我國工業用熱電氣化面臨的挑戰及對策建議

通過加快技術裝備研發攻關，有序開展低溫熱泵推廣與應用，建立多能互補協同機制等一系列措施促進我國工業用熱電氣化的推廣，加速工業綠色低碳發展的進程。

近日，國家發展改革委、工業和信息化部、生態環境部、住房城鄉建設部、交通運輸部、國家能源局等部門聯合印發《推動熱泵行業高質量發展行動方案》，明確了加快推動熱泵行業高質量發展的總體要求和重點任務，從熱泵推廣應用、產業提質升級、完善支撐保障三個方面作出系統部署，以期推動建筑、工業、農業和交通運輸等重點領域節能降碳，促進經濟社會發展全面綠色轉型。熱泵作為工業用熱電氣化的一項關鍵技術選項，具有廣泛的推廣應用前景，對我國工業綠色低碳發展至關重要。

現階段，我國工業用熱約占全國熱力消費總量的3/4，是我國熱力消費的主要領域，且工業供熱以化石燃料為主。隨著我國工業的穩步發展，用熱需求逐年上升，加強用熱過程的電氣化是推進工業部門降碳的重要舉措。以工業熱泵和熱電池為主的工業用熱電氣化技術在技術經濟、能耗和碳污排放控制方面已具有優勢。然而，推動工業加熱的電氣化仍存在諸多挑戰，能源價格之間的差異、電氣化設備的可用性以及供需矛盾等方面的困難嚴重限制了我國工業用熱電氣化的進程，亟需以減污降碳協同治理為抓手，通過加快技術裝備研發攻關，有序開展低溫熱泵推廣與應用，建立多能互補協同機制等一系列措施促進我國工業用熱電氣化的推廣，加速工業綠色低碳發展的進程。

一、工業用熱現狀

1.用熱需求涉及絕大多數制造業且以 中高溫用熱占主導

行業用熱需求方面，黑色金屬、化學和化工產品、非金屬礦物、石油煉制和煉焦行業是工業用熱需求量較大的行業，需求量分別約為5.8億、3.75億、2.39億、2.05億噸標煤。有色金屬、食品飲料和煙草、紡織、機械、造紙印刷等行業用熱需求相對較低，需求量分別為約為0.34億、0.34億、0.34億、0.17億、0.17億噸標煤。工業用熱溫度分布方面，工業用熱需求呈現連續性特征，且對溫度參數要求較高，熱量需求大。其中，高溫用熱（超過 1100^°C ）占總用熱的 30% 集中于黑色金屬和非金屬礦物行業；中低溫用熱（ 150～300^°C ）占總用熱的 27% ，集中于黑色金屬、石油煉化和焦化行業；低溫工業用熱（低于 150^°C. ）占總工業用熱的26% ，集中于化工和石油精煉，食品、飲料和紡織等其他行業。

2.工業供熱以化石能源為主且電氣化改造潛力較大

從能源結構的角度來看，我國工業用能以化石能源為主。2023年，我國煤炭消費量為31.7億噸標準煤，其中發電用煤增長5.1% ，鋼鐵、建材、化工行業用煤分別增長 3.1% 、 0.1% 、 ，在制造業中，化石燃料作為終端能源的使用占比約 70% ，而電力僅占 24% 。供熱作為制造業用熱主要方式，涉及從金屬冶煉到不同材料和化學品的加熱、干燥和蒸餾等多種工藝流程。從電力清潔化角度來看，電力能源結構持續優化。風電、光電等新能源發電近年來在工業用能中的比重逐年上升，目前清潔能源發電裝機容量占比已達 53.9% ，電力清潔化程度不斷提升。據中國有色金屬工業協會統計顯示，電解鋁行業的清潔能源使用比例已達到24.4% ，石化化工等行業也在加快探索綠氫規模化利用，綠色能源正逐步成為工業能源消費的重要組成部分。

3.工業用熱電氣化存在多種技術選項

近年來，熱泵、電阻式電鍋爐和熱電池等用熱電氣化技術在國內外已廣泛適用于工業行業。其中工業熱泵作為一種主動熱回收裝置主要用于工業過程中的熱回收和熱升級，是替代化石能源低溫熱能（低于100^°C^? ）的首選供熱技術，已在農副食品加工、食品制造、紡織、木材加工、造紙、設備制造和汽車制造等行業得到應用。電阻式熱鍋爐采用高阻抗管形電熱元件加熱的電熱設備，具有結構簡單、操作方便、熱效率高等特點。基于電熱鍋爐的低谷電蓄熱系統是對在工業領域傳統燃煤鍋爐的良好替代。熱電池又稱熱能電池，可將電能轉化為熱能，并可儲存數小時至數天，可提供達 1700^°C 溫度的熱量。

4.工業熱泵在低溫需求領域成本優勢 明顯

從經濟性方面看，低溫工業熱泵展現出明顯的成本優勢。 80～100^°C 低溫工業熱泵的平準化成本為260元 /MWH_th ，即每兆瓦時（熱）的價格是260元，比燃煤熱電聯產低 15% ，比天然氣熱電聯產低 20% ，比天然氣鍋爐制熱便宜 27% ，比電鍋爐制熱便宜 60% 。但對于 100～165^°C 的工業用熱，使用工業熱泵制熱的平準化成本約為391元 /MWH_th ，較 80～100^°C 運行的熱泵高出約 50% 。熱電池平準化成本為314元 /MWH_th ，電鍋爐平準化成本為659元／MWH_tho 從技術成熟度方面來看， 80^°C 以下的低溫工業熱泵的市場穩定性已得到了驗證， 80～100^°C 低溫工業熱泵已實現商業化推廣， 100^°C 以上的工業熱泵技術仍處于進一步研發與完善階段。熱電池目前僅小規模生產，尚未規模化生產與推廣應用。電鍋爐方面雖然技術相對成熟，但由于其能耗過高，在能源成本壓力下，逐漸被其他供熱方式所替代，僅在一些對供熱穩定性要求極高且對成本不太敏感的特殊工業場景中仍有使用。

5.工業熱泵在節能減污降碳方面成效顯著

從能耗方面看，工業熱泵的能效位居前列。低溫工業熱泵的單位產熱能耗僅為燃煤鍋爐的 20% ，高溫工業熱泵僅為燃煤鍋爐的 1/3 ，高于熱電聯產系統、電鍋爐和熱電池等其他替代品。電阻式電鍋爐、熱電池等非熱泵技術效率差異較小，在溫度較高和沒有余熱回收的應用中，電阻技術相對于燃燒技術的效率具有顯著優勢。從二氧化碳和其他污染物排放方面看，工業熱泵是降低工業用碳強度和污染物排放的途徑。將發電產生的二氧化碳排放量計算在內，低溫0 80～100^°C， ）工業熱泵的二氧化碳排放量分別比天然氣、煤炭和電鍋爐低 26% 、 60% 和 73% 。對于溫度較高（ （100～165^°C） ）的工業熱泵，每單位熱量的二氧化碳排放量分別比燃煤熱電聯產機組、燃煤鍋爐和電鍋爐低 21% 、 33% 和 55% 。工業熱泵能顯著減少5種污染物（ NO_X， SO_X， PM₁₀ 和PM_2.5， ）排放，而熱電池則能減少3種污染物 ΔSO_X， PM₁₀ 和 PM_2.5. ）排放。

二、工業用熱電氣化發展潛力和面臨的主要挑戰

1.輕工業等低溫用熱行業需求巨大

工業熱泵可滿足約 15% 的工業供熱需求。據國際能源署和清華大學測算，若熱泵的供熱溫度達 200^°C ，則能夠滿足中國 15% 的工業用熱需求。食品和飲料、紙漿和造紙、金屬制品、塑料制品、紡織品和木制品等輕工業是工業供熱的主要需求方，其中造紙與化工行業熱泵部署方面的潛力巨大。如造紙和化工行業分別約有 55% 和 18% 的供熱需求可由熱泵滿足，按照2022年的能源需求計算，造紙行業的熱泵容量將達2000萬～3000萬千瓦、5500萬 ～8500 萬千瓦。有色金屬與非金屬工業方面，若能夠替換200^°C 以下工業用熱，工業熱泵每年可節能1.74億噸標準煤，在非化石能源發電量分別占比 34% 、 50% 、 70% 的情境下，分別減少3.261億、4.018億、4.965億噸二氧化碳排放量。

2.高成本是制約規模化發展的首要因素

在能源成本方面，燃煤鍋爐供熱平準化成本最低，煤炭與電力之間的成本差距是制約電氣化轉型的因素。雖然電加熱在工業供熱方面的效率高于燃煤，但煤炭的單位能耗成本僅為電力的1/5，煤炭能耗成本仍低于電力。盡管熱泵和熱電池可通過效率提升縮小成本差距，但由于熱泵和熱電池僅在特定條件下具有成本競爭力。煤炭通常仍能保持價格優勢。運營成本方面，燃煤鍋爐最低，其次為工業熱泵和熱電池。其中，80～100^°C 的工業熱泵與燃煤鍋爐運行成本相近， 100～165^°C 的工業熱泵、熱電池、電鍋爐運行成本分別是燃煤鍋爐的2倍、1.5倍和5倍。

3.技術受限是制約工業用熱電氣化轉型發展的核心難題

目前，熱泵是工業用熱電氣化較為成熟的技術，但 140^°C 以上的高溫熱泵技術尚未成熟，僅在少數特定的小型系統中有所應用。工業熱泵所需的空間較大，應用場景受限。以現有機組為參照，1000千瓦的熱泵重10噸，平均需要17平方米的空間，而類似容量的燃氣蒸汽鍋爐只重5噸，需要6平方米的空間。除了熱泵技術外，熱電池等新技術處于商業化早期階段，高溫等離子體加熱技術等仍處于實驗室階段或小規模試點應用，尚未能大規模供應市場。電磁采暖技術、相變儲熱采暖技術等部分新興電氣化供熱技術，出現控制系統故障、加熱元件故障等情況較為頻繁，嚴重影響設備正常運行。目前，維修人員需具備儲能材料、熱交換等多領域專業知識，專業門檻較高；另外，生產廠家售后維修網點分布極為稀疏，難以覆蓋廣大用戶區域。此外，部分部件具有特殊性，如智能相變電儲熱模塊，其生產與供應均受廠家制約，市場上難以尋覓適配的替代品。不同廠家的相變儲熱設備在結構設計和零部件選用上尚未統一，影響工業生產的連續性，降低了供應側對工業用熱需求的保障能力。

4.工業用熱需求多樣性與標準適配性問題突出

不同工業行業的用熱需求差異巨大，即工業用熱需求呈現多樣性特征。例如，化工需要高溫高壓蒸汽，食品加工需要精準控制低溫熱，而現有電氣化解決方案針對性不足，通用設備用于特定行業可能效率低或無法滿足工藝要求。工業生產的周期性和市場波動導致用熱需求不穩定，在很大程度上也增加了熱需求預測的難度。工業生產通常具有周期性，旺季用熱需求較大，淡季用熱需求則相對較小；市場波動也會通過生產計劃調整最終影響生產用熱需求，如某些行業的原材料價格波動、產品市場需求變化等。值得注意的是，目前工業用熱缺乏統一標準，企業因為難以評估技術設備的性能適用性，導致選擇供熱技術設備面臨很大挑戰；而在供熱設備市場上產品質量參差不齊，擾亂用熱需求側選擇，加劇供需錯配。

三、促進我國工業用熱電氣化發展的對策建議

1.加大先進技術裝備研發攻關

建議發揮國家重點研發計劃等中央財政科研經費等引導作用，支持開展復雜工況與新興余熱利用關鍵技術攻關，重點支持高溫超導材料、高性能的換熱材料、隔熱材料和壓縮機材料等關鍵部件材料研發。加快研發新型壓縮機和高效換熱器，提高100～165^°C 的工業用熱的穩定性。重點突破熱泵在低溫環境下的高效運行、余能回收的高效轉化等技術難題，提高技術水平和設備性能。依托首臺（套）重大技術裝備保險補償政策，鼓勵企業開展高效換熱、高效用能、智能控制等技術裝備研發應用。

2.有序推進低溫熱泵推廣與應用

應充分運用中央預算內投資、超長期特別國債等資金渠道，支持重點領域節能降碳改造和用能設備更新，加快高效熱泵技術、高效鍋爐替代與改造、鍋爐系統智能化升級等技術的推廣與應用。持續遴選、發布國家工業和信息化領域節能技術裝備推薦目錄，加快工業熱泵、熱電池、電鍋爐設備的推廣與更新。加強回收循環利用能力，建議工業和信息化部指導新成立的中國資源循環集團有限公司加快布局設立全國性、功能性資源回收利用平臺，提高廢舊鍋爐回收和再生資源加工利用能力。

3.構建分層分類的工業用熱標準體系

建議加快構建“基礎標準 + 行業細分標準”的工業用熱標準雙層體系。基礎標準聚焦安全、環保等底線要求，行業細分標準按溫度（如低溫 lt;150^°C_? 中底溫在150～300^°C. 高溫 gt;1100^°C） 、壓力（如低壓 ?1.6MPa 、中壓在 1.6～10MPa 、高壓 gt;10MPa， 、燃料類型（如燃煤、燃氣、生物質）等參數劃分，允許企業根據工藝需求選擇適配標準。參考國家發展改革委對熱泵技術標準的定期評估模式，每 3～5 年開展工業用熱標準適用性評估。結合行業調研（如制藥、化工、食品等行業的用熱參數），及時納入新興技術和更新能效要求。

4.建立多能互補協同機制

推進熱電聯產機組靈活化、耦合化、低碳化轉型，因地制宜推廣生物質、各類新型余熱、電供熱等低碳供熱技術，實施“新能源 + 供熱”模式，建立“政府一電網一新能源企業一用戶”的四方協作機制，采取電量市場化交易和差別化輸配電價，實現“政府要綠、企業要利、用戶要暖”的多贏局面。加強熱泵與其他能源系統的集成技術研究，如熱泵與太陽能、地熱能等可再生能源的耦合系統，實現多種能源互補，提高能源綜合利用效率，使熱泵在不同能源供應條件下都能發揮優勢。