摘要：在推進“雙碳 ”戰略背景下，終端用能電氣化是大勢所趨。高溫蒸汽在工業領域需求量大，如何利用電能以高效節能的方式獲取高溫工業蒸汽仍是難點熱點問題。本文闡述了高溫工業蒸汽熱泵行業發展的重要意義及國內有關進展，指出高溫工業蒸汽熱泵將成為未來解決工業生產用熱需求的重要新型技術路線，而且能夠帶動相關產業技術變革，催生新質生產力。建議強化高溫工業蒸汽熱泵產業的戰略定位、加大科技投入、推動典型示范、加強政策支持，推動產業加快發展。

關鍵詞：熱泵；高溫工業蒸汽；高效節能；新質生產力

一、高溫工業蒸汽熱泵的產生背景

2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重承諾：我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。在推進“雙碳”戰略的背景下，我國能源生產和消費領域正在發生革命性變化。能源生產轉向清潔低碳生產，由火力發電為主的電 源結構將轉為可再生能源發電為主。終端能源消費向電氣化轉型，根據《中國電力行業 年度發展報告2023》預計，到2030年我國電氣化進程將進入中期轉型階段，帶動電能占終端能源消費比重達到35%左右，工業、建筑、交通等終端用能部門電能替代不斷加強。

熱能作為重要的終端能源，全社會需求量巨大，廣泛應用于建筑供暖、工業生產等領域，一般以熱水、蒸汽為載體。當前，中低溫用熱需求大都可通過不同類型熱泵解決，高溫工業蒸汽的低碳、高效、節能制取技術路徑已成為供熱領域各方廣泛關注的熱點問題。從發展歷程來看，我國工業領域熱能供應以燃煤鍋爐為主，污染物和二氧化碳排放較高，在環境治理要求下，燃煤鍋爐使用受到了很大限制，為此很多地方換成了天然氣鍋爐或熱電聯產來供應工業蒸汽。從發展趨勢來看，在實現碳中和目標和 美麗中國建設目標的要求下，燃煤熱電廠規模增長有限，天然氣供熱受價格較高、氣源不夠穩定等影響，亦較難成為高溫工業蒸汽的最終供應方式。

 結合終端用能電氣化、電源結構低碳化發展趨勢，利用電能生產高溫工業蒸汽，已成為業內普遍認可的關鍵、核心技術路徑。但是，如何以更加節能高效的方式把電能轉 為熱能，需要持續的技術創新和技術突破。在上述背景下，利用熱泵原理高效生產高溫工業蒸汽，被認為是一項可行的技術方向，具有極大的發展潛力。

      二、高溫工業蒸汽熱泵定義及發展近況

      (一)定義

熱泵是一種通過熱力學逆循環連續地將 熱量從低位熱源轉移到高溫物體或者介質，并用于制取熱量的裝置，一般采用電力驅動，其核心特點是節能低碳高效，消耗一度電可以帶來相當于多度電的熱量，可應用于建筑 供暖以及居民生活熱水、工業蒸汽、烘干、新能源汽車等領域。工業熱泵是指中、高功率范圍內的熱泵，多用于工業過程中余熱回收升級利用，可提高工業過程中的廢熱溫度，以滿足同一過程或其他相鄰過程的熱需求。根據工業應用的溫度要求，可將熱泵分為四種不同的類型：低溫熱泵(供熱溫度<60°C)、中溫熱泵(供熱溫度60~100°C)、高溫熱泵(供熱溫度100~160°C)和超高溫熱泵(供 熱溫度≥160°C)，本文所述高溫工業蒸汽 熱泵指應用于工業領域，制取高溫和超高溫工業蒸汽時所采取的熱泵技術。

      (二)技術和市場發展近況

      從技術進展上看，2020年以來，我國高溫工業蒸汽熱泵主要采用多級復疊壓縮循環技術，提取空氣中蘊含的低溫熱量、產生高溫熱水，生成低壓水蒸氣并送入水蒸氣壓縮機組中增壓升溫，最終實現高溫水蒸氣輸出，能夠以高效節能的電能替代方式制取160°C以內的工業蒸汽。從節能效果上看，生產120°C工業蒸汽時，系統制熱性能系數(COP)可實現大于2，是電熱鍋爐效率的2倍以上;生產160°C工業蒸汽時，COP大于1.5，是電熱鍋爐效率的1.5倍以上。從技術經濟性上看，高溫工業蒸汽熱泵采用空氣源 制備 120°C蒸汽，以年運行6000小時計，與電鍋爐相比，1~2年即可收回增加的投資成本;與燃氣鍋爐相比，3~4年可收回增加的投資成本;如果當地有可用的工業余熱源(如工業冷卻水等)，則熱泵的效率更高、 經濟性更好。

      當前我國熱泵行業在理論研究、實驗驗 證、產品開發、工程應用等方面取得豐碩成 果，在民用與商用熱泵領域逐步形成了完整 的產業體系，但在工業領域的高溫熱泵技術 研發和產品商業化上，尚存在一定差距。國 內中科院工程熱物理所、上海交通大學等科 研機構以及美的、格力、海爾、冰輪環境等 多家行業龍頭企業，紛紛將高溫工業蒸汽熱 泵技術作為產業發展的新機遇，加快技術層 面的研發攻關，推動實踐應用。近年來，我 國已有多項高溫工業熱泵成功應用案例，部分應用案例情況見表。

      習近平總書記在2023年12月召開的中 央經濟工作會議上強調，要以科技創新推動產業創新，特別是以顛覆性技術和前沿技術催生新產業、新模式、新動能，發展新質生產力。高溫工業熱泵作為供熱領域的重大關鍵技術創新，既是替代化石能源消費、節能高效解決未來工業生產用熱需求的主要路徑，也是未來綠色低碳產業重要的爆發點、增長點。

 第一，高溫工業熱泵可節能高效、經濟零碳解決未來工業生產用熱需求，是高質量實現“雙碳”目標的重要技術支撐。高溫工業蒸汽熱泵通過對工業領域燃煤、燃氣鍋爐的替代，實現工業供熱電氣化轉變，結合可再生能源的發展，可為傳統工業的零碳轉型提供路徑。根據清華大學等研究機構的調研測 算，當前我國非流程工業用熱需求約63億吉焦(折合2.3億噸標準煤)，占工業用熱需求的22%。其中，50% 都集中在150°C以下，90%集中在200°C以下。到2050年，預計非 流程工業用熱需求增長1倍左右，約為125億吉焦。其中，低于150°C的用熱需求約76億吉焦，200°C以下的用熱需求約116億吉焦，這些用熱需求都可以通過使用高溫工業蒸汽熱泵，以更加節能低碳、環保經濟的方式解決。

      此外，在更多利用綠電的情況下，可通過“熱泵+綠電”實現工業用熱高效零碳供應。預計到2060年，如果使用綠電的比重達到80%，與燃煤鍋爐相比，高溫工業熱泵能夠減少燃煤消費4億噸、減少二氧化碳排放10億噸;與燃氣鍋爐相比，可減少天然氣消費3000億立方米、減少二氧化碳排放 6.3億噸;與電鍋爐相比，能夠減少電力消費約1.6萬億千瓦時。隨著工業熱泵技術的持續革新，如果以后能夠解決200°C以上的蒸汽需求，COP不斷提高，其帶來的節能減碳潛力將更 大，為實現碳中和目標提供堅實支撐。

      第二，高溫工業熱泵發展將引領傳統產業變革，催生新質生產力和綠色新動能。高溫工業蒸汽熱泵將催生新一輪技術革命、產業革命，推動工業高質量發展。一方面，將顛覆原來的蒸汽生產模式，不再依靠燃煤、 燃氣鍋爐等設備，徹底解決化石能源燃燒帶 來的污染物排放和環保問題，助力用熱企業實現清潔生產。另一方面，高溫工業蒸汽熱泵技術將帶動工業蒸汽動力系統發生重大工藝變革，催生新一輪產業革命。按滿足未來116億吉焦/年的熱能需求測算，熱泵裝機將 達到6億千瓦左右，預計每年產業自身設備產值將達萬億級，衍生出巨大綠色低碳產業 的增長空間。同時，還可催生零碳造紙、零碳紡織、零碳飲料、零碳醫藥等一大批下游產業鏈的綠色低碳新質生產力。

      (一)頂層設計指導關注度不夠

      高溫工業蒸汽熱泵還屬于新生事物，產業正在萌芽，工業企業能效提升等有關政策措施對其關注度有限。此外，當前輕工業、化工、紙漿和造紙等行業對余熱回收利用的激勵措施不夠完善，在一定程度上影響高溫工業蒸汽的推廣滲透。

      (二)專業化定制性強

      高溫工業蒸汽熱泵的應用，需要根據具體的生產工藝過程進行專業化個性化的定制，甚至可能需要原有生產工藝的配合改進。一方面，將提升熱泵制造成本、安裝成本、運行與維護成本，進一步拉長投資回收周期; 另一方面，導致高溫工業蒸汽熱泵標準化、 規范化難度增大，不利于大規模批量化生產和管理，針對高溫工業蒸汽熱泵效率和可行性的評價難。

      (三)技術研發和示范項目有限

      根據有關研究，當前供應130°C以下工業蒸汽的技術發展相對成熟，更高溫度的熱泵技術還不夠成熟穩定。此外，與歐美日等國家相比，我國工業熱泵的主要指標(如供熱能力、供熱溫度及裝機數量)等仍有一定差距。在項目應用上，歐美日等國家工業熱泵的典型應用基本涵蓋了主要的制造業，我國的工業熱泵主要集中在農副食品加工、煙草制品、醫藥制造、新能源等特色工業上，示范項目數量和類型較為有限。

      下一步，亟需進一步強化高溫工業熱泵 的戰略定位，加強政策扶持引導，以打造綠色低碳產業、帶動傳統產業轉型升級、培育發展新質生產力為目標，推動產業持續健康發展。

      (一)做好政策支撐，加強扶持和引導

      當前各界對高溫工業蒸汽熱泵還不夠了解，認識還不到位，需要將高溫工業蒸汽熱泵作為一項顛覆性、前沿引領技術和未來綠色低碳產業的重要增長點，加強扶持和引導。建議研究制定全國工業用熱節能降碳規劃，綜合考慮不同行業高溫蒸汽的需求特點，形成高溫工業蒸汽節能高效解決方案和工作指南，提出時間表、路線圖，明確高溫工業蒸 汽熱泵的戰略定位、分場景應用領域，加快落地實施。

      (二)加強科技投入，支持技術和裝備研發

      建議進一步加大研發力度，設立相關重點實驗室、技術研發中心，圍繞進一步提升產熱溫度、提高制熱效率，組織產學研機構聯合開展科技攻關，推動關鍵材料、壓縮機、 集成制造等方面工作持續創新與突破。同時， 研究匹配不同行業、不同參數用熱需求的技術裝備，建立技術標準體系，帶動我國企業占領熱泵領域裝備制造業高地。加大對熱泵工質的研究力度，研究國內適宜的發展路線。

      (三)推動典型示范，帶動技術推廣應用

      建議推動在重點行業和場景建立關鍵示范工程項目，消除工業企業的應用顧慮。支持通過合同能源管理、蒸汽托管等方式推廣應用，充分利用工業企業乏汽、冷卻水等余 熱熱源，形成典型案例。此外，推動優化高效低碳供熱設備示范項目配電增容、節能審查等機制，助力示范項目盡快落地。

      (四)加強政策支持，扶持熱泵產業發展

      將高溫工業蒸汽熱泵作為重點創新性技術、顛覆性技術，列入已有的綠色低碳技術推廣目錄、國家綠色低碳先進技術成果目錄和產業結構調整指導目錄等，給予政策扶持。同時加快研究配套政策制度，對我國境內的高溫熱泵生產企業實施技術研發和推廣應用補助、低息貸款、稅收減免等優惠政策，引導社會資本積極進入。對率先使用高溫蒸 汽熱泵的工業企業，落實首臺套裝備支持政 策，推動給予熱泵用電優惠電價，研究按照項目節能降碳量給予補助獎勵，減輕企業初始設備投入負擔和運行成本，支持大規模推 廣應用。