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        爐具網訊：10月11日-12日，2021中國熱泵行業年會在武漢盛大召開。年會以“熱泵助力碳中和、行業發展再揚帆”為主題，超1000余人齊聚一堂，共謀“雙碳戰略”背景下熱泵行業發展大勢。中國節能協會理事長、中國工程院江億院士發表了《雙碳目標下的熱泵行業發展機遇》主題報告。

        在這段50分鐘的演講中，江億院士主要傳達了以下幾個觀點：

        實現碳中和就必須實現以可再生能源為基礎的零碳能源和低碳能源結構
        熱泵技術的機遇在于熱泵是電力高效轉為熱量的最佳途徑
        熱泵技術的新挑戰第一是做高效，第二是高溫和干燥，第三是綠色工質
        低碳能源條件下燃料必然升值，余熱將成為重要資源，熱泵余熱回收大有可為
        整個社會減碳量的15%靠熱泵。熱泵在建筑領域大概能替代3.5億噸，在集中供熱大概能替代1~1.5億噸，工業生產中能替代10億噸

        本文約7700字，僅為部分文字實錄。精華多多，請耐心閱讀。由《熱泵市場》雜志根據會議錄音整理。開場部分及第一部分“零碳能源的特點和挑戰”省略，完整版可參看后續視頻。（已獲主辦方授權發布，但未經演講人本人審閱。）

        熱泵是電力系統能夠實現高效轉化為熱量的最佳途徑。

        以前的電是從火電來的，燒煤發電效率百分之三十幾，四十不到，燃氣發電效率50%，所以以前用熱泵來產熱的時候，都有一個COP限制，說 COP不能太低，比如說COP只有高于2.5才劃算，不然的話你一份電才出兩份熱。我要是直接燒火，我出的熱還多，你這個就賠了，所以就給熱泵定了個由電轉化成熱的一個界限，只有高于2.5，甚至只有高于3，才比直接燃燒取熱節能。

        這是化石能源時代，這個是沒錯，都符合咱們實際的轉換過程。

        但是現在的形勢變了。因為大多數電力以后不是來源于火電，而是來源于零碳電了，熱泵的任務是由電轉化成熱，參考對象是什么？這時候的參考對象是電熱，而不是燒火發電了，那么電熱的COP是多少？它是1。

        這么一來，只要COP>1，是不是就比電熱節能？電網公司使勁上電鍋爐，它的COP就是1，熱泵要能產生同樣溫度的熱，COP始終＞1，是不是就比電熱節能？

        這就極大地擴充了熱泵的可應用領域，這件事兒希望咱們參會的諸位好好想想。

        可能我說這話，大概就會有人反對，說江億說的不對，為什么？因為現在電力可能一半以上還是來自于燃煤，你看這煤一漲價一緊張，不就限電就沒電了嗎？你怎么還認為只要COP大于1就節能？本來還按煤電的話COP還應該＞2.5，COP＞3。

        此言是對的，但是任何事我們都要發展著看。這些年來，經過各部門的不斷努力，火力發電的占比實際在逐漸下降，隨著火電成分逐漸下降，可再生電力的比例不斷上漲，對應的每一度電的含碳量也在不斷下降。

        像以前是百分之百是燒煤的電一度電什么的，0.8k/Kg二氧化碳了，然后這些年0.8、0.7、0.6，現在應該中國平均是0.58，我想今年年底每度電的碳排放量比0.58公斤還會再低一點。

        第二條，我們現在干事兒是面向未來，如果中國一定要走這條路，未來必然是大比例的零碳電，來自于風電光電、核電。那么這種東西來的電應該是COP＞1就是節能的，不然你說水電你給我變熱，你還有什么辦法變出熱呢？

        那一邊在發展，我們這兒也是發展，我們發展是為了看著10年之后，15年之后，那么10年之后，我相信中國的可再生電力會占到一半，15年之后、20年之后會可再生電力應該占的比例更大，所以這事應該同步的進行，他搞電力的可再生電力化，這邊就搞我的熱量由熱泵來提供。不能等它電都弄完了，說現在全程綠電了，你們趕緊弄熱泵，本來熱泵COP＞1就行了，現在還不行，現在還得搞到2.5，它不是這樣的。我們現在就應該開始布局，朝那方向努力，當然COP越高越好。但是以前被排除被認為的COP只有一點幾的技術，現在應該重新審視了。

        這么一看，就有新的領域的挑戰。

        首先是什么？蒸汽！

        熱泵能不能做蒸汽？說要七八十度熱的時候做東西，像空氣源熱泵，產生蒸汽行嗎？有些人會說那些東西不行，COP就一點幾多，省不了多少電，但COP1.5怎么樣？1.3怎么樣？COP1.3不也比電熱的蒸汽發生器節能30%嗎？這也挺好。所以這也是一個很重要的發展方向。

        因為實現能源革命，就得燃煤燃氣鍋爐給取消掉，現在大量的中小型鍋爐，在醫院、在賓館、在酒店，在洗衣房燒蒸汽來提供熱量，導致大量二氧化碳排放。燃氣甭管是燒燃氣還是燒煤，都是該取消的對象，那么我們發展電動熱泵來產生蒸汽。能替代這個嗎？只要大于一點幾，這都是節能的，都值得提倡。

        再有比如說我們飲水，熱泵型開水器，中國人就要開水，這東西能不能做？工業生產領域有不少工序需要70、80、90℃熱水，熱泵能不能做？干燥果實要40℃到80℃的干燥熱風，同時熱量最好通過熱泵回收排水、濕熱熱風，這些能不能做？

        這些內容有的已經做了，有的還是正在完善中，有的正在開發中，我覺得這都是新的課題。

        所以第一是做高效，第二是高溫和干燥。

        第三是什么呢？雙碳目標下要求必須用綠色工質。

        《基加利修正案》9月15日對我國正式生效。為此生態環境部專門組織了一個會議，來紀念前些年的工質替代取得的重大工作成果，同時也吹響了履行基加利協議的號角，這又是咱們熱泵這一塊特殊的工作，也是跟氣候變化有關系。雙碳目標下要求必須用綠色工質，不能再用高GWP的工質，高GWP的工質會有溫室效應影響氣候，這也是咱們熱泵領域面對的新問題。

        我再重新捋一捋，大概有幾個不同領域，咱們的熱泵是可以切入進去。

        首先在建筑領域。

        建筑領域包括哪些？建筑領域現在要做的一個全面電氣化，把煤、油、氣全取消。因為現在建筑里直接燒煤，燒天然氣。燒煤燒天然氣，大約造成了一年6億噸二氧化碳左右的排放，直接排放，這得取消掉。這是第一條。

        那么要干的任務就是，咱們家里頭，商場里頭做飯可能得改電氣化，這件事大概熱泵使不上勁，但是生活熱水電氣化，這就是熱泵的應用領域了。熱泵比直接電熱的熱水器效率高多了。

        替換像醫院賓館等建筑電動蒸汽發生器，直接替換這些建筑物的燃氣蒸汽鍋爐，這變成了一個很重要的任務。賓館飯店從南到北到處都有，得用電動熱泵，制備蒸汽熱水，替代現在的燃煤燃氣鍋爐，又是一挺大的事兒，這都是解決直接碳排放問題。

        還有間接碳排放，就是咱們北方集中供暖需要大量的熱能。

        現在供暖方式不是樓里邊燒或者旁邊燒煤，就是遠處鍋爐房或者電廠出來的熱，但是需要排放大量的二氧化碳，直接導致一年5億噸二氧化碳的排放量，這個也是該取消。在北方集中供暖領域，熱泵也可以起到很大的作用。

        剛才談到建筑領域，咱們再看工業部門。

        工業部門的二氧化碳排放可以分成兩類——

        一類是出于工業的目的，比如說化工，本來它就把天然氣、煤當成燃料，那是另一條道，還有像煉鋼拿焦炭做火燃劑，水泥生產上煤，也排放二氧化碳，是因為它本來就有二氧化碳冒出來，置換出來，這都是工藝過程的。這些東西好像跟熱泵不太容易打的交道。

        另外非工業過程目的的就是為了熱量，燒火取熱而使用燃料的。

        有多少？大概工業領域有大約25億噸每年的二氧化碳排放量，這比剛才建筑多多了。

        其中包括輕工業生產過程中的熱量需求，紡織、印染、皮革、造紙、制藥、食品、飲料產業，就是飲料燒開了消毒，燒了90多度進行消毒，然后再冷卻下來等等。

        很多輕工業行業都需要提供50~110多度左右的熱量，用來加熱、消毒。工業生產，工藝生產過程，印染這些事兒。生產完之后，最后出來那產品都是常溫的，等于是我燒燃料給它熱了，燒熱完之后，干完這活還得給它涼下來，最后拿到那產品，結果熱量哪去了？熱量都跑到冷卻水里去了，或者冷卻風給馬上都排了。所以這些領域是咱們熱泵可以好好發揮起作用，用熱泵通過電來替代化石燃料的，很重要的領域。

        而且熱泵是取低品位熱給它抬高，產生高品位熱量，這時候既然它這熱都沒隨產品走，最后它都排出來了，那么好好的回收這些余熱，把它當做熱泵的熱源，這時候就可以實現高效的通過熱泵提供熱量。高效的熱量制備這事，這是都具備這種條件跟資源，所以這是我們熱泵該進軍的，非常重要的領域。

        第二個化工生產過程。

        我對化工生產一點不懂，但是你給我講像是乙烯，每噸乙烯就得1G焦耳的熱量，得給它怎么加熱，這都是化學化工主任跟我講，好像我原來以為這都是生產原料什么的，你不用化石能源，不用天然氣不行，人家說其中大概一半多不是為了當原料用，就是為了加熱。

        那么加熱有時候又產生出大量的低品位余熱，用100℃的熱，最后它出40~50℃的熱量又排了，所以化工企業有大量的冷卻塔不斷的排熱。咱們熱泵就得好好利用這熱量，別被冷卻塔排走，取回來后再提高溫度，又回到工廠工業生產過程中去，這多好。

        所以在化工領域，熱泵一定是大有作為，太多的這邊用高溫的熱，那邊排稍微溫度低點的熱給排出來，甚至還得那邊還要制冷，你把這些過程跟熱泵合起來，這能給把化石能源都替代了，解決咱們電動熱泵高效的事兒。

        這是化工領域生產過程的應用。

        機械生產過程，機器制造等很多工藝熱處理比如電鍍、噴漆等，我看這時候也都需要熱，同時，因為它不是太多的化學過程，所以它后來也要把一些低溫余熱排出去，這時候通過熱泵把這排的低溫余熱給它提起來，供這邊也挺重要的。

        再就是工業窯爐的應用也是大有可為，玻璃陶瓷，包括一些燒結工藝，都是工業窯爐應用范疇。那么，這時候這些東西溫度很高，需要上百度甚至上千度的溫度。

        有人說這么高的溫度熱泵就玩不轉了。的確，熱泵是不能直接提供這么高的溫度，但是你看整個的加熱過程，它前面有這個冷風進入，得把空氣預熱，然后那邊就排出熱風，那么你要是都給它變成電加熱的話，前面這冷風也拿電加熱，可就不是加到幾百度上千度的熱量，而是在常溫下一點點加，這加熱過程應該熱泵完全能夠勝任。

        從哪取熱？從排的風那取熱。

        所以在玻璃、陶瓷這種窯爐里頭拿熱泵做兩頭，排風、取熱、預熱、進風，能夠省上1/3，說這省上更多的中間的電加熱，這就可以對節能起很大作用，所以在這些窯爐里頭，熱泵也不是沒事干，也可以好好的發揮起作用。

        那么工業過程除了加熱之外，還有干燥，干燥過程更是需要用熱泵了。當然這不僅僅是工業生產，農副產品加工，也要干燥。

        山西某辣花椒產地，每年一到花椒加工干燥季，電力供應都緊張，如果使用熱泵則可解決花椒干燥缺電的問題。

        包括工業生產過程，我知道一個企業做印刷，彩色印刷應用熱泵。彩色畫的干燥過程用了熱泵，效果特別好，質量提高，降低能耗。

        干燥過程不光用在這高級東西上，吃的，用的，連低級東西，像污泥干燥，泥煤重新給它變成可燒的這么煤塊，這些干燥過程也可以通過熱泵一邊加熱一邊回收排放的余熱，這都有很大的效益，都是有很大的需求。

        那么這類東西的特點都是干燥過程都得需要低溫余熱，低溫余熱在哪兒？正好是你干燥那排的熱濕空氣，你給它回收回來，就成為熱泵很好的低溫熱源了。
        當然也還有那種問題，說烘干是該加上熱風，還是該直接加熱被干燥的物料，這個理論能分析的清楚，希望讓它干燥的物料直接加熱，效率要高得多。但是換熱的關系，怎么拿熱泵去把這熱量輸出給它，直接對上被干燥的物料，這里邊都有好些創新，好這個竅門來仔細去做去。

        然后還有好些新的領域出來，非常典型的就是數據中心。

        現在咱們說抓新基建，新基建大量的4G、5G基站。5G是電老虎，那么這些電都哪去了？最后都變成熱量的形式出來了，芯片不能存電，所有50℃、40℃、30℃的余熱白白浪費了。

        有資料顯示，數據的行業一年用電量就要達到2000億度電，2000億度電，這可是7億GJ。7億GJ是什么概念？我們中國未來北方城市建筑供熱有50GJ就夠了，這7億GJ它占它能提供1/7，你要把這塊熱量都給收回來，1/7建筑采暖熱量就夠了，省下多少大鍋爐。

        而且現在整個的趨勢是什么？就是數據中心為了節能，不斷的提高冷卻水的溫度，以前是7℃、10℃，現在是已經是15~20℃，進供水15℃，回水20℃，在溫度下都能滿足它的冷卻要求了。而熱風從機柜里頭排出來大概都比30℃高了。在它要求的溫度下排熱，那么已經適合使用熱泵做低溫熱源了。所以一頭制冷一頭制熱，這時間不長，很快。通過用兩頭一邊給這個數據中心提供低溫的冷源，那邊就出熱，解決咱們供熱要求的熱量，這是一個很重要的領域了，應該是該好好動腦子了。

        此外，再小一點，各種洗浴中心，集中區域分散區域生活熱水、排水，這水臟了最后都是溫的，20多度甚至還更高，但這些中低溫水都被排到下水管了，造成嚴重的浪費，應該把這部分的熱量回收起來，用它去滿足熱水升溫的要求，這又是一個特別重要的一個領域。

        比如說，我生活熱水要制備45℃的熱水，我現在那兒大量排著25℃用完了的臟水，我要把這臟水給它冷卻到10℃，能提出15℃熱量來，15℃熱量，我本來是要這個是45℃的，比如說也是自來水15℃自來水加熱到45℃，那么15℃要加30℃，這兒我已經能夠提出15℃，熱泵完全可以實現這樣的功能。所以回收各種洗浴、生活熱水排水的熱量，來解決生活熱水制備問題，應該以后變成常態，大規模的都應該這么做。

        只要有水有熱量的地方，就有余熱排出，有效的回收各類余熱，解決熱泵的低溫熱源問題，這是我們應該好好考慮，在各個應用環節考慮這東西的事兒。

        隨著零碳低碳的能源的發展，別看現在缺電，以后相對來說，電的價格會降低，什么會漲價？燃料成珍貴的了，成寶貝了，因為煤啊、氣啊都不許用了，就剩點生物質能源了，所以燃料必然會升值，成了珍貴的東西。

        燃料一升值，余熱就成了特別重要的資源了。所以以后余熱成了非常重要的資源，好好挖掘，好好利用。熱泵就成了利用這些余熱資源最好的手段。

        按照前面的分析，大概我們熱泵在各個領域里擔當的任務是這樣的：

        在建筑領域現在建筑一年排直排的是6億噸二氧化碳，熱泵能替代3.5億噸，我說的直接排放的不包括電力。

        供熱的集中的間接排放的一年是5億噸，熱泵大概能替代1~1.5億噸二氧化碳。

        工業生產中非工藝過程的碳排放都是為了燒火，為出熱的，一年是25億噸，有些東西熱泵不好替代，熱泵能替代多少？能替代10億噸二氧化碳。

        這兒都合起來，那要是好好把這熱泵用好了。這市場一年就是說有每年15億噸二氧化碳排放的減排效果。

        中國現在大約是一年排放100億噸二氧化碳，其中有小40億噸都是電力系統（供應）。那么我們要把這100億噸拿來看，通過熱泵能給國家減排或者說碳中和大目標能做出多大貢獻？按照上述的數值就是15%的貢獻。這樣相當厲害了，咱們這一個行業能為國家的大戰略目標貢獻15%，應該是很重要的一個實現碳中和的生力軍。

        現在中國的電力生產排40億噸的話，建筑直接排放和用的熱力11億噸，交通大約是8億噸，然后工業里邊的工藝過程是10億噸，非工藝過程燃燒25億噸，這是100億噸。

        咱們熱泵用好了，能把其中的15%給它干掉，這就是咱們可以干的，有能力干的這事兒！

        要完成這些重大的任務，這是光榮的使命跟責任。那么，對熱泵就提出好些新挑戰。

        比如說，能產生高溫嗎？因為有些工業應用要這種溫度下的東西。

        如果低溫熱源是20℃，COP應該能達到2以上。以前說2不行，現在剛才我講了2也節能，這時候該怎么做？用哪種技術？雙級壓縮？用什么循環工質是吧？可以產生蒸汽嗎？必須要2公斤到4公斤的蒸汽，滿足工業和民用的要求，這時候也是取20℃的低溫熱源，COP可以達到1.5，可不可以？

        像上海王如竹教授的團隊研發的在低真空下閃蒸加熱之后出低壓蒸汽，然后蒸汽壓縮機把這蒸汽給絕熱給壓到你要求的壓力去，這就出來了。整個過程就跟蒸汽輪機發電很相近，跟咱們原來的發電反著走。

        發電是高壓蒸汽進去，絕熱膨脹發出電來，然后剩了低真空蒸汽冷凝器冷凝，把熱量排在冷空氣里頭成水了。現在把水收過來先加熱，從低溫熱源取熱，取熱之后閃蒸，閃蒸經過熱泵，把溫度提高，經過咱們的常規熱泵提高點，從低溫熱源那取熱，然后閃蒸變成低壓蒸汽，然后拿蒸汽壓縮機一壓，壓出要求的壓力來，整個過程跟發電的過程反著的，這也解決蒸汽要求，所以這一領域挺重要。

        熱泵還是離不開低溫熱源。那么在哪去找低溫熱源？還是老話題，開發各類余熱資源，排煙、排風、排水，包括有些冷卻水，只要比大氣溫度高，都是好東西，從這些資源取熱總比從空氣里取熱合適。

        再則現在發展的開發利用的中深層地熱，把這井一下打2000米、3000米下去，然后管道下去再轉回來，水在管里走，取熱不取水，不會給地下環境帶來任何影響，但是把地里那點熱能取上來，能取出30℃甚至于40℃的熱量，這還不能滿足工藝要求怎么辦？再通過熱泵進一步提溫，達到所要求的50℃、80℃熱水，甚至于蒸汽。

        但開發中淺層地熱需要向相關部門申請，有時候沒條件的話，但是旁邊有江河湖海，也還是可以取江河湖海的常溫水的熱量，夏天20℃、30℃，冬天甚至在10℃以下，這些東西通過熱泵也可以提取它的低溫熱，然后解決咱們熱量需求問題。

        但是所有這些東西總是有各種各樣的限制條件，不是都適合，而空氣源應該是放之四海都能用的東西。所以空氣源還是適應性最廣的低溫熱源，但是對機組的技術要求更大，有很多難點需要去克服。

        剛才說的是熱泵本身的發展，再就該回到我剛才說那話了，怎么讓電動熱泵參與電網的峰谷調節，為電網移峰填谷做貢獻。

        比如說生活熱水制備，可以在不用熱水的時候把水箱的水弄熱，所以挑低谷電多的時候用，或者光電風電多的時候，電網電富裕的時候來用，這是未來一定是特別重要的題目。

        那么熱泵除了蓄熱水箱，比如制這50℃左右的熱量，現在國內也已經有企業搞相變儲能的蓄熱水箱，不是蓄熱水了，是把熱量蓄在材料，然后反過來持續建筑供熱。

        按照需求側響應模式來運行熱泵，可以為電網向移峰填谷，增大風電光電的消納能力做出貢獻。而且現在電力部門研究也認可了，這個熱泵如果能夠嚴格的在電網調度下，按照需求的響應模式運行，就可以認為我是在使用綠電。

        為什么？它可以是調動你，現在風電來了，你開，我現在太陽沒了，我沒光電了，你停。嚴格在我的指示下什么時候開，什么時候停，保證你一天用電總量跟你需求量一樣，就不影響你工作效果，但是都是挑著有綠電的時候開著，這時候就能認為你是綠電供暖，所以就實現了供暖零碳了。

        這樣的方法跟剛才說的電化學、儲能、抽水蓄能各種空氣壓縮系統等等比，跟他們比成本要低的多，收益要大的多，所以這是一個重要領域，未來會好好發展的。

        應用熱泵的時候還應注意很重要的一點，宜分散不宜集中，因為電動熱泵的功率不用太大，不要說規模越大越效率高，任何一個東西規模大到一定時候，就到了最高效率了，進一步增加不一定增加效率，甚至還降低效率了。

        對電動熱泵來說，上限就是兩兆瓦左右，就是這數就行了。所以再做大，你服務面就廣了，你額外會增加輸送能量，所以熱泵技術是最適合分散、分布方式來提供熱源的技術，希望大家在做實際工程里邊一定堅持這個原則。

        最后作為總結，我覺得熱泵在低碳能源轉型發揮非常重要的作用：推進全面電氣化；解決提供各種熱源，包括提供蒸汽來替代燃煤燃氣鍋爐；回收各類余熱；為電網削峰填谷；解決低碳能源結構燃燒燃料不足問題，提供電力燃料。

        這些都可以發揮巨大作用，不斷的科技創新，根據更大的市場需求會產生出更多更巧妙的應用，使熱泵在未來低碳能源轉型的能源革命中發揮起更重要的作用。

        隨著熱泵的全面推廣，熱泵用在不同的地兒、不同領域，也會產生變化和進步，所以可以整體的促進工業界、建筑業各個領域的技術，促使技術進步。

        這就是熱泵在這里邊可以起的作用。

        謝謝大家！

原標題：江億院士：熱泵為社會減碳潛力15億噸，建筑領域+集中供熱+工業生產中大有可為！