江亿院士：热泵——工业零碳用热的破局关键

在“中国国际零碳供热高峰论坛”上，中国工程院院士江亿发表了极具前瞻性和重要性的观点，他明确指出，在工业零碳用热领域，热泵是唯一可能的方式。这一论断犹如一盏明灯，为工业用热在“双碳”目标下的转型指明了方向。

工业用热：现状与挑战并存

工业蒸汽供热在我国能源消耗和碳排放格局中占据着举足轻重的地位，堪称碳排放的“隐形碳王”。其年消耗量超过50亿吨（折合5亿吨标煤），贡献了工业碳排放的20%以上。长期以来，传统燃煤/燃气锅炉是工业用热的主要供应方式，但如今却面临着两大难以逾越的困境。

从能源角度来看，存在着明显的能源天花板问题。若全用电锅炉替代传统燃煤/燃气锅炉，需要高达3.5万亿度电，这一数字占2019年全国用电量的46%，如此庞大的电力需求，电网根本无法承载。而在环境方面，燃煤锅炉更是触碰到了环境红线。其年排放超过12亿吨CO₂，占全国总量的12%，这与我国“双碳”目标严重冲突，使得传统路径已走到尽头，迫切需要寻找新的解决方案。江亿院士果断强调：“传统路径已走到尽头，热泵是唯一破局可能。”

工业生产用热需求：多元且差异显著

工业用热广泛覆盖化工、纺织、食品等八大行业，年能耗约80亿GJ（3.2亿tce）。不同行业对用热温度的需求存在明显差异。以化学原料及制品制造业为例，其在50 - 100℃区间用热达30.0亿GJ，100 - 150℃区间为10.0亿GJ，150 - 200℃区间为27.0亿GJ，超过200℃区间为4.6亿GJ，合计37.8亿GJ。纺织业在50 - 100℃区间用热3.3亿GJ，100 - 150℃区间为2.5亿GJ，150℃以上无需求，合计5.7亿GJ。造纸业在50 - 100℃区间用热3.2亿GJ，100 - 150℃区间为4.0亿GJ，150℃以上无需求，合计4.2亿GJ。其他行业也各有不同的用热需求特点，这种多元且差异显著的用热需求，对供热方式提出了更高的要求。

当前供能方式：弊端重重

目前，工业供能主要采用燃煤/燃气热电联产、集中供汽管网（如珠海、厦门）以及企业自备电厂等方式。然而，这些方式存在着诸多问题。集中供汽存在“压力就高不就低”的现象，导致减温减压浪费，降低了能源利用效率。冷凝水回收困难也是一个突出问题，会造成10%的热量损失。此外，燃气成本过高，每生产一吨蒸汽需要消耗75Nm³的燃气，进一步增加了企业的生产成本。

热泵技术：优势与难点并存

热泵技术在工业零碳用热方面具有显著的核心优势。它以零碳电力驱动，COP值达到2 - 3，仅需1.4万亿kWh电力即可替代传统锅炉，能够有效减少碳排放。然而，热泵技术的推广应用也面临着一些难点。一方面，低温热源不足是制约其发展的重要因素，需要依赖余热回收，如核电、数据中心、冶金等行业产生的余热。另一方面，经济性挑战也不容忽视，设备投资与电费成本需要进一步优化，以提高热泵技术的市场竞争力。

余热回收与共享系统：潜力巨大

余热回收与共享系统为解决工业用热问题提供了新的思路。在实际应用中，已经有许多成功的案例。例如，在可乐灌装过程中，热泵分段回收95℃工艺余热，实现循环加热，提高了能源利用效率。在烤烟干燥环节，排风除湿后提取潜热，作为热泵低温热源，实现了余热的有效利用。据2020年统计显示，火电（340亿GJ）、核电（25亿GJ）、数据中心（2.3亿GJ）等余热若回收70%，可满足工业及建筑供热需求，潜力巨大。特别是核能余热利用，通过改造冷凝器设计，外回路流量与冷凝器流量比1:1.66，泛汽热量占比0.765，在2亿kW核电装机潜力下，余热回收可避免近海热污染，具有显著的环境效益。

经济性与政策推动：协同共进

在经济性方面，热泵制汽成本在180 - 240元/吨，低于燃气锅炉，但高于燃煤锅炉。不过，碳交易收益（0.25吨CO₂/吨蒸汽）可平衡成本，尤其是在欧洲碳价近1000元/吨CO₂的情况下，热泵技术的经济优势更加明显。在政策推动和技术研发方面，也取得了一系列进展。上海交大研发的装备获2023年国家科技发明二等奖，格力、美的等企业已量产高温热泵产品。然而，余热共享管网建设仍面临瓶颈，需要地方政府主导建设，以推动热泵技术的广泛应用。

未来展望：构建跨行业余热共享系统

江亿院士呼吁构建跨行业余热共享系统，将核电、调峰火电、冶金等余热整合，实现工业零碳用热。他强调：“余热管网是低碳转型的基础设施，需政企协同推进。”只有政府和企业共同努力，加强政策支持和技术创新，才能加快余热共享系统的建设，推动工业用热向零碳方向转型，为我国实现“双碳”目标做出积极贡献。在未来的发展中，热泵技术有望在工业零碳用热领域发挥更大的作用，引领工业用热走向绿色、低碳、可持续的新时代。