热泵在碳中和中的作用与意义
热泵在碳中和中的作用与意义
碳中和的实现需要各行各业的共同努力。从能源利用角度来看，热泵是一种使热量从低位热源流向高位热源的节能装置，其基本原理如图1-2所示，通过输入1个单位的高位能（如电能）驱动热泵循环，吸收空气、土壤或水中的热能后，能够制取超过1个单位的热能，因此具有节能高效的特点。在仅考虑建筑和工业的终端用热的热能占比前提下，我国近一半的终端用能都以热能的形式消耗了。面对如此大的热量需求，在有合适的
低位热源条件下，使用热泵来提供热能将大大减少整个国家化石燃料的消耗，从而助力碳中和。
图1‑2 热泵技术原理图
从能源革命的角度来看，能源转换链条将发生革命性变化，由目前的“燃料产热、热发电”变革为“绿电生产、电制热”，如图1-3所示。2022年6月30日，住房和城乡建设部及国家发改委联合发布的《城乡建设领域碳达峰实施方案》中提到“推动新建公共建筑全面电气化，到2030年电气化比例达20%”，这在之前的政策中相当少见，凸显了国家推动能源链条转换的坚定信心。热泵作为一种可再生能源利用装置，在“热→电”到“电→热”的巨大转换中，将是电制热的最有效方式。随着终端电气化程度的不断加深，理论上热泵COP > 1.3（消耗1单位电能制取1.3单位热能）时便具有可用性，因此在未来热泵的应用领域将会进一步扩大，成为各行各业制热的优先选择。
如图1-1所示，在2℃情景下，到2050年，我国能源总需求将达到52亿吨标煤，其中非化石能源占比超过73%，非化石电力在总电量中比例90%；终端消费部门加强以电力替代化石能源直接燃烧利用，电力占终端能源消费的比重由当前25%提升到约55%。这意味着使用电力驱动生产中低温热能的热泵比例将大幅提高，并逐步代替传统化石能源生产低品位热量的用能方式。国家能源局关于印发《2021年能源工作指导意见》的通知指出，应大力推广高效节能技术，支持传统领域节能改造升级，推进节能标准制修订，因地制宜推进实施电能替代，大力推进以电代煤和以电代油，有序推进以电代气，提升终端用能电气化水平。江亿院士也多次指出，零碳能源的主要表现形式是直接输出电力，用电力替代化石能源以高效转换的方式生产热量是能源革命的需要。热泵作为能够实现高效电制热的能源装置，将对我国终端电气化产生巨大的推动作用。同时，热泵应用还能一定程度上实现柔性用电，有助于电力调峰。高效节能的热泵技术契合时代背景与政策导向，将被碳中和的时代需求推动而得到进一步发展。
图1‑3 能源链条转换图
从技术路线角度来看，热泵是用热领域，尤其是中低温用热实现零碳的*技术路径。碳排放分为直接碳排放与间接碳排放，使用热泵代替化石燃料，直接碳排放量就变为零，仅需考虑间接碳排放。图1-4从碳减排与碳吸收两个角度出发，纳入供给侧、需求侧分析，对已有的低碳技术进行了归纳。供给侧减排方面的地热供热、需求侧减排方面的工业节能中的余热余压回收、建筑使用过程当中的暖通空调及热水系统节能，这些技术路线上热泵装置均能充分发挥自身特点，为路线的实现提供有效工具。如中深层地源热泵可利用地热能供热；高温热泵十分适用于工业余热的回收利用，回收的热量既可以用于工艺过程，也可以用于供热，推动工业体系的低碳化；而建筑暖通空调、卫生热水供应方面，各类热泵供暖装置和热泵热水器已有大量的应用，尤其是清洁取暖的政策发布以来，空气源热泵在北方集中供暖应用迅速推广开来。
从能源革命角度来看，热泵契合能源转换链条的革命性变化，符合终端用能电气化发展的需求；从能量利用角度来看，热能是我国终端能耗的主要形式，而使用热泵提供中低温热能是*方式；从技术路线角度，热泵能够为供给侧减排方面的地热发电/供热、需求侧减排中建筑、工业、农业、交通等领域的中低温热能生产提供工具。因此，为推进我国碳中和目标顺利达成，大力推广热泵技术是必由之路。
本文节选自由中国节能协会热泵专业委员会主编的《热泵助力碳中和白皮书（2022）》。感谢寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室、哈尔滨工业大学热能应用省级工程研究中心、清华大学建筑节能中心、广东美的暖通设备有限公司、青岛海尔空调电子有限公司、上海海立电器有限公司、浙江中广电器集团股份有限公司、艾默生环境优化技术（苏州）有限公司、丹佛斯（上海）投资有限公司、广东热立方科技有限公司、威乐（中国）水泵系统有限公司、威能(无锡)供热设备有限公司、东莞艾瑞科热能设备有限公司、上海复洁环保科技股份有限公司、国际铜业协会、德国国际合作机构、落基山研究所、北京智信道科技股份有限（产业在线）
低位热源条件下，使用热泵来提供热能将大大减少整个国家化石燃料的消耗，从而助力碳中和。
图1‑2 热泵技术原理图
从能源革命的角度来看，能源转换链条将发生革命性变化，由目前的“燃料产热、热发电”变革为“绿电生产、电制热”，如图1-3所示。2022年6月30日，住房和城乡建设部及国家发改委联合发布的《城乡建设领域碳达峰实施方案》中提到“推动新建公共建筑全面电气化，到2030年电气化比例达20%”，这在之前的政策中相当少见，凸显了国家推动能源链条转换的坚定信心。热泵作为一种可再生能源利用装置，在“热→电”到“电→热”的巨大转换中，将是电制热的最有效方式。随着终端电气化程度的不断加深，理论上热泵COP > 1.3（消耗1单位电能制取1.3单位热能）时便具有可用性，因此在未来热泵的应用领域将会进一步扩大，成为各行各业制热的优先选择。
如图1-1所示，在2℃情景下，到2050年，我国能源总需求将达到52亿吨标煤，其中非化石能源占比超过73%，非化石电力在总电量中比例90%；终端消费部门加强以电力替代化石能源直接燃烧利用，电力占终端能源消费的比重由当前25%提升到约55%。这意味着使用电力驱动生产中低温热能的热泵比例将大幅提高，并逐步代替传统化石能源生产低品位热量的用能方式。国家能源局关于印发《2021年能源工作指导意见》的通知指出，应大力推广高效节能技术，支持传统领域节能改造升级，推进节能标准制修订，因地制宜推进实施电能替代，大力推进以电代煤和以电代油，有序推进以电代气，提升终端用能电气化水平。江亿院士也多次指出，零碳能源的主要表现形式是直接输出电力，用电力替代化石能源以高效转换的方式生产热量是能源革命的需要。热泵作为能够实现高效电制热的能源装置，将对我国终端电气化产生巨大的推动作用。同时，热泵应用还能一定程度上实现柔性用电，有助于电力调峰。高效节能的热泵技术契合时代背景与政策导向，将被碳中和的时代需求推动而得到进一步发展。
图1‑3 能源链条转换图
从技术路线角度来看，热泵是用热领域，尤其是中低温用热实现零碳的*技术路径。碳排放分为直接碳排放与间接碳排放，使用热泵代替化石燃料，直接碳排放量就变为零，仅需考虑间接碳排放。图1-4从碳减排与碳吸收两个角度出发，纳入供给侧、需求侧分析，对已有的低碳技术进行了归纳。供给侧减排方面的地热供热、需求侧减排方面的工业节能中的余热余压回收、建筑使用过程当中的暖通空调及热水系统节能，这些技术路线上热泵装置均能充分发挥自身特点，为路线的实现提供有效工具。如中深层地源热泵可利用地热能供热；高温热泵十分适用于工业余热的回收利用，回收的热量既可以用于工艺过程，也可以用于供热，推动工业体系的低碳化；而建筑暖通空调、卫生热水供应方面，各类热泵供暖装置和热泵热水器已有大量的应用，尤其是清洁取暖的政策发布以来，空气源热泵在北方集中供暖应用迅速推广开来。
从能源革命角度来看，热泵契合能源转换链条的革命性变化，符合终端用能电气化发展的需求；从能量利用角度来看，热能是我国终端能耗的主要形式，而使用热泵提供中低温热能是*方式；从技术路线角度，热泵能够为供给侧减排方面的地热发电/供热、需求侧减排中建筑、工业、农业、交通等领域的中低温热能生产提供工具。因此，为推进我国碳中和目标顺利达成，大力推广热泵技术是必由之路。
本文节选自由中国节能协会热泵专业委员会主编的《热泵助力碳中和白皮书（2022）》。感谢寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室、哈尔滨工业大学热能应用省级工程研究中心、清华大学建筑节能中心、广东美的暖通设备有限公司、青岛海尔空调电子有限公司、上海海立电器有限公司、浙江中广电器集团股份有限公司、艾默生环境优化技术（苏州）有限公司、丹佛斯（上海）投资有限公司、广东热立方科技有限公司、威乐（中国）水泵系统有限公司、威能(无锡)供热设备有限公司、东莞艾瑞科热能设备有限公司、上海复洁环保科技股份有限公司、国际铜业协会、德国国际合作机构、落基山研究所、北京智信道科技股份有限（产业在线）