：压力驱动-电驱动海水淡化全流程技术创新与应用.140技术 22：水下探测装备关键计量标准及溯源技术.148天津市科技局 2023 年推进资源与环境领域核心技术攻关情况综述 1 一、天津市科技局 2023 年推进资源与环境领域核心技术攻关情况综述（一）推动关键技术攻关绿色低碳领域绿色低碳领域：2023 年度天津市自然科学基金项目指南中，在新能源领域强调项目要面向国家双碳目标，开展原创性、引领性基础研究。推动物质绿色创造与制造海河实验室围绕碳基资源转化绿色新工艺开展科研攻关。采用“揭榜挂帅”机制实施“碳达峰碳中和科技重大专项”，围绕钢铁行业低碳技术创新需求立项 2 项科研项目。在年度组织实施的科技领军（培育）企业重大创新项目、京津冀协同创新项目，突出低碳方向的科技立项，2023 年已立项 6 项，支持财政资金 1000 万元。环境保护领域环境保护领域：2023 年紧密围绕我市生态文明建设中的重大科技需求，聚焦大气污染防治、水污染防治、土壤污染防治、固体废弃物资源化、自然保护地生态建设及修复等重点领域开展核心技术攻关及示范，通过重点研发计划、技术创新引导专项、京津冀协同创新项目、自然科学基金等科技计划支持“危险废物绿色低碳焚烧处理与尾气净化关键技术研发及产业化推广”、“生态材料与低产土壤高价值利用技术研究”等环境保护领域项目 41 项，支持财政资金约 1100 万元，有力支撑解决重大生态环境问题，助力我市生态环境质量改善。天津同阳科技发展有限公司通过科技立项完成“基于振荡天平法的大气颗粒物连续监测系统开发与应用”研究，突破了高精度质量传感器、振荡天平检测等关键技术，实现营业收入 2 亿元，有望带动天津市环境监测行业上下游企业发展。海洋领域海洋领域：2023 年，支持天津理工大学，围绕“天津海域海上漂浮式光伏及风光联合高效开发利用应用及示范”开展技术攻关及工程示范；支持围绕“天津市推动海洋工程装备创新型产业集群创新发展路径研究”开展战略研究。在资源与环境领域重点研发计划中，将海洋作为专项，从“深海核心技术与装备核心技术攻关及示范、海洋环境与安全保障核心技术攻关及示范、海洋资源高效绿色开发核心技术攻关及示范、海洋战略性新兴产业核心技术攻关及示范”4 个方向公开征集到 38 个项目，正在组织专家评审，拟支持 6 项。通过制造业高质量发展专项支持海淡所“海水淡化高性能分离膜研发及平台建设”项目，获批资金 500 万元，强力支撑巩固海水淡化产业领先优势。中海油田服务股份有限公司完成了“海上中深层特稠油热采关键技术研究及应用”，突破了海上热采耐高温完井防砂技术等 6 项关键技术，实现营业收入 16.91 亿元。（二）助力构建创新平台绿色低碳领域绿色低碳领域：在研发后补助、高新技术企业认定等工作中，积极深入节能环保企业宣讲政策、加强辅导，引导申报。据统计，截止目前，1000 多家环保企业被认定为高新技术2023 年度 2 企业，750 多家环保企业获得研发后补助 6100 万元，为节能环保企业积极开展科技创新提供了良好环境。2023 年联合各区积极推动龙头企业牵头，集聚创新资源，围绕绿色低碳各领域组建创新联合体。目前已批准支持国网电力、TCL 中环新能源、国安盟固利新材料、中海油天津化工研究院、中石化（天津）石油化工、水泥设计研究院等，组建了智能电网、高效光伏技术研发及产业化、先进动力电池、海洋资源利用绿色技术与智能装备、高端化工新材料与氢能、水泥行业绿色生态与低碳零碳等创新联合体。环境保护领域：环境保护领域：支持天津市圣威科技发展有限公司建设“基于生态环境新污染物监管指挥与决策平台”，实现对新型污染物和排放单位的监测和预警、对治理技术的支持和指导。推动玖龙纸业（天津）有限公司完成“绿色造纸废弃物循环利用技术及智能化平台的研发”，实现从原料、制浆、造纸到废物资源化全产业链的绿色造纸平台建设，项目成果近一年销售额高达 416433.55 万元。海洋领域海洋领域：支持自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所组建天津市海水资源化利用技术创新中心，积极围绕海水淡化开展核心技术攻关。服务天津理工大学和滨海新区联合筹建“绿色智慧能源前沿技术创新研究院”，助力打造我市绿色智慧能源高端科创资源聚集的重要载体。推动丹娜生物“鲎资源开发技术平台”建设，开展临床用诊断试剂和工业市场用内毒素检测产品开发，已获得医疗器械注册证 10 项。（三）支持我市企业发展绿色低碳领域：绿色低碳领域：通过科技领军培育企业重大创新项目、重点研发计划等各类科研计划，先后支持 50 余家节能环保企业围绕产业节能、降碳、环境保护等领域，开展科技创新，市财政支持经费 3600 万元，引导企业投入 3.14 个亿。其中，重点方向有支持天津环博科技有限责任公司围绕“12 英寸超大硅片智能化柔性产线核心装备研发及产业化”、中船风电工程技术（天津）有限公司围绕“风储一体化控制关键技术研究及应用验证”、合力（天津）能源科技股份有限公司围绕“油气钻采设备智能化创新项目”开展技术攻关。环境保护领域环境保护领域：2023 年通过技术创新引导专项（基金）、制造业高质量发展专项、重点研发计划等支持天津辰创环境工程科技有限责任公司围绕“危险废物绿色低碳焚烧处理与尾气净化关键技术研发及产业化推广”、天津泰达绿化科技集团股份有限公司围绕“生态材料与低产土壤高价值利用技术研究”、天津渤化永利化工股份有限公司围绕“氨低温高效催化脱除技术的应用研究”等开展技术攻关。通过企业科技特派员项目推进产学研深度融合，为企业开展创新服务，向企业转化科技成果，为科技型企业发展提供科技和智力支撑，2023 年环境保护领域立项 11 项。通过科技领军培育企业重大创新项目，支持玖龙纸业（天津）有限公司、中海油田服务股份有限公司、天津同阳科技发展有限公司完成资源环境技术创新。海洋领域海洋领域：依托科技型企业梯度培育机制，在海洋装备领域着力培育雏鹰、瞪羚、领军（培育）企业，截至 2023 年底数量分别达到 54 家、20 家、16 家，国家高新技术企业 120余家。着力打造海工装备制造和服务产业新高地，目前已形成以海油工程、博迈科为龙头的天津市科技局 2023 年推进资源与环境领域核心技术攻关情况综述 3 海洋油气装备产业，以中交一航局为龙头的港口航道工程产业，以瑞源电气等为代表的风能装备产业，基本形成了涵盖“零部件-装备集成-总装建造-配套服务”的海工装备产业体系。（四）加强先进技术推广以科服网天津成果网线上平台为核心，推动高校院所、行业、服务、区域等四类机构协同配合，打造“1+4”技术转移体系，积极为“低碳”领域的各类民营企业提供成果路演、供需对接等服务。完善科技成果评价机制，指导天津产权交易中心持续完善技术产权股权交易平台，实现绿色低碳等领域科技成果全流程线上交易。组织专场成果推介会。遴选了 6 项节能降碳领域先进技术组织线下召开“天津市 2023 年节能降碳先进技术推广会”，并连续在官网展播，宣传推广科技发展成效、技术成果和示范案例，推动低碳、清洁、高效的发展技术，提高天津市节能降碳科技成果转化效率。通过科学技术普及项目、创新基地（平台）与人才专项计划组织“碳普惠微课堂”、“生态环境多元共治 协同助推双碳目标”科技人才大讲堂”等科普推广活动。深入国家海洋技术中心、海水淡化研究所等海洋领域高校院所，讲解科技成果转化激励政策。2023 年 5 月，先后组织天津市涉海高等院校科研机构负责人、知名专家学者、国家涉海驻津主要科研机构有关负责人、主要领域龙头企业代表和市主要科研院所代表召开两场“天津市海洋科技创新座谈交流会”，交流单位海洋科技创新发展情况、研讨天津海洋科技创新发展问题、探讨海洋科技创新未来发展；依托参会单位，建立了交流对接机制，进一步加强涉海科技创新主要力量的联系联动。同时，组织高等院校、科研机构和龙头企业“握手”交流，在水下无人机器、海水淡化、远洋保障服务、海上能源装备等领域进行了具体对接。技术成果篇 5 二、技术成果篇技术成果篇展示资源与环境（绿色低碳）领域先进适用示范性技术成果 22 项，涉及碳达峰碳中和技术 5 项、生态环境保护技术 3 项、海洋资源开发技术 14 项。通过深化绿色技术推广，为推动经济社会发展全面绿色转型，实现碳达峰碳中和目标提供有力技术支撑，具体技术内容列示如下。2023 年度 6 A、绿色低碳技术技术 1：风光电源全自动碳电极水解离制氢技术1.1 技术提供方技术提供方天津锦美氢源科技发展有限公司注册在天津市空港经济区，是集研发、生产、销售、服务为一体，专业从事于绿氢高端装备制造，公司产品类别包括：集中式制氢设备、分布式制氢设备、可移动式制氢设备、微型制氢设备及氢能应用系统解决方案服务方。锦美氢源公司的诞生依托于锦美集团在碳材领域 20 余年专注探索实践、研发创新的技术储备，2018 年锦美集团战略布局氢能领域，制氢项目团队经过四年多的努力，创造性研发出碳电极电解水制氢技术，采用能耗低、抗高温、耐腐蚀、导电性能好的碳复合材料作为电极板实现电解水制氢，该产品具备制氢成本低、设备响应快、碳电极寿命长、维护成本低的优势，目前该技术已被认定为国际先进水平。公司首创“标准单元模组”制氢装置，可依据客户实际需求灵活装配，满足不同场景制氢用氢，有效解决了行业内制氢、运氢、储存成本居高不下的痛点。目前公司已通过 ISO9000 质量、环境、职业健康管理体系。公司注重自主研发和管理创新，成立企业工程技术中心，具有强大的研发能力，截止至今，已拥有有效专利 17 项、软件著作 2 项。2022 年通过国家科技型中小企业认定，2022 年天津第一批入库雏鹰企业，2022 年天津市创新型中小企业认定，第七届“创客中国”天津市中小企业创新创业大赛三等奖，天津市创新创业大赛暨第 11 届中国创新创业大赛二等奖。2023 年 4 月经权威专家、教授针对我司“分布式碳电极水解离制氢技术”召开技术研讨会论证后，专家组一致认为该技术先进、高效，运行安全、稳定，经济性较好，具有示范推广价值。2023 年 5 月我司“风光电源全自动碳电极水解离制氢技术”荣获2023“零碳中国”零碳技术解决方案，2023年11月荣获2023 TOP10“零碳中国”十大创新技术。1.2 技术成果简介技术成果简介本项目采用锦美氢源自主研发的制氢装置，创造性的采用碳复合材料作为电极，该技术为国际首创。产出氢的品质极好、电极寿命长，制氢装置自动化程度高，装置可以安全运行并且稳定性好，并可以实现远程互联网人工干预，实现智能控制。开发了光伏发电、风力发电、蓄电池和电网供电多模块协调控制的电源系统，有效降低了电解水制氢的能耗成本。1.2.1 技术成果技术成果名称和领域名称和领域技术名称：风光电源全自动碳电极水解离制氢技术。技术领域：碳中和基础前沿技术领域。1.2.2 技术成果来源技术成果来源技术成果来源于企业自主研发，在技术人员对新产品、新技术的不断研发和开发中已经成功取得实用新型专利 17 项，软著 2 项，具体如表 2-1-1 所示：技术成果篇 7 表 2-1-1 所获得的知识产权序号序号专利名称专利名称专利号专利号专利类型专利类型1锦美氢源小型制氢装置运维集成控制系统软件著作2锦美氢源分布式制氢装置控制系统软件著作3一种变流量氢气压缩机工况的跟踪调控系统201920610425.2实用新型4一种适用于电解水制氢的调制电源202020843502.1实用新型5一种用于电解水制氢的阳极区内泄漏氢的快速排出方法202005946947.0实用新型6一种电解水制氢用碳基电极板202123217645.5实用新型7一种分布式制氢设备202123219358.8实用新型8一种碳电极水解离制氢设备202123294277.4实用新型9一种电解水制氢设备用收集氢气装置202220624222.0实用新型10一种电解水制氢生产用储氢罐202220659805.7实用新型11一种电解水制氢生产用提纯设备202220799598.5实用新型12一种带有指示功能的液位计检测装置202221065053.8实用新型13一种具有定位精准功能的内螺纹工装202221276981.9实用新型14捕沫器202221523971.0实用新型15抽拉窗202221867499.2实用新型16一种富氢水机中的混氢装置202222341203.X实用新型17一种使用于碳电极板电解水制氢的电解槽202222159393.3实用新型18汽水分离器202320196200.3实用新型19用于电解水制氢电解槽202320267246.X实用新型1.3 技术内容技术内容1.3.1 技术原理及工艺流程技术原理及工艺流程基于潜在市场分析和我公司多年从事碳电极电解水制氢的研发和技术积累，提出了一种风光电源全自动碳电极水解离制氢的解决方案。制氢系统采用多模组累加的模式，电解槽通以直流电的条件下，阴极侧产生氢气，阳极侧产生氧气，氢气与氧气分别通过对应的管路进行汇总，氢气汇总之后送至压缩机室，经过压缩之后通过精制系统进行精制处理。各项运行参均可数实现自动监测和控制，可按用户需求不同，提供气动仪表控制、电动仪表控制、PLC 可编程控制、DCS 控制、远程通讯等控制手段以及各类分析仪表。每套制氢系统通常配备控制柜、整流柜等控制单元以及氧中氢、氢中氧等分析仪表。我司首创“标准单元模组”制氢装置，如图 2-1-1 所示，采用模块化设计，主要分为电源系统、制氢装置、压缩系统、储氢系统、精制系统，各部分均配备氢气报警装置，且均与一个控制系统相连接。可根据实际需求调配不同模块，或增减某模块的规模，各个模块可集成在一个或多个区域内。可依据客户实际需求灵活装配，满足不同场景制氢用氢，有效解决了行业内制氢、运氢、储存成本居高不下的痛点。2023 年度 8 图 2-1-1“标准单元模组”制氢装置1.3.2 技术成果适用性分析技术成果适用性分析近年来，随着全球对清洁能源需求不断增加，电解水制氢技术得到了广泛的关注和研究。首先，在能源转型方面，电解水制氢技术可以作为一种可再生能源的储存和转换方式。由于风能、太阳能等可再生能源具有不稳定性，而氢气可以作为能源的储存介质，将多余的能量储存起来，以备不时之需。此外，氢气还可以通过燃料电池等方式转化为电能，为家庭和企业提供清洁、可靠的电力供应。因此，电解水制氢技术在能源转型中具有重要应用前景。其次，在交通运输领域，电解水制氢技术可作为电动汽车的一种理想能源。相比于传统的燃油汽车，电动汽车具有零排放、低噪音等优点，但是其续航里程和充电时间一直是制约其发展的主要因素。而氢气可以通过燃料电池等方式直接转化为动力，不仅能够延长电动汽车的续航里程，还能够实现快速充电。目前，一些国家和地区已开始推广使用燃料电池汽车，未来随着技术的不断成熟和成本的降低，电解水制氢技术有望成为电动汽车的主流能源之一。最后，在工业生产方面，电解水制氢技术也有广泛的应用前景。例如，钢铁、化工等行业需要大量的氢气作为原料或保护气，传统的生产方式通常采用天然气重整等方式获得氢气，这种方式不仅消耗大量能源，而且会产生大量的二氧化碳等温室气体。而电解水制氢技术可以直接利用电力将水分解为氢气和氧气，不仅能够减少能源消耗和环境污染，还能够提高生产效率和降低成本。因此，电解水制氢技术在工业生产中的应用前景也非常广阔。1.3.3 技术创新性及先进性技术创新性及先进性本技术针对电解水制氢电极寿命短、耗能高等难题，采用了碳复合材料电极和多模块协调控制的电源系统，开发了分布式碳电极水解离制氢技术。主要创新点和取得的成果为：（1）提出了使用碳复合材料极板作为电解水制氢的电极，极板具有电流通量高，电极寿命长等优点，迄今 40000 小时无腐蚀；（2）开发了光伏发电、风力发电、蓄电池和电网供电多模块协调控制的电源系统，有效降低了电解水制氢的能耗成本，制氢电耗为 4.05kWh/Nm3；（3）该技术智能化程度高，可远程控制，已形成完整的工艺包。2019 年底进行了省级科学技术成果鉴定，被评为国际先进。2023年4月27日能投委组织对锦美氢源“分布式碳电极水解离制氢技术”进行技术研讨，专家组一致认为该技术先进、高效，运行安全，稳定，经济性好，具有示范推广价值。2023 年 10 月 17 日我司制氢设备所产氢气质量满足国家标准 GB/T 37244-2018 质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气质量指标要求及 GB/T 3634.2-2011 高纯氢质量指标要求。技术成果篇 9 1.4 节能减碳或污染防治效果节能减碳或污染防治效果首先，电解水制氢技术不需要燃烧化石燃料，不会产生二氧化碳等温室气体，因此可以减少大量的碳排放。根据国际能源署的数据，全球每年氢气生产所需的能源中，约 80%是通过化石燃料制得的，如果能够将这部分化石燃料制氢替代为电解水制氢，将会显著减少全球碳排放量。其次，电解水制氢技术的能效比传统方法更高。电解水制氢只需要消耗电能即可完成水的分解反应，而不需要额外消耗其他能源。据统计，目前电解水制氢技术的效率已经超过了70%，并且还有不断提高的趋势。这意味着使用电解水制氢技术可以更加节约能源，从而实现更好的节能减排效果。最后，电解水制氢技术还可以减少污染物排放。传统的化石燃料制氢过程中会产生大量的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。而电解水制氢过程则只会产生氧气和水蒸气等无害物质，不会对环境造成污染。因此，采用电解水制氢技术可以实现零排放的目标，对于保护环境和人民健康具有重要意义。1.5 技术示范情况技术示范情况电解水制氢技术已经在多个领域得到广泛应用，具体包括能源、交通、工业和建筑等。在交通领域，氢气被认为是实现零排放运输的重要途径，电解水制氢技术可以为燃料电池车提供清洁能源。在电力行业，电解水制氢技术被用于调节电网负载，提高电网的稳定性和可靠性。此外，由于氢气可以作为储能介质，电解水制氢技术也被视为一种可再生能源储存方式。对于工业领域来说，电解水制氢技术被应用于冶金、化工等行业。其过程不会产生有害的副产品，相比传统的焦炭还原法，能够有效降低碳排放。在建筑领域，电解水制氢技术有望成为未来建筑采暖的新能源。案例：二氧化碳加氢合成绿色甲醇项目案例：二氧化碳加氢合成绿色甲醇项目（1）工程规模：天津锦美氢源科技发展有限公司与金岩集团、山西碳基新材料产业研究院目前正在山西省吕梁市孝义县新能源发电制氢及后续二氧化碳捕捉合成甲醇项目的研发、应用等领域开展全面合作。关键设备为分布式电解水制氢装置，主要建设内容包括完成现场 50Nm/h 电解水制氢装置的装配。（2）主要参数及工艺流程如表 2-1-2 和图 2-1-2 所示：表 2-1-2 制氢设备技术参数序号序号项目项目单位单位参数参数1氢气生产能力Nm/h502电解槽温度503电解槽压力MPa常压4直流电耗KWh/Nm4.15排气压力Mpa0.56氢气纯度%99.997电力输入交流：380V 50HZ 三相电2023 年度 10 序号序号项目项目单位单位参数参数8额定功率KW250注：氢气需求纯度，按客户要求可达到 99.999%。图 2-1-2 制氢工艺流程1.6 成果转化推广前景成果转化推广前景1.6.1 技术推广前景技术推广前景该技术以运行电流密度高、能耗低、适应可再生能源发电波动等特性表现出了显著优势，为其产业化和规模化发展奠定了基础。此外，中国在“十四五”规划中将氢能发展作为长期发展战略，重点在于提高电解水制氢转化效率，改善电解槽电堆、电极等的设计和制造工艺，加强可再生能源与氢能的耦合，以推动我国“双碳目标”的实现。这无疑为该技术的发展提供了广阔的市场空间。然而，虽然该技术具有诸多优点，但在一些方面还存在一些挑战需要解决。未来几年将是电解水制氢技术发展和市场竞争的关键时期。因此，持续优化该技术并解决相关问题将成为推动其市场普及率提升的重要任务。技术成熟度：该技术已经相对成熟，目前已经有多种类型的制氢设备走向市场。这些设备的制造成本逐渐降低，效率不断提高，能够满足不同领域的需求。市场容量：随着全球对清洁能源需求不断增加，电解水制氢技术的市场规模也在不断扩大。根据市场研究机构数据，预计到 2025 年，全球电解水制氢市场规模将达到数十亿美元。技术经济性：该技术的经济性取决于多个因素，包括电价、设备成本、氢气价格等。目前，由于可再生能源成本不断下降，以及政府对清洁能源的支持力度加大，该技术的经济性逐渐提高。预计到 2025 年，电解水制氢技术的经济性将更加优越，进一步推动其市场推广。根据上述分析，预计到 2025 年，该技术在产业或领域内的市场推广比例将逐渐增加，市场规模将逐步扩大。该技术具有显著的节能减碳和环境污染防治潜力。通过该技术制备的氢气可以作为清洁能源替代传统的化石燃料，从而减少温室气体的排放。预计到 2025 年，技术成果篇 11 电解水制氢技术将在节能减碳和环境污染防治方面发挥更大的作用。1.6.2 技术推广障碍及应对措施技术推广障碍及应对措施该技术在成果转化和推广过程中面临多重挑战。首先，虽然该技术具有环保、清洁的特性，但其阳极析氧反应的高能耗问题限制了其广泛应用。此外，该技术的设备成本较高，需要通过改进技术、提升规模经济效益等方式来降低制氢成本。同时，政策壁垒也是阻碍其发展的一个重要因素。尽管许多国家已将氢能发展作为长期发展战略，并制定了相应的支持政策，但在具体实施过程中，由于各地政策执行力度、监管机制等方面的差异，可能会对该技术的推广产生影响。另一方面，资源或资本的制约也产生了一定影响。该技术的推广需要大量的资金投入，包括研发、设备购置、生产线建设等，而这对于企业来说是一大负担。此外，人力资源也是一个关键因素，该技术的发展和应用需要大量的专业人才，包括技术研发、生产运营等各个环节。针对上述问题，可能的应对措施包括：一是持续优化该技术并解决相关问题，如提高电催化剂活性、优化电解槽结构等；二是争取政府加大政策引导和支持力度，为该技术的推广创造良好的环境；三是加强人才培养和引进，满足该技术的发展需求。2023 年度 12 技术 2：空气源燃气机热泵2.1 技术提供方技术提供方蓝焰高科依托与清华大学、天津大学和天津城建大学等高校教授科研团队的产学研合作，专注于以燃气为能源的供热、制冷、供生活热水和发电技术为核心，拥有强化换热、燃气燃烧、燃气供热、燃气空调、智能控制、计算流体力学仿真技术、计算燃烧学仿真技术、数值传热仿真技术等方面的高端研究人员。公司是获批“天津市“专精特新”中小企业”，国内独家专门从事设计、开发、生产、销售、服务于一体的燃气机热泵(GEHP)冷热水机组的制造商，是燃气热泵行业最具有专业技术研发能力的智力密集型公司。多年来公司通过以燃气为能源的高效、低排放新技术产品研发，引领国内燃气采暖、供热水和燃气空调产业技术与国际接轨。蓝焰高科拥有多项自主知识产权和技术创新产品，依托过硬的产品和服务，近年来稳步发展，在多个领域尤其是冷暖节能和燃气高效利用方面在国内处于领先地位。公司自成立以来，相续研发了空气源燃气机热泵、螺杆式燃气机水源热泵、高效热交换器、超级热源节能消白机组及高温烟气余热回收系统等产品，主营产品核心技术全部拥有国家专利，并全面市场化，且获得广大客户的信赖与好评。公司组装生产的高效铸铝热交换器及OME代工的低氮全预混燃气锅炉已占据国内市场主导地位，空气源燃气机热泵在国内市场与日本松下、洋马等国外品牌竞争中稳步增长，锅炉烟气高效余热回收节能消白产品及系统也获得客户的认可与肯定。2.2 技术成果简介技术成果简介2.2.1 技术成果名称和领域技术成果名称和领域GARC 空气源燃气机热泵，作为一款燃气高效利用和烟气余热回收的综合节能产品，主要应用分布式集中供暖、酒店冷热及洗浴用水、办公楼冬暖夏冷、恒温养殖、工业稳定烘干等领域。（1）采用自主产权的高温烟气与余热回收系统，将可利用的烟气与燃气机缸套温度全部吸收，整体能效（PER）提升到 165%以上，高出同行 5-10%。（2）外型紧凑，燃气机、压缩机、热交换器、风机、控制柜一体式结构，更节省空间，更方便操作。（3）热泵内循环水一次性注入后封闭，无需补水（减少了软化水及再生成本），换热器不受腐蚀，无水垢。（4）燃气机完全负压运行，燃烧不会爆炸，安全性极佳。热泵在运行的全过程始终保持负压状态，所以不会有爆炸的危险。并设置了传感器、压力开关、防过热开关等多重安全保护装置，四级保护系统（其中一、二级保护故障排除后系统自动恢复，三、四级保护则需要专业人员手动恢复）保证了热泵的安全性。2.2.2 技术成果来源技术成果来源蓝焰高科与清华大学、天津大学、天津城建大学等高校教授团队长期产学研合作，坚持技术成果篇 13 进行高校科研成果产品化、市场化、标准化。蓝焰高科空气源燃气机热泵技术是与高校科研课题联合成果，并吸收国外先进技术与经验，经过多年市场实践应用和迭代成型而来，蓝焰高科拥有自主知识产权和国家专利。该技术目前已成功取得实用新型专利 2 项。在 2019 年 4 月 18 日申请了 燃气机驱动蒸汽压缩式空气源热泵冷热水机组、2020 年 9 月 4 日申请了一种空气源燃气机热泵热水器，为两种国家实用新型专利，并于 2020 年 4 月获得授权及专利证书（证书号 第 10282257 号）、2021 年 11 月获得授权及专利证书（证书号 第 14646765 号）。2.3 技术内容技术内容2.3.1 技术原理及工艺流程技术原理及工艺流程如图 2-2-1 所示，为本公司所开发的空气源燃气机热泵机组冬季工况制热原理图。整个机组可以分为制冷剂循环系统和燃气发动机防冻液循环系统。制冷剂循环系统主要由开启式活塞压缩机，翅片管换热器（冷凝器）、板式换热器（蒸发器）、热力膨胀阀 1、油分离器等辅助设备组成。首先，低温低压的制冷剂蒸汽通过压缩机吸气截止阀进入压缩机气缸中被压缩为高温高压的过热蒸气后经压缩机排气截止阀排出。随后，排出的过热态制冷剂蒸气流过油分离器后进入冷凝器中，在冷凝器中，过热蒸气将热量传送至冷却水中，变为高温高压的液态制冷剂而冷冻油则经过油分离器回油管进入压缩机曲轴箱。被冷凝和过冷以后的液态制冷剂依次流过储液器、干燥过滤器、供液电磁阀、视液镜和热力膨胀阀 1 和 2，经热力膨胀阀 1 和 2 节流后变为低温低压的气液两相态制冷剂，而后进入到翅片式蒸发器中，在风机的强制对流作用下，提取低温空气中的热量，进而蒸发为低温低压的气态。最终，低温低压的气态制冷剂经过气液分离器后，再次进入压缩机进行下一个制冷剂循环。生产工艺流程包括：原材料准备、组件制造、组件组装、制冷剂充注、系统调试和测试。热泵系统制冷工艺流程包括：制冷剂的循环、热交换、蒸发器吸热、压缩机排热、冷凝器放热、节流阀降压。空气源燃气机热泵的主要技术参数：制冷量：在夏季工况下为 55kW；在冬季工况下为 90kW。系统一次能源利用率（PER）：167%噪音：65 分贝。2023 年度 14 图 2-2-1 空气源燃气机热泵机组制热原理图2.3.2 技术成果适用性分析技术成果适用性分析空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热量）转换为可以利用的高位热能，可以使用的高级热能可以节省一部分高级能源（例如煤炭，天然气，石油，电力等）。空气源热泵作为一种清洁能源装备，在 2016 年“煤改清洁能源”政策推出后便迎来爆发期和高速增长期。纵观国内外空气源热泵行业的起源与发展，可以显著地看出空气源热泵行业属于政策驱动型的市场。全球空气源热泵发展比较快的地区都有明显的法规政策推动，近几年，紧随国家“绿水青山就是金山银山”发展理念，清洁能源产业优势凸显。紧紧响应环保政策的号召，加上国内能源消费结构逐渐趋向优质化，天然气消费占能源消费总量比重逐年递增，预计 2025 年会达到 15%，供应量 5000 亿立方米。进入绿色经济技术成果篇 15 时代，节能降耗是节约能源、保护生态的重要途径，是转变发展方式的必经之路。而空气源燃气机热泵作为绿色环保的清洁能源装备，以其高能效和高性价比，得到了政府和用户更多的认可，未来将有非常广阔的市场发展前景。2.3.3 技术创新性及先进性技术创新性及先进性（1）通过智能的温度感知和控制技术，能够实时调整热泵系统的运行，以最大限度地提高能源利用效率，从而降低能耗、节约能源。（2）空气源燃气机热泵具备高精度的温度控制功能，能够快速响应温度变化，并精确地维持出水温度在设定的范围内。（3）空气源燃气机热泵具备智能化管理功能，这种智能化管理可以帮助用户更加方便地调整设置、观察能耗数据，并根据需求进行远程操作与管理。（4）空气源燃气机热泵具备多种安全保护功能，如温度保护、过载保护等，可以确保系统运行的安全性和可靠性。（5）空气源燃气机热泵技术优势：温度感知技术：热泵采用高灵敏度和高耐用性的温度传感器，控制系统采集到温度信号以后，进行内部分析处理，这个技术已经非常成熟，可靠性很高。压缩机控制技术：空气源燃气机热泵的核心部件式压缩机，本公司热泵采用的式往复活塞式压缩机，技术已经非常成熟，可靠性高。换热器技术：换热器式热泵的另一个重要部件，本公司采用的翅片式换热器和板式换热器技术非常成熟，可靠性高。控制系统：空气源燃气机热泵的控制系统负责调节设备的运行状态，确保热泵在各种工况下都能稳定运行。本公司采用 PLC 控制，经过多次调试及实验，控制系统可以长时间稳定运行，该技术成熟、可靠性高。机组配件：本公司热泵采用的配件都具有良好的闹腐蚀性和耐久性，能够保证设备长时间稳定运行。2023 年度 16 图 2-2-2 技术创新性及先进性2.4 节能减碳或污染防治效果节能减碳或污染防治效果空气源燃气机热泵的节能减排效果主要体现在能效比（COP）和一次能源利用率（PER）上。测算方法是：首先，需要测量热泵在特定工况下的制冷或制热能力，其次计算热泵系统的一次能源总能耗，包括燃气机热泵输入功率、辅助设备功率，然后，将热泵系统产生的制热或制冷能力除以一次能源总能耗得出。依据方面：我国蒸汽压缩循环冷水（热泵机组）（GB/T 18430.1-2007）和燃气发动机驱动空调（热泵）机组（GB/T 22069-2008）规定热泵的能效等级和能效限定值。节能减碳或污染防治效果体现在如下几点：（1）高效节能，热泵系统循环，通过冷媒蒸汽进行交换。预热时间短，开机几分钟内即可供热水，同时也节省了能源。比照间接式（电热泵）供热形式，更方便节能。（2）热泵受力钢板高温区、高压区的成功分离，使燃气机、压缩机、膨胀阀等主件使用寿命延长。（3）热泵循环系统虽然与二次网供暖系统直接对接，但系统水与热媒互不相干，热泵不需要排污，因此效率就是系统的效率，中间没有任何损耗。（4）效率高、超节能，比照传统锅炉燃料费用节约 50%以上。（5）无需报检，根据国家燃气空调标准，燃气热泵用户不需要到质量技术监督管理部门办理安装和使用登记注册手续。（6）使用寿命长，机组内部处于真空状态，没有氧气，无氧化腐蚀，也没有结垢腐蚀，冷媒在机组内部封闭循环，换热器只与循环水接触，杜绝北方供暖回水温度低造成的冷凝腐蚀。2.5 技术示范情况技术示范情况项目位于北京市西城区东岔胡同，中国佛教协会办公楼（6000 平米）新建供冷供暖系统和建筑节能升级改造，总体装修改造工程由北京首华建设经营有限公司（国企，隶属北京首都开发控股集团,联系人：刘凤林经理 13801062211）承接，其中冷热源设备选择空气源技术成果篇 17 燃气机热泵（冷暖型），同时项目建筑改造升级为五步节能建筑。项目总投资 300 万，其中热源设备 45 万，项目于 2022 年 8 月份启动，于 2022 年 10月底竣工并验收。目前项目运维管理由北京首华负责运营（联系人：刘凤林经理13801062211）。该项目涉及新建及升级内容包括：新增 3 台空气源燃气机热泵，冬天供暖（45-50热水）夏天制冷（7-12冷水），室内为水路循环系统，终端为风机盘管，为办公楼提供全方位能源管理。热源设备安装在办公楼顶，合理利用闲置空间，安装维护方便且燃气使用更安全，同时作为燃气空调系列产品，不需要做特种设备和燃气锅炉备案。夏冬两季使用，全年共运行 9 个月+全年生活用热水（洗浴），冬季室温保持在 22 度以上，夏季室温保持 25 度以下，冷暖温度可调可控且运行稳定。三台热泵相较燃气锅炉节能 45%以上，一年节约 4857.2 吨标准煤，减少二氧化碳排放 13.2 吨。该项目燃气机热泵经济效益显著，相较于燃气锅炉可节能 45%以上，按实际测算所得，投资回收期3 年。燃气机热泵操控便捷，现场可无人值守，摆脱了以往对燃气锅炉需人工看护的束缚，手机 APP 即可值班，各种参数和指标一目了然，3 台燃气一组数据链，既方便又智能。夏季制冷的同时，又为佛协僧众宿舍提供免费的淋浴用水，提升了经济性，也让综合能效和节能率维持在 145%以上，应用效果良好，客户好评度很高。经过一年冷暖季和全年生活用热水的运行可知，热源设备运行平稳，维修率较低，现场无需人员专职值守，经过综合测算，加上设备折旧（15%），每平米运行费用 50 元（冷暖两季，含人工费用），毛利为 20 元/平，符合设计及营运要求，节能和盈利效果显著。图 2-2-3 运行费用对比2.6 成果转化推广前景成果转化推广前景2.6.1 技术推广前景技术推广前景燃气机热泵作为空气源热泵家族重要的一员，燃气机热泵以燃气作为动力源，充分利用2023 年度 18 发动机的排热，技术成熟可靠，采用活塞式压缩机，具有优越的供热性能。燃气热泵还具有制冷、采暖、热水等多种功能，是极为理想的商用中央空调、分布式集中供暖产品。燃气热泵实现了对能源的高效利用，能源综合利用率为 1.45，燃气热泵对于能源的利用更为有效。而燃气热泵供热时的能源利用率更要远远高于其它供热方式。通过分析，气电价比低于 5.33时，燃气热泵运行费用对比电动热泵有优势。在中国，西气东输沿线的城市，其气电价比远低于 5.3，燃气热泵的运行费用对比电动热泵具有很强的优势。2022 年空气能热泵行业总销额为 190 亿元，同比上升 9.8%，这得益于宏观采暖政策补贴推动、热泵热水器楼盘配套以及北方市场空气源热泵热风机的快速发展。预计到 2025 年，结合目前国内积极推进空气源热泵发展及全面替代低能耗锅炉等多种节能减排政策，行业销