王如竹：工业热泵承载了热泵的未来

　　9月10-12日，由中国制冷学会、国际制冷学会、江苏省科协主办，江苏省制冷学会、无锡市科协、无锡市制冷学会、i传媒承办的“CHPC·中国热泵”2023热泵产业生态大会，在无锡成功召开。会议期间，中国热泵大会专家委员会主席、上海交通大学讲席教授 王如竹对“CHPC·中国热泵”2023热泵产业生态大会作总结汇报。以下为演讲实录：

 

 

　　非常高兴和大家相聚在本次无锡生态产业大会上。

 

　　在第一届“中国热泵大会”举办期间，疫情还没有褪去，但还是有超过700人参加了会议，当时整个行业对于“热泵”的关注度可见一斑。在这次大会上，也有超过600人参与，同样证明了整个行业对于热泵的持续关注。第二届“中国热泵大会”将于2024年8月在深圳召开，预计国内外参会人数将会超过1000人。今年8月份，在巴黎举办的第26届国际制冷大会上，中国制冷学会对此还进行了广泛的宣传。国际制冷学会正式与中国制冷学会签署协议，将成为“中国热泵大会”的永久联合主办单位，这些都充分说明了目前热泵在全球范围内的影响力。

 

　　01、国内与国际视角下的“热泵”

　　通过“CHPC·中国热泵”无锡大会各个分会场主题分享可以看出，热泵技术已经在工业高温、交通、农业、区域能源等领域中广泛应用，制冷剂也随着热泵技术的发展也加快了替代的进度。国内所有的从业者非常关心中国热泵行业未来的发展路线。其实，国际上也对热泵技术极其关注。在巴黎会议上，参会者在1000人左右，大会共计收录了470篇论文，其中E类论文172篇，B类论文107篇，围绕热泵的论文共计279篇，超过论文总数的一半。当时就有人提议把国际制冷学会更名为国际制冷热泵学会，也有人建议把中国制冷学会改成中国制冷热泵学会，这也说明中国组织和国际组织在想法上的相同之处。

 

　　制冷与热泵的循环原理一致，只是温度区间不同，在把应用温度区间抬升以后，做热泵余热利用过程中，工质的变化也不相同。在制冷工质里，行业尽可能往自然工质方向，其过程中也碰到了很多难题。但在热泵领域，在高温区间的时候，自然工质是最好的工质。在国际热泵行业的发展中，尤其是欧洲市场对于自然工质的需求庞大且迫切。在俄乌冲突以后，整个热泵产品需求在欧洲也获得了快速发展。因此，这种情况也给热泵行业带来了新的机会。

 

　　不久之前，德国联邦议院正式通过了争议巨大的供暖法案。而在欧盟国家中，很多国家采暖都是以烧燃气以及化石能源的设备为主。以英国为例，英国的气候非常适合用热泵产品，在与英国以及欧洲的专家探讨为什么欧洲热泵发展得这么慢，又为什么在中国发展这么快？通过讨论得知，其中一个重要的原因在于在中国可以制造出便宜的热泵设备，同时在中国，进行热泵产品销售的同时，还包含了安装服务。而在欧洲，热泵的安装费甚至要高于设备费。

 

　　德国的供暖法案推出，60%的热泵产品需要从欧盟国家购买，40%的热泵产品则需要从欧盟以外的国家购买。而中国的热泵产业也正在走进欧盟，欧洲市场的需求也将会在未来持续快速增长。譬如以美的为代表的企业，不仅在欧洲收购了当地的公司，还在当地生产和服务，这也是中国热泵产业发展的新思考。值得注意的是，欧洲对于天然工质非常重视，国内产业与国外热泵需求还是存在差异，如果要做好外销市场，需要积极去满足欧洲市场的标准和需求。

 

　　02、热泵应用的细分探索

　　除此之外，热泵技术的发展衍生出新的细分领域，譬如热泵跟储热结合起来已经成为行业研究热点。江亿院士也多次提到，随着可再生电力的快速发展，在这个过程中电力行业对热力行业提出了一个新需求——并不是所有的储能都是靠储电，而是希望把电力转化为热力进行储热。这种市场发展则是从供应侧向需求侧的转移，需要在供应侧进行大量的储电电站建设，实际上非常有难度。国内已经有很多储电的企业现在在做储电的电站，但通过宁德时代的模式，我们可以发现，他们主要在国外做电站，因为国内市场不成熟。在此之前，由于锂电池储电电站出现过事故，在电站热管理方面，实际上是给企业留下了很大的发展空间。所以，现在热泵跟储热的结合，热泵跟储电的结合，实际上就是电站的热管理。

 

　　在接触一些做电池、电站的企业时，我们发现他们在招募人才方面也遇到了困难。从事电池、电站相关工作属于电力行业，但是也需要相关人员懂热力管理方面的知识。按照现在的市场需求，年薪80万都很难找到相应的人才。这个缺口的原因在于，市场的需求已经凸显，但是相关高校在培养人才的时候，培养方向并不精准。可以看到，目前国内很多的高校和老师都在进行相关领域的研究，多培养出市场需求的人才来满足储能产业的发展，同时也是对于热泵产业的推动。

 

　　除热泵储能市场外，热泵与工业生产的结合也是一个重要的发展方向。宁德时代电池生产线上的环境系统要求非常高，特别是对于除湿的处理更加严苛，露点温度要到-40℃，相对湿度要到3%以下。目前使用的两级转轮热泵除湿系统能够满足相对湿度3%，但是甲方需要降到2%，因为这会使得生产成本大幅下降。正是因为宁德时代对于工艺要求高，才会生产出高质量的电池产品，而未来将会有更多的电池企业出现，对于品质与成本的双重要求下，相关的热泵企业也将迎来发展机遇。

 

　　除了除湿之外，在工业的生产环境中还需要用冷水机组进行冷却，由于历史的原因，很多的企业还是用的外资企业的冷水机产品，而国内企业冷水机产品发展也非常快，也完全可以应用到相关的工业场景。但是需要注意的是，工业场景的应用要求较高，这与企业的利益息息相关，甲方注重产品的稳定性，这对于产品品质是极大考验。

 

　　03、工业热泵承载了热泵的未来

　　区域供热是热点，工业供热更是热点，目前的工业热泵能做到10兆瓦，但是用到工业供热的时候需要上百兆瓦，所以工业热泵市场前景更大。在珠海的部分工业园区就利用电厂的余热回收来满足工业区的供热，过程中产生的蒸汽卖给其他的用户。蒸汽定价也是一个值得思考的问题，卖出去的价格要让所有的用户接受。价格卖得高，用户就自己用锅炉，那就是失败；如果价格卖得低，没有利润，也是失败。

 

　　“碳达峰”以后要走向“碳中和”，电厂的余热回收是热泵未来发展的重要方面，而燃气燃煤的电厂将会越来越少，可再生电力的比例不断上升，在这个情况下，热泵到底能发挥什么作用？在区域的供冷供热市场中，欧洲市场发展比较早。反观中国，供冷没有问题，但供热还需要进一步的科学发展。工业供热实际是一个工业园区的供热，不同的厂家对热的需求不同，80℃、120℃、150℃，甚至是200℃以及220℃。原先的传统方式是烧锅炉，但是园区中只要有一家单位需要220℃，那就必须要供到220℃以上，经济性较差。

 

　　如果通过实际分析发现对于180℃以上需求的用户很少，大多数用户需求在150℃以下，在这种情况下用热泵产生蒸汽到150℃来满足大多数用户。对于剩下很少的用户，可以再用一个水蒸气压缩机进行压缩，这就变成了集中与分散相互结合的模式来满足不同的用户需求，最后使得园区供热实现经济效益。目前，基本所有的园区都意识到了这个问题，但是需要相关单位进行科学的布局来实现。

 

　　总体来说，热泵在建筑供暖领域，可以基本实现替代。在工业供热领域中，把水变成120℃水蒸气COP可以到2，如果上升到160℃，COP在1.7，已经显现出竞争力。如果在还有余热的情况下，进行余热利用效率会更高，经济性更明显。考虑到电力价格因素，如果能够尽量用低谷电运行，热泵的优势就更加充分体现出来。以园区热泵替代锅炉为例，集中供热与储热、峰谷电结合的话，热泵方案的投资回收期就会比较短。投资回收期做到3年左右是可以实现的，相比于市面上5年左右的时间，3年就可以打动非常多的用户。

 

　　上海交通大学团队一开始用常规的压缩机想办法进行空气压缩，实现目前的成绩遇到了很多的困难。可以发现，现在很多的民族品牌与外资品牌都在推出高温热泵系统，高温热泵的压缩机形式也从涡旋式延伸到螺杆式、离心式。在今年中国制冷展开始前几天，国际制冷学会HFO制冷剂大会也在召开，主观上HFO制冷剂还是属于待发展的新课题，结果在后面的制冷展上就发现有多家企业推出HFO高温热泵蒸汽系统，基本上可以做到10个兆瓦的量级。虽然，部分的产品还需要通过验证，但可以看到市场发展非常快速，R1233zd(E)制冷剂也开始逐步应用。在制冷剂企业、压缩机企业、主机企业以及相关配套企业的共同努力下，工业热泵将会有极大的发展。在明年8月的第二届中国热泵大会上，外国专家们将会看到更多中国高温热泵的技术成果。

 

　　04、抓住热泵产业发展周期

　　在巴黎会议上，很多外国专家对于国际热泵市场的发展非常兴奋。如果全中国100%的建筑供热、50%的工业供热（160℃以下）由热泵去解决，可以贡献整个化石材料替代的25%。马斯克提出“大师计划3”，在未来的建筑供热、工业供热都需要由热泵来替代，化石燃料的替代率能达到22%，马斯克的设想与中国社会的设想是相符的。

 

　　马斯克在做吗？在做。上海交大就有学生在海外留学后毕业去了特斯拉工作，当时特斯拉的热泵需求是做电动汽车热管理，而在电动汽车热管理之后马斯克已经在做工业热泵，也成立了专门的部门，并且市场调研以及后续的动作都在进行。可能再过两三年，特斯拉或者马斯克的热泵梦工厂也会成立。

 

　　在行业内，基本所有人都认可热泵目前的热度，但是在外部的很多人只知道热泵的用途，并不清楚热泵的市场有多广阔。未来，工业热泵应用将会替代锅炉的作用，而热泵产品还不属于压力容器。因此，高温热泵产生的管道蒸汽不同于原有的企业和相关管理部门，对于热泵碳中和在国内的发展也是利好。整个行业目前围绕热泵画了一个很大的“饼”，而且相关从业者都在理想上进行耕耘，这个“饼”可以尝了，在这个过程中需要业界、需要大学，也需要企业以及还有各方面的研发一起做事情。

 

　　回归到市场层面，实际上最难的是做市场。通过介绍，大家也都知道工业热泵是好产品，但是要甲方把锅炉拆下来更换那就很难。让甲方把才使用一半寿命的锅炉更换这并不现实，要在锅炉的使用期限即将到期的时候抓住机会。一般来说工业锅炉的寿命期是10年到15年，所以测算一下，从现在做到2060年，工业热泵大概有三次的机会把锅炉全部替代。

 

　　按照江亿院士的说法，热泵产业也是能源产业，而且发展会很快。电、煤、油都属于能源产业，能源产业中有很多国字头的大企业。到2030年，或者2040年之后，这些国字头企业在中国能源中的比例就会降低，而热泵到那个时候要占到20%。总有一天，热泵会实现“超车”，在能源贡献方面热泵将会有更多的机会。热泵的火通过清洁电力来烧，通过电气化来实施，然后用温度来解决供热的问题，为全人类，也为中国“碳中和”作出贡献。

（本内容为其在2023“CHPC·中国热泵”无锡热泵产业生态大会总结报告发言，通过编辑整理成文）