近日,工业和信息化部等部门联合印发《节能装备高质量发展实施方案(2026—2028年)》(以下简称《实施方案》)。《实施方案》聚焦工业热泵等重点领域节能装备,筹划了未来一段时期我国工业热泵产业发展的蓝图,充分体现了以技术创新驱动产业升级、以高端装备支撑绿色转型的战略导向。

一、加快推进热泵在工业领域推广应用意义重大

工业领域能耗约占全社会能耗的三分之二,其中近50%的工业能耗以废热形式排放。热泵是高效的热量生产转换装置,使用热泵回收工业余热、替代燃煤燃气锅炉供热,将显著减少化石燃料消耗、提高能源利用效率、提升终端用能电气化、减少二氧化碳排放。工业热泵作为一种节能装备在工业用热转型中将发挥重要作用,是100—200°C供热装备清洁、高效替代的可靠方案。近年来,随着全球绿色转型进程加快,国际社会对热泵的关注度越来越高。欧盟把热泵与光伏、风电、电动汽车等并列,作为实现碳中和目标的六大清洁能源关键技术之一。

在“双碳”战略引领下,我国热泵行业正处于快速成长期。据行业协会统计,2024年我国热泵总产量约300万台,总销售额331亿元,占全球50%以上。在工业领域,工业热泵刚刚起步,2023年我国工业热泵市场规模10.4亿元,同比增长34%,热泵推广具有广阔前景。在石油化工、纺织印染、造纸、食品加工、医药以及建材行业等普遍使用低温热力的领域,工业热泵能满足温度低于200℃的供热需求,其应用潜力巨大,发展空间宽广。

二、加强工业热泵关键部件自主研发水平

压缩机是工业热泵的核心技术,高性能压缩机是工业热泵可靠性的关键一环。提升高性能压缩机的研发水平,是国内学术界和工业界的重点任务。尤其需要提高压缩机生产制造能力,增强机械、电气部件的耐温承压水平,研制热稳定性强且与自然工质或新型合成工质润滑性、溶解性、兼容性良好的润滑油,形成涡旋、螺杆、离心等多类型压缩机产品自主研发的全覆盖,为不同容量、不同压比的工业热泵运行场景提供充足的技术支撑。完善和应用磁/气悬浮、喷液、内热回收等提高压缩机效率的技术措施,攻克密封、冷却等技术瓶颈。

三、提升热泵系统设计水平

除关键部件压缩机外,热泵系统涉及换热器、膨胀阀等部件。每个部件进出口状态的协同耦合,共同决定了热泵机组的总体能效。合理的系统整体结构设计、部件选型、参数设计能够最大程度地降低系统的用能损失。工业热泵研发人员应全面基于仿真和实验优化系统匹配,提升系统的整体能效。工业热泵宽温域高温供热和大温升供热的应用场景使得其能效水平与常规民用冷热水机组不能类比,后续可探索制定工业热泵专用的能效等级标准,为热泵厂商整机制造提供标杆和参考。

四、促进工业热泵多样化发展

工业场景下的热能供应相比民用场景更为复杂,具体表现在热源来源广(从0—30°C的环境热源到70—90°C的工艺余热)、用户需求多样化(不同工艺的热需求温度跨越80—200°C,用热介质包含热水、蒸汽等)。针对不同类型的热源和热需求,要多样化、个性化地开展工业热泵的研发和应用。例如在热源与热需求大温跨的场景中,可采用复叠压缩、多级压缩、压缩—吸收耦合的机组;对于用户的直接蒸汽需求,进行开式水蒸气压缩;针对中高温余热的利用,考虑采用吸收式热泵等。多元化的工业热泵产品是其能适配各种应用场景的技术保证。

五、强化工业热泵与场景间耦合匹配

聚焦100-200°C的中低温工业热需求,为工业热泵寻找合适的应用场景,并结合具体工艺用热需求进行针对性的机组设计和部署。当前,石油化工、金属制造、食品加工、纺织、医药等行业的蒸馏、精馏、干燥、加热、消毒等过程有高度适合应用工业热泵的热需求,并已有工程应用。但在具体使用过程中,需要结合每个工艺的特点,进行冷热物流集成分析,通过冷热物流集成方法识别内部热回收潜力,最终明确需由热泵承担的外部供能需求。应优先利用余热作为热泵热源,提升热泵系统的能效。还可以发掘冷热联供的应用场景,例如单台热泵机组冷热双用或将制冷机的冷凝热作为热泵低位热源。工业热泵真正融合进应用场景才能使其效用最大化,避免产热效率高但用热效率低的现象。

六、扩大工业热泵市场应用规模

目前工业热泵还处在市场推广的初始阶段。每项新技术达到了一定程度的规模化应用,才能更好地反推其进一步发展。例如想要实现设备与人工智能的融合,需要足够的运行数据及工艺需求数据的反馈来进行故障诊断、用能水平追踪、设备与工艺联动交互的建立、需求预测、排放监测与分析等。建筑热泵领域智能化平台的建设已具备规模,而工业热泵领域还比较薄弱。对此可以支持建设全节能装备绿色工业示范园区,一定数量规模的工业热泵在各种品位的余热和热需求间发挥热枢纽的作用,基于此构建热泵运行与工业需求的协同优化平台,建成智慧化的区域热能供应系统。要重视工业热泵与规模化储热的结合、实现热泵增效储热以及通过热泵实现储热能质匹配调控,大幅度增强规模化储热的灵活性。

(作者:上海交通大学讲席教授、制冷与低温工程研究所所长  王如竹)