2023年3月2日，特斯拉創(chuàng)始人馬斯克在首次投資者日活動(dòng)上宣布了特斯拉的“宏圖計(jì)劃”，提出了讓地球通往完全可持續(xù)之路的五個(gè)部分。其中，第三步便是：大范圍在家庭、企業(yè)、工業(yè)中推廣熱泵。馬斯克認(rèn)為未來熱泵技術(shù)的應(yīng)用可以減少22%的化石燃料使用，其減少化石燃料的使用占比甚至比新能源汽車更高。

2024年01月09日，麻省理工科技評論發(fā)布了2024年度的“十大突破性技術(shù)”榜單，熱泵技術(shù)被評為第9項(xiàng)突破性技術(shù)。在發(fā)榜當(dāng)天，小米創(chuàng)始人雷軍在微博上發(fā)文表示，我們已經(jīng)進(jìn)入了熱泵時(shí)代。

熱泵究竟有什么魅力讓大佬們?nèi)绱送瞥?，又是如何助力?shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，熱泵的發(fā)展前景究竟如何？我們來逐一梳理。

熱泵不生產(chǎn)熱，只是熱的搬運(yùn)工

首先，我們先來科普下什么是熱泵，我們都知道水會(huì)往低處流，水泵的作用就是將水從低處送往高處。熱能同理，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體。但不能反方向進(jìn)行。而熱泵的出現(xiàn)，則把不可能變成了現(xiàn)實(shí)。

熱泵本身并不生產(chǎn)熱，是熱量的搬運(yùn)工，基于逆卡諾循環(huán)原理，用少量電能驅(qū)動(dòng)機(jī)組，通過熱泵系統(tǒng)中的工作介質(zhì)進(jìn)行變相循環(huán)，把低品位熱能吸收壓縮升溫后加以利用。狹義的熱泵指僅可以供熱方式工作的裝置，廣義的熱泵還包括冷暖空調(diào)等可以供熱和制冷兩種方式工作的裝置。熱泵用于供熱時(shí)性能一般用制熱系數(shù)（COP）來評價(jià)，COP是指從低溫物體傳到高溫物體的熱量與所需耗電量之比，通常熱泵制熱系數(shù)為3—4甚至更高，即消耗1單位電能可以獲得3—4倍熱能，因而，熱泵是一種實(shí)現(xiàn)能源高效利用的節(jié)能裝置。

熱泵按照熱源一般分為兩大類：自然源熱泵，余熱源熱泵。自然源熱泵又細(xì)分為水地源熱泵、空氣源熱泵等。余熱源熱泵細(xì)分為工業(yè)余熱，城市余熱熱泵兩類。具體細(xì)分如下圖。

我們再來簡單講下熱泵的運(yùn)行原理，熱泵機(jī)組一般由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流器和其他輔助設(shè)備構(gòu)成，吸收式熱泵用發(fā)生器和吸收器等組合實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)功能。熱泵的工作原理為“逆卡諾循環(huán)”：壓縮機(jī)排出的高溫高壓蒸汽進(jìn)入冷凝器，制冷劑蒸汽向高溫?zé)嵩捶艧岷蟊焕淠梢簯B(tài)制冷劑（液化），液態(tài)工質(zhì)經(jīng)節(jié)流裝置降壓膨脹后進(jìn)入蒸發(fā)器，汽液混合制冷劑在蒸發(fā)器中吸收低溫?zé)嵩矗諝狻⑺?、土壤、余熱等）的熱量蒸發(fā)形成蒸汽（汽化），制冷劑蒸汽重新被壓縮機(jī)吸入完成一個(gè)循環(huán)，周而復(fù)始制備熱能。這樣，將外界低溫?zé)嵩吹臒崃俊氨谩苯o溫度較高的用戶。

空氣源熱泵原理圖

熱泵在生產(chǎn)生活中應(yīng)用非常廣泛，如在建筑領(lǐng)域可用于建筑的采暖、制冷、制取生活熱水等；在工業(yè)領(lǐng)域可用作余熱的利用及制備工業(yè)蒸汽等；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也可用于大棚供暖、農(nóng)產(chǎn)品烘干等多方面用途。

國外熱泵發(fā)展現(xiàn)狀

美國作為全球最大經(jīng)濟(jì)體，不斷出臺(tái)支持熱泵相關(guān)政策，加速提升能源效率和電氣化水平。2023年11月，美國能源部（DOE）宣布提供高達(dá)1.69億美元的資助以加速全國15地的電熱泵及其關(guān)鍵部件制造。2024年2月，拜登政府宣布6300萬美元用于加速美國各地的電熱泵制造，這項(xiàng)激勵(lì)政策是作為投資美國議程的一部分，以加速國內(nèi)住宅熱泵、熱泵熱水器以及其他熱泵系統(tǒng)和部件的生產(chǎn)增長。2023年，全美空氣源熱泵出貨量達(dá)361.7萬臺(tái)，美國氣候聯(lián)盟提出到2030年聯(lián)盟內(nèi)的熱泵安裝量達(dá)到2000萬臺(tái)的目標(biāo)。

歐洲將熱泵作為電氣化的重要戰(zhàn)略布局，2022年5月，歐盟委員會(huì)推出REPowerEU計(jì)劃，總額約3000億歐元，希望今后幾年多措并舉，減少對化石燃料的依賴，并借機(jī)加快向清潔能源轉(zhuǎn)型。明確提到要將熱泵的部署速度提高1倍，在5年內(nèi)累計(jì)部署1000萬臺(tái)。2022年，歐洲21個(gè)國家的熱泵銷量達(dá)到300萬臺(tái)，同比增長37%，創(chuàng)下歷史新高。

英國同樣重視熱泵發(fā)展，2023年3月，英國碳預(yù)算交付計(jì)劃提出大規(guī)模部署熱泵，英國氣候變化委員會(huì)主張迅速增加熱泵的部署數(shù)量，要從2021年每年部署的5.5萬臺(tái)增加到2028年的60萬臺(tái)。2024年2月，英國公共部門脫碳計(jì)劃已進(jìn)行到第四階段，政府確認(rèn)向公共部門提供高達(dá)11.7億英鎊的資金安裝熱泵等低碳供暖系統(tǒng)。

我國熱泵發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)測算，2022年我國熱泵產(chǎn)量約360萬臺(tái)，主機(jī)銷售額約280億元，其中國內(nèi)市場210億元，出口70億元，熱泵上下游產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值達(dá)到約600億元。我國熱泵產(chǎn)量占全球50%左右，是世界上最大的熱泵生產(chǎn)國和出口國。

我國熱泵行業(yè)受益于國家氣候安全及能源安全戰(zhàn)略的長期性和確定性，有望長期享受政策紅利。國家大力支持熱泵發(fā)展，在可再生能源、建筑節(jié)能、新能源技術(shù)推廣應(yīng)用等方面頒布了相應(yīng)的政策文件。

2021年10月，國務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出推進(jìn)終端用能領(lǐng)域以電代煤、以電代油，推廣新能源汽車、熱泵、電窯爐等新型用能方式。

2022年3月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃的通知》，提出加強(qiáng)可再生能源利用。推廣應(yīng)用地?zé)崮堋⒖諝鉄崮?、生物質(zhì)能等解決建筑采暖、生活熱水、炊事等用能需求。實(shí)施建筑電氣化工程，夏熱冬冷地區(qū)積極采用熱泵等電采暖方式解決新增采暖需求。

2022年7月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展改革委出臺(tái)《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，指出要推廣空氣源等各類電動(dòng)熱泵技術(shù)，推廣熱泵熱水器、高效電爐灶等替代燃?xì)猱a(chǎn)品。

2024年3月，國家能源局發(fā)布《2024年能源工作指導(dǎo)意見》，促進(jìn)北方地區(qū)清潔取暖持續(xù)向好發(fā)展，因地制宜推進(jìn)超低排放熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖和地?zé)?、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源供暖，逐步發(fā)展電力、工業(yè)余熱、核能供暖等多種清潔供暖方式，推動(dòng)具備條件的清潔供暖項(xiàng)目穩(wěn)妥有序?qū)嵤?/p>

2024年5月，國務(wù)院頒布的《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》中，提到了推進(jìn)存量建筑改造。落實(shí)大規(guī)模設(shè)備更新有關(guān)政策，結(jié)合城市更新行動(dòng)、老舊小區(qū)改造等工作，推進(jìn)熱泵機(jī)組、散熱器、冷水機(jī)組、外窗（幕墻）、外墻（屋頂）保溫、照明設(shè)備、電梯、老舊供熱管網(wǎng)等更新升級(jí)，加快建筑節(jié)能改造。

為什么熱泵會(huì)備受關(guān)注

國際市場對熱泵技術(shù)的重視程度與日俱增，我國也出臺(tái)了多項(xiàng)支持鼓勵(lì)熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的政策文件。為什么大家如此關(guān)注熱泵？熱泵技術(shù)又將在未來全球的綠色低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮怎樣的作用？

（1）熱泵是未來城市供熱脫碳的關(guān)鍵技術(shù)

我國化石能源消費(fèi)中，有相當(dāng)比例用于居民的供熱采暖，供熱碳排放也是我國全社會(huì)碳排放的重要構(gòu)成。在北方農(nóng)村分散式采暖、城市新建/改造區(qū)域的分布式采暖、非強(qiáng)制供暖地區(qū)分布式供暖、生活熱水供應(yīng)等場景中，建筑的用熱需求均可以通過 “熱泵+可再生能源電力”實(shí)現(xiàn)零碳供應(yīng)。同時(shí)，熱泵因其節(jié)能高效的特點(diǎn)，在供熱運(yùn)行費(fèi)用方面較其他技術(shù)手段亦有其優(yōu)勢，并已獲得市場驗(yàn)證。在全社會(huì)全領(lǐng)域節(jié)能降碳的時(shí)代背景下，熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用將成為推進(jìn)建筑乃至城市供熱脫碳的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

（2）熱泵技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用值得期待

工業(yè)是我國最主要的能耗與碳排放部門，而工業(yè)用熱的脫碳是工業(yè)部門實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的難點(diǎn)痛點(diǎn)問題。目前，眾多熱泵廠商均在探索熱泵技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用，如使用熱泵為工業(yè)生產(chǎn)提供蒸汽等，并已取得了良好的進(jìn)展，在釀酒、造紙、冶金等行業(yè)已有示范性應(yīng)用。雖然高品位高負(fù)荷的高強(qiáng)度工業(yè)用熱需求現(xiàn)尚無法通過熱泵技術(shù)解決，但隨著技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，未來熱泵技術(shù)亦必將在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，值得期待。

（3）熱泵符合未來用能電氣化發(fā)展的關(guān)鍵方向

雙碳背景下，化石能源退坡，以綠色電力為代表的的可再生能源將成為我國現(xiàn)代能源體系和新型電力系統(tǒng)的主體能源，終端用能的電氣化轉(zhuǎn)型是必然趨勢。熱泵通過消耗電力實(shí)現(xiàn)供熱，它的普及推廣有助于提升終端用能電氣化水平與綠電消納能力。如與儲(chǔ)能蓄能等方式相結(jié)合可增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性，進(jìn)一步支持電力系統(tǒng)脫碳。國際能源署（IEA）認(rèn)為熱泵是碳中和目標(biāo)下建筑電氣化最大機(jī)會(huì)。減碳潛力5億噸，相當(dāng)于歐洲所有汽車改為新能源汽車的減碳潛力。

（4）熱泵有望成為我國新的綠色經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)

如前文所述，我國熱泵產(chǎn)量占全球50%左右，是世界上最大的熱泵生產(chǎn)國和出口國，在全球熱泵產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)關(guān)鍵地位。一方面，大力推廣熱泵應(yīng)用可拉動(dòng)促進(jìn)國內(nèi)清潔供熱改造、設(shè)備更新等綠色投資激發(fā)經(jīng)濟(jì)活力。另一方面，大力發(fā)展熱泵產(chǎn)業(yè)可促進(jìn)貿(mào)易出口，在全世界如此重視熱泵技術(shù)的當(dāng)下，熱泵產(chǎn)業(yè)有望成為繼風(fēng)電、光伏、新能源汽車后的下一個(gè)綠色經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)增長極，助力我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，打造新質(zhì)生產(chǎn)力。