熱泵助力能源低碳轉型的機遇與路徑

2023年的中央經濟工作會議提出要加快建設新型能源體系，旨在推動能源綠色低碳轉型、實現碳達峰碳中和，并保障國家能源安全。根據相關預測，2060年新型能源體系中電能利用將占能源消耗的70%以上，其余的非電能源又以熱能利用為主，熱泵作為一種高效、節能的能源轉換設備，既可以作為電力利用設備為構建新型電力系統助力，又可以作為熱能高效利用的直接裝備助力熱能利用的升級，推動電力系統和熱力系統中可再生能源利用比例的提升，促進分布式能源系統的普及，提高能源供應的安全保障度。

根據熱泵產業協會的統計，截至2023年，全球熱泵銷售500萬臺，中國占了55%；2023年中國熱泵銷售額331億元，同比增長了11.4%，其中空氣源熱泵銷售額310.2億元，同比增長了11.9%，但這僅僅是起步。熱泵作為一種高效、節能的能源轉換設備，是助力中國實現脫碳目標的重要手段，正受到越來越多的關注，實現碳中和目標為熱泵技術的應用提供了廣闊的空間，預計未來中國熱泵市場將達萬億級別。按照熱泵輸入的低位熱能不同，可將熱泵劃分為空氣源熱泵、再生水（污水）熱泵、地源熱泵及廢熱（余熱）回收熱泵等，這些熱泵技術在分布式能源領域和供熱領域有明確的發展機遇和清晰的發展路徑，熱泵的發展將成為中國能源轉型和碳中和目標實現的強大助力。

熱泵助力電力系統高比例消納可再生能源

我國電力系統低碳轉型面臨時間緊迫、可再生能源消納占比低、用電增長壓力巨大以及“雙碳”背景下新型能源安全觀的建立等問題。相較歐盟與美國從碳達峰到碳中和的時間，我國30年的轉型時間較為緊迫。歐盟碳關稅逼近，出口企業壓力傳導提速。根據2024年4月底的數據，我國總電力裝機30億kW，光伏風電裝機11億kW（光伏60%、風電40%），占37%風光裝機的出力占比僅10%，相比同期德國的50%以上，差距巨大。究其原因，是現有電力系統應對間歇性、不穩定、不可控電源的能力有限，所以矛盾頻出，棄風棄光、上網問題凸顯。解決這些問題的重要手段，就是發展具有較高自平衡能力和調峰能力的分布式能源系統。

分布式能源在電力系統轉型中具有提高能源效率、促進可再生能源利用、增強電網靈活性和韌性、支持需求側管理、推動電力市場改革、促進地方經濟發展和就業、降低能源成本、支持技術創新和產業發展、實現能源安全和多元化供應以及適應政策和規劃需求等作用。分布式能源與新型電力系統高度契合，在新型電力系統和新型能源體系中將發揮重要基礎作用。近期分布式能源相關政策主要聚焦于推動其開發利用，并優化能源結構，以實現節能減排和經濟社會的可持續發展。這些政策和指導意見體現了我國對分布式能SpQeyQM0WC4eM6eSPs7eaOR4ZN7LExpuE5TOy6Bp+oM=源發展的全面支持，旨在通過技術創新和政策引導，推動分布式能源的高質量發展，進而助力實現國家的能源安全和“雙碳”目標。

創造條件接納分布式能源是新型電力系統的核心特征之一，當然分布式能源系統本身也需要提高自平衡能力和為電網調峰的能力，用戶側將深度參與電力系統的平衡，實現源網荷儲互動將成為系統運行常態，可中斷負荷和虛擬電廠也將普及應用，要求電力負荷特征由剛性、純消費向柔性、產銷一體化轉變。熱泵在分布式能源系統中將發揮以下作用。

1.能源互補與梯級利用：分布式能源系統通過多能互補的形式，如天然氣、太陽能、風能等，滿足用戶側的多級用能需求。熱泵作為一種高效的能量轉換設備，可以利用低品位的熱能（如空氣、水或土壤中的熱量）來提供高品位的熱能，與分布式能源系統中的能源互補使用，實現能源的梯級利用。

2.提高能源效率：熱泵技術能夠顯著提高能源的利用效率。在分布式能源系統中，熱泵可以作為重要的組成部分，通過電力驅動，將低位熱源的熱能轉移到高位熱源，從而減少對傳統能源的依賴，提高整個系統的能源效率。

3.促進可再生能源的利用：熱泵技術可以與分布式能源系統中的可再生能源（如太陽能、風能）相結合，通過熱泵將可再生能源產生的熱能進行有效利用，進一步推動可再生能源在分布式能源系統中的應用。

4.支持能源微網模式：在第三代分布式能源，即能源微網模式中，熱泵技術發揮著重要作用。它可以在電力供應高峰時蓄熱（冷），而在電力需求高峰時釋放熱量（冷量），實現供需平衡，提高系統的靈活性和可靠性。

5.實現零碳能源目標：熱泵作為一種清潔能源技術，有助于減少化石燃料的消耗，降低碳排放，支持實現碳中和目標。在分布式能源系統中，熱泵的使用有助于構建以可再生能源為基礎的零碳能源系統。

6.政策支持與市場發展：隨著政策對分布式能源和清潔能源的大力支持，熱泵技術必將得到快速發展。在市場化推動下，熱泵在分布式能源項目中的應用越來越廣泛，成為推動能源轉型和實現可持續發展的重要技術之一。

日本、德國等為推動熱泵技術在電力系統轉型中持續發揮作用，頒布了具體的經濟激勵政策。隨著我國分布式能源系統在電力系統轉型中作用的增強，熱泵技術的應用也必將隨著分布式能源系統的發展而不斷增加。

熱泵助力供熱行業提高能效和低碳轉型

根據國際能源署（IEA）的分析，熱泵在全球的銷售勢頭強勁，中國是當前全球最大的建筑用熱泵市場，占全球銷售額的1/4以上。中國市場上在售熱泵是區域供熱管網以及建筑和工業供熱脫碳的最高效選擇之一。隨著技術進步和政策推動，預計熱泵在供熱行業的應用將持續擴大，為實現全球能源轉型和碳中和目標做出重要貢獻。熱泵在供熱行業的應用前景非常廣闊。

1.集中供熱系統與吸收式熱泵集成：吸收式熱泵技術可以集成到現有的集中供熱系統中，在熱源端，可優化余熱利用，提高余熱利用率，增加供熱量；在用戶端，可降低回水溫度，提高供熱管網輸送效率；跨季節儲熱技術應用可以充分承接余熱資源，使熱泵結合儲熱系統提高供熱可靠性。

2.集中供熱熱力站耦合空氣源熱泵、再生水（污水）熱泵、地源熱泵等：熱電聯產熱源在傳統能源體系中以熱定電運行，是北方冬季集中供熱的穩定熱源，但隨著燃煤發電廠越來越多地參與電力系統為可再生能源發電調峰，以電定熱就成了運行常態，集中供熱系統冬季熱源缺乏日益嚴重。集中供熱熱力站耦合淺層、中深層、空氣源、水源熱泵以補足集中供熱熱源不足就顯得尤為必要，而且在熱力站或和用戶端進行耦合更加節能，便于調節靈活，同時為集中供熱系統增綠。

3.分布式熱泵系統直接供熱：分布式熱泵系統可以因地制宜地利用低溫資源（空氣、水、地熱等），通過熱泵技術用于替代各種化石能源（煤、氣、油）鍋爐房，通過在多個地點設置小型的供熱裝置或系統，利用空氣能、地熱能、水能等多種能源形式進行熱能生產和供暖，避免了傳統集中供暖模式中熱能長距離輸送造成的能量損失。分布式熱泵系統以其高效、靈活和環保的特點，正成為供熱行業的重要發展方向。隨著技術的不斷成熟和政策的持續支持，預計其在未來將有更廣泛的應用，特別是在超低能耗建筑中會被普遍使用。

4.工業、農業用熱領域的熱泵應用：在工業、農業領域的熱能需求中，中低溫熱能需求占相當大的比例，溫度范圍從50℃至160℃。工業熱泵可提供必要的工藝熱能，如化學工業中的加熱、反應和干燥過程，工業產品的干燥過程，特別是食品、藥品、木材、紙漿和造紙等行業。高溫熱泵可產生高達168°C的蒸汽，滿足工業過程中對蒸汽的需求。熱泵技術在這些領域的應用可以顯著促進工業實現低碳供熱。熱泵在農業領域的應用包括種植大棚加熱、畜牧養殖和水產養殖、農產品干燥、畜禽養殖供暖、農業大棚供暖等。

積極應對熱泵應用中的問題和挑戰，不斷拓展新的應用場景

隨著全球節能減排和環境保護意識的增強，熱泵作為一種清潔、高效的供熱方式，市場需求正快速增長。隨著技術的不斷成熟和政策的持續支持，預計熱泵未來將有更廣泛的應用。盡管熱泵技術在助力能源低碳轉型中扮演著重要角色，但熱泵在熱能利用系統中是否能像光伏之于電力系統、電動汽車之于交通系統一樣發揮作用，還需要積極應對以下幾個方面的挑戰。

（1）技術經濟性挑戰。熱泵的推廣還需要解決技術成熟度和經濟性問題，確保其長期運營的可行性。盡管熱泵的運營成本低，但熱泵的初始投資通常較高，影響投資意愿。在應用推廣過程中，需要不斷探索新型的能源經濟模式，并充分考慮節能價值、減碳價值。（2）技術創新與系統優化。熱泵技術的進一步發展需要在高效核心組件、熱力系統循環優化等方面進行持續創新，不斷提高系統運行能效。（3）政策支持與市場推動。政府的政策激勵對于熱泵的推廣至關重要。例如，歐盟在“RepowerEU”計劃中提出將熱泵部署速度提高一倍，中國也應出臺更具體的政策鼓勵熱泵技術的應用。（4）專業人才缺乏。熱泵行業的快速發展可能導致專業技術人員的短缺，同時熱泵技術的整合及其在能源轉型中的廣泛應用需要跨學科的協同，急需培養更多的跨學科專業人才。（5）商業模式創新。熱泵技術的推廣需要創新商業模式，探索與熱泵發展相適應的商業模式，以實現規?；?。（6）地域性策略。鑒于中國幅員遼闊和經濟發展水平的差異，需要制定因地制宜的熱泵推廣策略。（7）國際經驗借鑒。中國可以借鑒國際上熱泵應用的經驗和做法，結合國內實際情況，推動熱泵技術的發展和應用。（8）提升公眾意識。提高公眾對熱泵技術節能、環保特性的認識，促進社會接受度和市場需求。

如今，全球對節能減排的需求增加，熱泵市場正在快速增長。中國是熱泵的主要市場，且有巨大的市場潛力。隨著我國“雙碳”目標的深入推進，熱泵技術在我國能源低碳轉型中具有巨大潛力，但要充分發揮其作用，還需要技術創新、政策支持、市場培育以及跨學科的協同努力。通過解決上述問題，熱泵技術有望在我國未來的能源結構中占據更加重要的地位，為“雙碳”目標的實現做出重要貢獻。

編輯|王秋蓉 qiurong.wang@wtoguide.net