江億院士：熱泵——工業(yè)零碳用熱的破局關鍵

在“中國國際零碳供熱高峰論壇”上，中國工程院院士江億發(fā)表了極具前瞻性和重要性的觀點，他明確指出，在工業(yè)零碳用熱領域，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”目標下的轉型指明了方向。

工業(yè)用熱：現狀與挑戰(zhàn)并存

工業(yè)蒸汽供熱在我國能源消耗和碳排放格局中占據著舉足輕重的地位，堪稱碳排放的“隱形碳王”。其年消耗量超過50億噸（折合5億噸標煤），貢獻了工業(yè)碳排放的20%以上。長期以來，傳統(tǒng)燃煤/燃氣鍋爐是工業(yè)用熱的主要供應方式，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/燃氣鍋爐，需要高達3.5萬億度電，這一數字占2019年全國用電量的46%，如此龐大的電力需求，電網根本無法承載。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?，占全國總量的12%，這與我國“雙碳”目標嚴重沖突，使得傳統(tǒng)路徑已走到盡頭，迫切需要尋找新的解決方案。江億院士果斷強調：“傳統(tǒng)路徑已走到盡頭，熱泵是唯一破局可能。”

工業(yè)生產用熱需求：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)對用熱溫度的需求存在明顯差異。以化學原料及制品制造業(yè)為例，其在50 - 100℃區(qū)間用熱達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4.2億GJ。其他行業(yè)也各有不同的用熱需求特點，這種多元且差異顯著的用熱需求，對供熱方式提出了更高的要求。

當前供能方式：弊端重重

目前，工業(yè)供能主要采用燃煤/燃氣熱電聯(lián)產、集中供汽管網（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”的現象，導致減溫減壓浪費，降低了能源利用效率。冷凝水回收困難也是一個突出問題，會造成10%的熱量損失。此外，燃氣成本過高，每生產一噸蒸汽需要消耗75Nm3的燃氣，進一步增加了企業(yè)的生產成本。

熱泵技術：優(yōu)勢與難點并存

熱泵技術在工業(yè)零碳用熱方面具有顯著的核心優(yōu)勢。它以零碳電力驅動，COP值達到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，熱泵技術的推廣應用也面臨著一些難點。一方面，低溫熱源不足是制約其發(fā)展的重要因素，需要依賴余熱回收，如核電、數據中心、冶金等行業(yè)產生的余熱。另一方面，經濟性挑戰(zhàn)也不容忽視，設備投資與電費成本需要進一步優(yōu)化，以提高熱泵技術的市場競爭力。

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。在實際應用中，已經有許多成功的案例。例如，在可樂灌裝過程中，熱泵分段回收95℃工藝余熱，實現循環(huán)加熱，提高了能源利用效率。在烤煙干燥環(huán)節(jié)，排風除濕后提取潛熱，作為熱泵低溫熱源，實現了余熱的有效利用。據2020年統(tǒng)計顯示，火電（340億GJ）、核電（25億GJ）、數據中心（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，通過改造冷凝器設計，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。

經濟性與政策推動：協(xié)同共進

在經濟性方面，熱泵制汽成本在180 - 240元/噸，低于燃氣鍋爐，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，尤其是在歐洲碳價近1000元/噸CO?的情況下，熱泵技術的經濟優(yōu)勢更加明顯。在政策推動和技術研發(fā)方面，也取得了一系列進展。上海交大研發(fā)的裝備獲2023年國家科技發(fā)明二等獎，格力、美的等企業(yè)已量產高溫熱泵產品。然而，余熱共享管網建設仍面臨瓶頸，需要地方政府主導建設，以推動熱泵技術的廣泛應用。

未來展望：構建跨行業(yè)余熱共享系統(tǒng)

江億院士呼吁構建跨行業(yè)余熱共享系統(tǒng)，將核電、調峰火電、冶金等余熱整合，實現工業(yè)零碳用熱。他強調：“余熱管網是低碳轉型的基礎設施，需政企協(xié)同推進。”只有政府和企業(yè)共同努力，加強政策支持和技術創(chuàng)新，才能加快余熱共享系統(tǒng)的建設，推動工業(yè)用熱向零碳方向轉型，為我國實現“雙碳”目標做出積極貢獻。在未來的發(fā)展中，熱泵技術有望在工業(yè)零碳用熱領域發(fā)揮更大的作用，引領工業(yè)用熱走向綠色、低碳、可持續(xù)的新時代。