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熱泵技術(shù) | 中低溫供熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的必然選擇

發(fā)布時間：2024-07-14 23:29:49

“雙碳”戰(zhàn)略下

，能源領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生革命性變化

，最顯著的是能源轉(zhuǎn)換鏈條由目前的“燃料產(chǎn)熱

、熱發(fā)電”變革為“綠電生產(chǎn)

、電制熱”

，終端用能電氣化態(tài)勢明顯

。熱泵因其電熱轉(zhuǎn)換的高效性

，是電制熱的最有效方式

，為替代化石能源燃燒供熱提供了一種可靠的備選方案

，將在碳達峰、碳中和過程中發(fā)揮重要作用

。為此

，國家重大戰(zhàn)略

、文件中均明確鼓勵因地制宜推進熱泵等清潔低碳供熱技術(shù)。

熱泵的應(yīng)用情景

現(xiàn)階段

，我國建筑業(yè)

、工業(yè)和農(nóng)業(yè)消耗大量中低溫?zé)崮埽掖蟛糠钟苫剂现苽?div id="jfovm50" class="index-wrap">，可再生能源利用比例低?020年

，我國建筑運行中化石能源消耗相關(guān)的碳排放約22億噸，其中與供暖和熱水相關(guān)的碳排放接近一半

；工業(yè)能耗約1400兆噸

，其中50%～70%為化石燃料生產(chǎn)的熱能形式消耗，小于160℃的熱量消耗高達42億GJ

。建筑部門作為熱泵應(yīng)用市場主導(dǎo)行業(yè)的供暖/供熱水占比仍不超過10%

，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)中使用的情況更低

。

熱泵是一種利用高位能（多為電能）驅(qū)動

，將低位熱源（通常是空氣、水

、土壤/巖土體及低溫廢熱等）的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的節(jié)能裝置

，從而為用戶提供中低溫?zé)崃浚绻┡?div id="d48novz" class="flower left">

、供冷及熱水服?wù)等

。

熱泵技術(shù)的優(yōu)勢在于整合可再生或廢棄的環(huán)境熱源，有效和可控地供熱

，從而替代對化石能源的需求

。在建筑行業(yè)，熱泵技術(shù)可應(yīng)用于我國不同氣候區(qū)的新建建筑和既有建筑改造的供暖制冷和熱水供應(yīng)

，這也是目前熱泵技術(shù)應(yīng)用最多的場景

，尤其是2016年清潔取暖提出之后，發(fā)展很快

。

目前

，熱泵技術(shù)應(yīng)用在建筑領(lǐng)域不論是技術(shù)還是經(jīng)濟上均具有顯著的競爭力。對于工業(yè)生產(chǎn)

，目前中低溫?zé)岜眉夹g(shù)已有商業(yè)化產(chǎn)品

，溫度高達150℃的熱泵我國已有解決方案，不久將能產(chǎn)生高達180℃的熱量

，制備高溫?zé)崴?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、熱空氣、飽和蒸汽和低（微）壓蒸汽等，?yīng)用于食品制造業(yè)

，紡織業(yè)

，木材加工業(yè)，造紙和紙制品業(yè)

，化學(xué)原料和化學(xué)制品業(yè)

，汽車制造業(yè)等典型工業(yè)中。大容量的高溫工業(yè)熱泵將是解決工業(yè)能源脫碳的有效方案之一

。

熱泵的減碳效益

熱泵應(yīng)用的節(jié)能減排效果也逐漸顯現(xiàn)

。截至2021年，我國空氣源熱泵（含供暖

、熱水和干燥）內(nèi)銷約1500萬臺

，地源熱泵應(yīng)用面積約5.7億平方米。已安裝的熱泵系統(tǒng)累計供熱量達53億GJ

，實現(xiàn)近2.73億噸的碳減排量

，其中2021年度我國熱泵碳減排量達0.81億噸。在熱泵應(yīng)用規(guī)模顯著增長情景下

，由熱泵應(yīng)用

、電力生產(chǎn)方式改革、需求側(cè)改造的共同作用下

，2060年建筑供暖與熱水供應(yīng)

、工業(yè)中低溫用熱、農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控領(lǐng)域?qū)⒛軐崿F(xiàn)65%的碳減排

，其中熱泵減排量達14.5億噸

，相當(dāng)于現(xiàn)階段我國碳排放總量的14%。若2060年電力實現(xiàn)零碳

，熱泵在中低溫供熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋

，則中低溫供熱領(lǐng)域有望實現(xiàn)零碳。此外

，按目前的價格體系

，北方農(nóng)村地區(qū)煤改空氣源熱泵的減碳成本僅為145元/噸CO?，具有極佳的減碳經(jīng)濟效益

。
當(dāng)然

，熱泵大規(guī)模推廣也會增加電網(wǎng)負荷，尤其是冬季供暖季節(jié)性用電需求的增加

，與冬季水電

、光電的季節(jié)性削弱正好矛盾。隨著終端部門電氣化水平的提升

，據(jù)預(yù)測2060年全社會總電力需求將達18.7萬億kWh

，熱泵消耗的電力約占10.5%

。雖然相對電直熱供熱節(jié)電明顯

，但熱泵高增速發(fā)展將增加電網(wǎng)負荷

，應(yīng)積極利用合適場景的熱泵應(yīng)用對電網(wǎng)進行日調(diào)峰，實行需求側(cè)響應(yīng)的柔性用電

。如空氣源熱泵供暖可利用建筑物本身熱慣性

，作為虛擬電力調(diào)峰站；熱泵蓄熱式熱水供應(yīng)方式利用低谷電制熱等

。一方面可減小對電力峰值負荷的影響

，另一方面可平衡風(fēng)電、光電發(fā)電能力與電力負荷需求間的不匹配問題

，一定程度緩解了棄風(fēng)

、棄光問題。

熱泵發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用能有效降低用戶的碳排放

，但熱泵設(shè)備生產(chǎn)

、安裝、維護

、拆除等也會產(chǎn)生二氧化碳或非二氧化碳溫室氣體的排放

，應(yīng)注重?zé)岜眉夹g(shù)自身低碳化研發(fā)和應(yīng)用。加強熱泵技術(shù)的研發(fā)與革新

，推廣應(yīng)用適宜的熱泵系統(tǒng)

。健全適應(yīng)未來大規(guī)模發(fā)展的熱泵相關(guān)制造、應(yīng)用

、運行維護和測評相關(guān)標準體系

。研發(fā)新型壓縮技術(shù)，促進壓縮機技術(shù)與其他學(xué)科前沿成果的融合

，開發(fā)無油壓縮機

，優(yōu)化壓縮機與熱泵整機匹配；熱泵多場景應(yīng)用設(shè)備研發(fā)

，如高溫?zé)岜?div id="m50uktp" class="box-center"> 、超低環(huán)境溫度熱泵、交通熱泵等

，研發(fā)更高效

、更可靠、大溫差及具有更長壽命的熱泵系統(tǒng)

；加快低GWP制冷劑及相關(guān)技術(shù)研發(fā)

，積極推廣包括自然工質(zhì)在內(nèi)的環(huán)境友好型制冷劑；熱泵與蓄熱技術(shù)結(jié)合

，開發(fā)主

、被動式蓄熱技術(shù)及跨季節(jié)蓄熱技術(shù)

；根據(jù)應(yīng)用場景自身屬性，匹配熱泵系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)

，應(yīng)用適宜的熱泵系統(tǒng)

，實現(xiàn)系統(tǒng)整體能效提升；熱泵系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)

、人工智能

、數(shù)字孿生等相結(jié)合，實現(xiàn)熱泵供熱系統(tǒng)的智能化

。
發(fā)展實踐表明

，熱泵技術(shù)作為綠色低碳的熱能供應(yīng)方案，是中低溫供熱領(lǐng)域替代化石能源

、實現(xiàn)碳中和的必然路徑

。中低溫供熱領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的關(guān)鍵在于熱泵技術(shù)的普及應(yīng)用。

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