江億院士：熱泵——工業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表了極具前瞻性和重要性的觀點，他明確指出，在工業零碳用熱領域，熱泵是唯一可能的方式。這一論斷猶如一盞明燈，為工業用熱在“雙碳”目標下的轉型指明了方向。

工業用熱：現狀與挑戰并存

工業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），貢獻了工業碳排放的20%以上。長期以來，傳統燃煤/燃氣鍋爐是工業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。而在環境方面，燃煤鍋爐更是觸碰到了環境紅線。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：“傳統路徑已走到盡頭，熱泵是唯一破局可能。”

工業生產用熱需求：多元且差異顯著

工業用熱廣泛覆蓋化工、紡織、食品等八大行業，年能耗約80億GJ（3.2億tce）。不同行業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為例，其在50 - 100℃區間用熱達30.0億GJ，100 - 150℃區間為10.0億GJ，150 - 200℃區間為27.0億GJ，超過200℃區間為4.6億GJ，合計37.8億GJ。紡織業在50 - 100℃區間用熱3.3億GJ，100 - 150℃區間為2.5億GJ，150℃以上無需求，合計5.7億GJ。造紙業在50 - 100℃區間用熱3.2億GJ，100 - 150℃區間為4.0億GJ，150℃以上無需求，合計4.2億GJ。其他行業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，工業供能主要采用燃煤/燃氣熱電聯產、集中供汽管網（如珠海、廈門）以及企業自備電廠等方式。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，進一步增加了企業的生產成本。

熱泵技術：優勢與難點并存

熱泵技術在工業零碳用熱方面具有顯著的核心優勢。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、冶金等行業產生的余熱。另一方面，經濟性挑戰也不容忽視，設備投資與電費成本需要進一步優化，以提高熱泵技術的市場競爭力。

余熱回收與共享系統：潛力巨大

余熱回收與共享系統為解決工業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，實現循環加熱，提高了能源利用效率。在烤煙干燥環節，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，具有顯著的環境效益。

經濟性與政策推動：協同共進

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，熱泵技術的經濟優勢更加明顯。在政策推動和技術研發方面，也取得了一系列進展。上海交大研發的裝備獲2023年國家科技發明二等獎，格力、美的等企業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：構建跨行業余熱共享系統

江億院士呼吁構建跨行業余熱共享系統，將核電、調峰火電、冶金等余熱整合，實現工業零碳用熱。他強調：“余熱管網是低碳轉型的基礎設施，需政企協同推進。”只有政府和企業共同努力，加強政策支持和技術創新，才能加快余熱共享系統的建設，推動工業用熱向零碳方向轉型，為我國實現“雙碳”目標做出積極貢獻。在未來的發展中，熱泵技術有望在工業零碳用熱領域發揮更大的作用，引領工業用熱走向綠色、低碳、可持續的新時代。