江億院士：熱泵——工業(yè)零碳用熱的破局關(guān)鍵

在“中國(guó)國(guó)際零碳供熱高峰論壇”上，中國(guó)工程院院士江億發(fā)表了極具前瞻性和重要性的觀點(diǎn)，他明確指出，在工業(yè)零碳用熱領(lǐng)域，熱泵是唯一可能的方式。這一論斷猶如一盞明燈，為工業(yè)用熱在“雙碳”目標(biāo)下的轉(zhuǎn)型指明了方向。

工業(yè)用熱：現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)并存

工業(yè)蒸汽供熱在我國(guó)能源消耗和碳排放格局中占據(jù)著舉足輕重的地位，堪稱碳排放的“隱形碳王”。其年消耗量超過50億噸（折合5億噸標(biāo)煤），貢獻(xiàn)了工業(yè)碳排放的20%以上。長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)燃煤/燃?xì)忮仩t是工業(yè)用熱的主要供應(yīng)方式，但如今卻面臨著兩大難以逾越的困境。

從能源角度來看，存在著明顯的能源天花板問題。若全用電鍋爐替代傳統(tǒng)燃煤/燃?xì)忮仩t，需要高達(dá)3.5萬億度電，這一數(shù)字占2019年全國(guó)用電量的46%，如此龐大的電力需求，電網(wǎng)根本無法承載。而在環(huán)境方面，燃煤鍋爐更是觸碰到了環(huán)境紅線。其年排放超過12億噸CO?，占全國(guó)總量的12%，這與我國(guó)“雙碳”目標(biāo)嚴(yán)重沖突，使得傳統(tǒng)路徑已走到盡頭，迫切需要尋找新的解決方案。江億院士果斷強(qiáng)調(diào)：“傳統(tǒng)路徑已走到盡頭，熱泵是唯一破局可能?！?/span>

工業(yè)生產(chǎn)用熱需求：多元且差異顯著

工業(yè)用熱廣泛覆蓋化工、紡織、食品等八大行業(yè)，年能耗約80億GJ（3.2億tce）。不同行業(yè)對(duì)用熱溫度的需求存在明顯差異。以化學(xué)原料及制品制造業(yè)為例，其在50 - 100℃區(qū)間用熱達(dá)30.0億GJ，100 - 150℃區(qū)間為10.0億GJ，150 - 200℃區(qū)間為27.0億GJ，超過200℃區(qū)間為4.6億GJ，合計(jì)37.8億GJ。紡織業(yè)在50 - 100℃區(qū)間用熱3.3億GJ，100 - 150℃區(qū)間為2.5億GJ，150℃以上無需求，合計(jì)5.7億GJ。造紙業(yè)在50 - 100℃區(qū)間用熱3.2億GJ，100 - 150℃區(qū)間為4.0億GJ，150℃以上無需求，合計(jì)4.2億GJ。其他行業(yè)也各有不同的用熱需求特點(diǎn)，這種多元且差異顯著的用熱需求，對(duì)供熱方式提出了更高的要求。

當(dāng)前供能方式：弊端重重

目前，工業(yè)供能主要采用燃煤/燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、集中供汽管網(wǎng)（如珠海、廈門）以及企業(yè)自備電廠等方式。然而，這些方式存在著諸多問題。集中供汽存在“壓力就高不就低”的現(xiàn)象，導(dǎo)致減溫減壓浪費(fèi)，降低了能源利用效率。冷凝水回收困難也是一個(gè)突出問題，會(huì)造成10%的熱量損失。此外，燃?xì)獬杀具^高，每生產(chǎn)一噸蒸汽需要消耗75Nm3的燃?xì)?，進(jìn)一步增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

熱泵技術(shù)：優(yōu)勢(shì)與難點(diǎn)并存

熱泵技術(shù)在工業(yè)零碳用熱方面具有顯著的核心優(yōu)勢(shì)。它以零碳電力驅(qū)動(dòng)，COP值達(dá)到2 - 3，僅需1.4萬億kWh電力即可替代傳統(tǒng)鍋爐，能夠有效減少碳排放。然而，熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用也面臨著一些難點(diǎn)。一方面，低溫?zé)嵩床蛔闶侵萍s其發(fā)展的重要因素，需要依賴余熱回收，如核電、數(shù)據(jù)中心、冶金等行業(yè)產(chǎn)生的余熱。另一方面，經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)也不容忽視，設(shè)備投資與電費(fèi)成本需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提高熱泵技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

余熱回收與共享系統(tǒng)：潛力巨大

余熱回收與共享系統(tǒng)為解決工業(yè)用熱問題提供了新的思路。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)有許多成功的案例。例如，在可樂灌裝過程中，熱泵分段回收95℃工藝余熱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)加熱，提高了能源利用效率。在烤煙干燥環(huán)節(jié)，排風(fēng)除濕后提取潛熱，作為熱泵低溫?zé)嵩矗瑢?shí)現(xiàn)了余熱的有效利用。據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)顯示，火電（340億GJ）、核電（25億GJ）、數(shù)據(jù)中心（2.3億GJ）等余熱若回收70%，可滿足工業(yè)及建筑供熱需求，潛力巨大。特別是核能余熱利用，通過改造冷凝器設(shè)計(jì)，外回路流量與冷凝器流量比1:1.66，泛汽熱量占比0.765，在2億kW核電裝機(jī)潛力下，余熱回收可避免近海熱污染，具有顯著的環(huán)境效益。

經(jīng)濟(jì)性與政策推動(dòng)：協(xié)同共進(jìn)

在經(jīng)濟(jì)性方面，熱泵制汽成本在180 - 240元/噸，低于燃?xì)忮仩t，但高于燃煤鍋爐。不過，碳交易收益（0.25噸CO?/噸蒸汽）可平衡成本，尤其是在歐洲碳價(jià)近1000元/噸CO?的情況下，熱泵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更加明顯。在政策推動(dòng)和技術(shù)研發(fā)方面，也取得了一系列進(jìn)展。上海交大研發(fā)的裝備獲2023年國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)，格力、美的等企業(yè)已量產(chǎn)高溫?zé)岜卯a(chǎn)品。然而，余熱共享管網(wǎng)建設(shè)仍面臨瓶頸，需要地方政府主導(dǎo)建設(shè)，以推動(dòng)熱泵技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

未來展望：構(gòu)建跨行業(yè)余熱共享系統(tǒng)

江億院士呼吁構(gòu)建跨行業(yè)余熱共享系統(tǒng)，將核電、調(diào)峰火電、冶金等余熱整合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)零碳用熱。他強(qiáng)調(diào)：“余熱管網(wǎng)是低碳轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)設(shè)施，需政企協(xié)同推進(jìn)?！敝挥姓推髽I(yè)共同努力，加強(qiáng)政策支持和技術(shù)創(chuàng)新，才能加快余熱共享系統(tǒng)的建設(shè)，推動(dòng)工業(yè)用熱向零碳方向轉(zhuǎn)型，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出積極貢獻(xiàn)。在未來的發(fā)展中，熱泵技術(shù)有望在工業(yè)零碳用熱領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，引領(lǐng)工業(yè)用熱走向綠色、低碳、可持續(xù)的新時(shí)代。