江亿：热泵技术是实现“零碳能源”的关键

“双碳”目标是我国能源发展的巨大机遇与挑战，我国实现能源结构调整，发展“零碳能源”势在必行。在最近召开的中国热泵大会**（TAC ID: E000187.202200）**上，中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任、2022年北京“最美科技工作者”江亿指出，热泵技术将是破解“零碳能源”问题的关键方案。

（以下为整理内容）

我国“双碳”任务的目标，是从目前以化石能源为基础的碳基能源转变成“零碳能源”，包括核电、风电、光电、水电、生物质能等。届时，一次能源的主要来源，就会由目前的燃料改为直接电力，从而使能源的产生、传播、转换、应用链条出现根本的变化。但在未来即使我们不再使用燃料，社会生产生活还是离不开热。北方的集中供热、生活热水、商业用热，以及纺织、印染等轻工业都需要用热。怎么“由电产热”，就成了今后能源革命大任务里非常重要的环节。

据初步统计，我国未来一年需要130亿GJ（1GJ=10亿焦耳）的热量，相当于5亿多吨标煤。比起烧煤，电热虽然省事又干净，但是130亿GJ热量相当于5万亿度电（相比之下，2021年中国的用电总量才8.3万亿度）。如果简单靠电热来解决社会用热，就会给未来新兴零碳电力系统的建设和发展带来极大的困难。

面对这个问题，最合适的解决方法是热泵（编者注：热泵是目前全世界备受关注的新能源技术。正如水泵可以通过做功，将水从低处提到高处，热泵可以通过电力做功，将低位热源的热能转移到高位热源，高效实现“由电变热”）。

▲热泵循环示意图

但是要全面发展热泵，以空气、地源、地表水这几种自然界的余热，恐怕还不能满足需求，更大规模的低温热源在哪儿？

中国是制造业大国，大量工业生产过程中排放的余热，可以成为热泵最好的热源。根据数据统计，未来中国仅核电、火电、流程工业三项，每年就能输出190亿GJ的余热，即使只回收其中的70%（即133亿GJ），也能解决我国未来的用热问题。

▲住宅空气源热泵的室外组件

从现实来看，要把余热资源做好，还必须应对三方面的挑战。

首先是时间上的匹配问题。只有开展大规模的“跨季节储热”，才能实现产热和用热之间在时间上的平衡。从经济性和热力学性能上来看，目前最合适的办法是建造大的蓄热水库。初步核算，中国需要上百亿立方米的储热装置。

第二是地理位置。比如像北京这样体量巨大的城市，因为没有工业，寻找热量需要到200公里以外的地方。解决长距离、低成本、经济性、高效的热量输送问题，也将是余热资源利用面临的一个挑战。

第三是热的品位问题。各种余热释放时温度不一样，而用热所需的温度也各不相同。未来，我们将依靠一个“大热网”热量共享系统，通过以热泵为核心的参数变换装置，使热量品位满足工业生产或者建筑采暖的要求。

在未来，输配、储能、热泵，这三大技术的突破，将帮助我们实现新型“零碳能源”目标。希望中国的热泵产业抓住能源低碳转型的机遇，在已有领域的基础上再接再厉，成为能源领域的重要主力军。

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