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《科技日報》發(fā)表江億院士署名文章,熱泵將成“零碳熱力系統”絕對主力

科技日報 發(fā)表于: 來(lái)自:中國熱泵


  構建新型零碳熱力系統勢在必行

  

  黨的二十屆三中全會(huì )指出,加快規劃建設新型能源體系。建立面向碳中和的新型能源體系,必須實(shí)現零碳電力、熱力和燃料供應。當前我國碳達峰碳中和“1+N”政策體系對化石能源替代和新型電力系統建設均有布局,但對熱力系統關(guān)注相對不足。熱力系統現已成為各地開(kāi)展能源低碳轉型和零碳園區建設等工作的難點(diǎn)堵點(diǎn),必須引起高度重視。

  

  熱力系統轉型升級迫在眉睫

  

  我國熱力需求主要源于工業(yè)和建筑。2022年工業(yè)用熱約90億吉焦,包括主要用于化工的飽和壓力在1兆帕以上的高壓蒸汽和主要用于造紙、輕紡等輕工業(yè)的飽和壓力在1兆帕以下的中低壓蒸汽。建筑用熱約93億吉焦,主要用于冬季采暖和生活熱水等。目前各類(lèi)用熱主要依靠燃煤、燃氣鍋爐及熱電聯(lián)產(chǎn)提供,約消耗全國11%的能源(6億噸標煤),產(chǎn)生15%的能源相關(guān)碳排放。

  

  預計到2060年,我國熱力需求將從183億吉焦增加至240億吉焦。要想實(shí)現零碳供應,依靠電熱轉換或生物質(zhì)燃燒等方式并不經(jīng)濟可行。若全部依靠電熱轉換會(huì )消耗7萬(wàn)億度電,相當于全國2024年用電量的70%,這將給新型電力系統建設帶來(lái)巨大壓力;若全部依靠生物質(zhì)燃燒需要9億噸標準煤的生物質(zhì)燃料,超過(guò)全國生物質(zhì)資源總量,且會(huì )消耗未來(lái)新型能源系統中最寶貴的低成本零碳燃料。這種情況下,尋找經(jīng)濟可行的零碳熱力供應方式迫在眉睫。各地在熱力低碳轉型實(shí)踐中,由于缺乏全國整體轉型規劃和技術(shù)方向引導,出現了熱力管網(wǎng)重復建設導致財政浪費,建設以熱電聯(lián)產(chǎn)為目的的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(chǎng)導致碳排放不降反增,盲目推廣空氣源和土壤源熱泵加劇電力系統季節性調峰壓力等一系列問(wèn)題。

  

  因此,必須盡快創(chuàng )新綠色低碳供熱技術(shù),通過(guò)系統性、前瞻性的規劃設計整體推進(jìn)新型零碳熱力系統建設。否則,不僅會(huì )阻礙我國實(shí)現碳達峰碳中和,還可能帶來(lái)能源安全風(fēng)險。比如,2022年烏克蘭危機引起的歐洲能源危機,受影響最大的領(lǐng)域就是建筑冬季采暖,導致了巨大的經(jīng)濟社會(huì )損失,且嚴重威脅能源安全。

  

  系統布局新型零碳熱力系統

  

  構建新型零碳熱力系統是我國新型能源體系建設中的重要任務(wù),應根據熱力需求特點(diǎn)和資源稟賦等國情條件來(lái)進(jìn)行整體規劃和系統布局。

  

  熱泵可通過(guò)消耗電力將低品位熱量轉化為高低品位熱量,1份電可供3—8份熱,是全球公認的高效零碳供熱方式。低溫低密度用熱需求適合采用“自然熱源+熱泵”來(lái)供熱。低品位的自然熱源可從室外空氣、土壤、地表水等自然環(huán)境中提取。自20世紀90年代以來(lái),我國基于自然熱源的熱泵技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展迅速,已有超過(guò)一億平方米的北方建筑采用該方式采暖。然而,對于高密度的用熱需求,例如對于北方城市高密度建筑群,當單位土地面積的取熱密度大于1兆瓦/萬(wàn)平方米時(shí),若從自然環(huán)境中提取低溫熱量會(huì )產(chǎn)生一些不利的生態(tài)環(huán)境影響和地下空間過(guò)度占用。

  

  高密度用熱需求可采用“余熱熱源+熱泵”供熱。當取熱密度大于1兆瓦/萬(wàn)平方米時(shí),可考慮核電火電余熱、工業(yè)余熱、數據中心余熱等人工排放余熱作為低溫熱源,結合熱泵實(shí)現供熱。我國擁有大量的余熱資源,回收70%就可滿(mǎn)足北方建筑采暖和工業(yè)高密度用熱需求。為解決熱源與用熱在空間、時(shí)間和參數上的不匹配問(wèn)題,需要建立區域余熱共享系統,回收各種余熱,依靠管網(wǎng)系統通過(guò)熱水循環(huán)把余熱輸送到用熱終端,建設跨季節儲熱設施,平衡余熱產(chǎn)出和用熱需求在時(shí)間上的不一致。我國北方地區已建成完善的集中供熱系統,南方地區也建成了一定規模的工業(yè)蒸汽供給系統,在此基礎上經(jīng)過(guò)改造升級就可實(shí)現全年余熱回收和“余熱+熱泵”供熱。

  

  而對于工業(yè)生產(chǎn)壓力高于1兆帕的蒸汽需求,采用熱泵的經(jīng)濟性不佳,應加速攻關(guān)高溫零碳供熱技術(shù),可考慮核能供熱或電直熱等方式。

  

  為實(shí)現上述技術(shù)路徑,必須盡快開(kāi)展共性關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)和試點(diǎn)示范。熱泵技術(shù)需突破低全球變暖潛值制冷劑熱泵、高溫熱泵、工業(yè)蒸汽熱泵、寬域高效壓縮技術(shù)等;熱量品位變換技術(shù)需突破第一類(lèi)吸收式換熱器、第二類(lèi)吸收式換熱器;余熱回收技術(shù)需突破核能、熱電廠(chǎng)及鋼鐵冶金等流程工業(yè)的余熱采集;熱量輸送和調配技術(shù)需突破長(cháng)距離低成本輸熱技術(shù);需重點(diǎn)突破跨季節儲熱技術(shù)和熱電協(xié)同技術(shù)。


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2025
08/28
15:43
中國熱泵
編輯:科技日報
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