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                  王如竹:工業熱泵承載了熱泵的未來
                  2023
                  09/10
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                  2023年10月09日 11:46:31 · 暖通家
                    9月10-12日,由中國制冷學會、國際制冷學會、江蘇省科協主辦,江蘇省制冷學會、無錫市科協、無錫市制冷學會、i傳媒承辦的“CHPC·中國熱泵”2023熱泵產業生態大會,在無錫成功召開。會議期間,中國熱泵大會專家委員會主席、上海交通大學講席教授 王如竹對“CHPC·中國熱泵”2023熱泵產業生態大會作總結匯報。以下為演講實錄:
                   
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                    非常高興和大家相聚在本次無錫生態產業大會上。
                   
                    在第一屆“中國熱泵大會”舉辦期間,疫情還沒有褪去,但還是有超過700人參加了會議,當時整個行業對于“熱泵”的關注度可見一斑。在這次大會上,也有超過600人參與,同樣證明了整個行業對于熱泵的持續關注。第二屆“中國熱泵大會”將于2024年8月在深圳召開,預計國內外參會人數將會超過1000人。今年8月份,在巴黎舉辦的第26屆國際制冷大會上,中國制冷學會對此還進行了廣泛的宣傳。國際制冷學會正式與中國制冷學會簽署協議,將成為“中國熱泵大會”的永久聯合主辦單位,這些都充分說明了目前熱泵在全球范圍內的影響力。
                   
                    01、國內與國際視角下的“熱泵”
                    通過“CHPC·中國熱泵”無錫大會各個分會場主題分享可以看出,熱泵技術已經在工業高溫、交通、農業、區域能源等領域中廣泛應用,制冷劑也隨著熱泵技術的發展也加快了替代的進度。國內所有的從業者非常關心中國熱泵行業未來的發展路線。其實,國際上也對熱泵技術極其關注。在巴黎會議上,參會者在1000人左右,大會共計收錄了470篇論文,其中E類論文172篇,B類論文107篇,圍繞熱泵的論文共計279篇,超過論文總數的一半。當時就有人提議把國際制冷學會更名為國際制冷熱泵學會,也有人建議把中國制冷學會改成中國制冷熱泵學會,這也說明中國組織和國際組織在想法上的相同之處。
                   
                    制冷與熱泵的循環原理一致,只是溫度區間不同,在把應用溫度區間抬升以后,做熱泵余熱利用過程中,工質的變化也不相同。在制冷工質里,行業盡可能往自然工質方向,其過程中也碰到了很多難題。但在熱泵領域,在高溫區間的時候,自然工質是最好的工質。在國際熱泵行業的發展中,尤其是歐洲市場對于自然工質的需求龐大且迫切。在俄烏沖突以后,整個熱泵產品需求在歐洲也獲得了快速發展。因此,這種情況也給熱泵行業帶來了新的機會。
                   
                    不久之前,德國聯邦議院正式通過了爭議巨大的供暖法案。而在歐盟國家中,很多國家采暖都是以燒燃氣以及化石能源的設備為主。以英國為例,英國的氣候非常適合用熱泵產品,在與英國以及歐洲的專家探討為什么歐洲熱泵發展得這么慢,又為什么在中國發展這么快?通過討論得知,其中一個重要的原因在于在中國可以制造出便宜的熱泵設備,同時在中國,進行熱泵產品銷售的同時,還包含了安裝服務。而在歐洲,熱泵的安裝費甚至要高于設備費。
                   
                    德國的供暖法案推出,60%的熱泵產品需要從歐盟國家購買,40%的熱泵產品則需要從歐盟以外的國家購買。而中國的熱泵產業也正在走進歐盟,歐洲市場的需求也將會在未來持續快速增長。譬如以美的為代表的企業,不僅在歐洲收購了當地的公司,還在當地生產和服務,這也是中國熱泵產業發展的新思考。值得注意的是,歐洲對于天然工質非常重視,國內產業與國外熱泵需求還是存在差異,如果要做好外銷市場,需要積極去滿足歐洲市場的標準和需求。
                   
                    02、熱泵應用的細分探索
                    除此之外,熱泵技術的發展衍生出新的細分領域,譬如熱泵跟儲熱結合起來已經成為行業研究熱點。江億院士也多次提到,隨著可再生電力的快速發展,在這個過程中電力行業對熱力行業提出了一個新需求——并不是所有的儲能都是靠儲電,而是希望把電力轉化為熱力進行儲熱。這種市場發展則是從供應側向需求側的轉移,需要在供應側進行大量的儲電電站建設,實際上非常有難度。國內已經有很多儲電的企業現在在做儲電的電站,但通過寧德時代的模式,我們可以發現,他們主要在國外做電站,因為國內市場不成熟。在此之前,由于鋰電池儲電電站出現過事故,在電站熱管理方面,實際上是給企業留下了很大的發展空間。所以,現在熱泵跟儲熱的結合,熱泵跟儲電的結合,實際上就是電站的熱管理。
                   
                    在接觸一些做電池、電站的企業時,我們發現他們在招募人才方面也遇到了困難。從事電池、電站相關工作屬于電力行業,但是也需要相關人員懂熱力管理方面的知識。按照現在的市場需求,年薪80萬都很難找到相應的人才。這個缺口的原因在于,市場的需求已經凸顯,但是相關高校在培養人才的時候,培養方向并不精準??梢钥吹?,目前國內很多的高校和老師都在進行相關領域的研究,多培養出市場需求的人才來滿足儲能產業的發展,同時也是對于熱泵產業的推動。
                   
                    除熱泵儲能市場外,熱泵與工業生產的結合也是一個重要的發展方向。寧德時代電池生產線上的環境系統要求非常高,特別是對于除濕的處理更加嚴苛,露點溫度要到-40℃,相對濕度要到3%以下。目前使用的兩級轉輪熱泵除濕系統能夠滿足相對濕度3%,但是甲方需要降到2%,因為這會使得生產成本大幅下降。正是因為寧德時代對于工藝要求高,才會生產出高質量的電池產品,而未來將會有更多的電池企業出現,對于品質與成本的雙重要求下,相關的熱泵企業也將迎來發展機遇。
                   
                    除了除濕之外,在工業的生產環境中還需要用冷水機組進行冷卻,由于歷史的原因,很多的企業還是用的外資企業的冷水機產品,而國內企業冷水機產品發展也非???,也完全可以應用到相關的工業場景。但是需要注意的是,工業場景的應用要求較高,這與企業的利益息息相關,甲方注重產品的穩定性,這對于產品品質是極大考驗。
                   
                    03、工業熱泵承載了熱泵的未來
                    區域供熱是熱點,工業供熱更是熱點,目前的工業熱泵能做到10兆瓦,但是用到工業供熱的時候需要上百兆瓦,所以工業熱泵市場前景更大。在珠海的部分工業園區就利用電廠的余熱回收來滿足工業區的供熱,過程中產生的蒸汽賣給其他的用戶。蒸汽定價也是一個值得思考的問題,賣出去的價格要讓所有的用戶接受。價格賣得高,用戶就自己用鍋爐,那就是失??;如果價格賣得低,沒有利潤,也是失敗。
                   
                    “碳達峰”以后要走向“碳中和”,電廠的余熱回收是熱泵未來發展的重要方面,而燃氣燃煤的電廠將會越來越少,可再生電力的比例不斷上升,在這個情況下,熱泵到底能發揮什么作用?在區域的供冷供熱市場中,歐洲市場發展比較早。反觀中國,供冷沒有問題,但供熱還需要進一步的科學發展。工業供熱實際是一個工業園區的供熱,不同的廠家對熱的需求不同,80℃、120℃、150℃,甚至是200℃以及220℃。原先的傳統方式是燒鍋爐,但是園區中只要有一家單位需要220℃,那就必須要供到220℃以上,經濟性較差。
                   
                    如果通過實際分析發現對于180℃以上需求的用戶很少,大多數用戶需求在150℃以下,在這種情況下用熱泵產生蒸汽到150℃來滿足大多數用戶。對于剩下很少的用戶,可以再用一個水蒸氣壓縮機進行壓縮,這就變成了集中與分散相互結合的模式來滿足不同的用戶需求,最后使得園區供熱實現經濟效益。目前,基本所有的園區都意識到了這個問題,但是需要相關單位進行科學的布局來實現。
                   
                    總體來說,熱泵在建筑供暖領域,可以基本實現替代。在工業供熱領域中,把水變成120℃水蒸氣COP可以到2,如果上升到160℃,COP在1.7,已經顯現出競爭力。如果在還有余熱的情況下,進行余熱利用效率會更高,經濟性更明顯??紤]到電力價格因素,如果能夠盡量用低谷電運行,熱泵的優勢就更加充分體現出來。以園區熱泵替代鍋爐為例,集中供熱與儲熱、峰谷電結合的話,熱泵方案的投資回收期就會比較短。投資回收期做到3年左右是可以實現的,相比于市面上5年左右的時間,3年就可以打動非常多的用戶。
                   
                    上海交通大學團隊一開始用常規的壓縮機想辦法進行空氣壓縮,實現目前的成績遇到了很多的困難??梢园l現,現在很多的民族品牌與外資品牌都在推出高溫熱泵系統,高溫熱泵的壓縮機形式也從渦旋式延伸到螺桿式、離心式。在今年中國制冷展開始前幾天,國際制冷學會HFO制冷劑大會也在召開,主觀上HFO制冷劑還是屬于待發展的新課題,結果在后面的制冷展上就發現有多家企業推出HFO高溫熱泵蒸汽系統,基本上可以做到10個兆瓦的量級。雖然,部分的產品還需要通過驗證,但可以看到市場發展非??焖?,R1233zd(E)制冷劑也開始逐步應用。在制冷劑企業、壓縮機企業、主機企業以及相關配套企業的共同努力下,工業熱泵將會有極大的發展。在明年8月的第二屆中國熱泵大會上,外國專家們將會看到更多中國高溫熱泵的技術成果。
                   
                    04、抓住熱泵產業發展周期
                    在巴黎會議上,很多外國專家對于國際熱泵市場的發展非常興奮。如果全中國100%的建筑供熱、50%的工業供熱(160℃以下)由熱泵去解決,可以貢獻整個化石材料替代的25%。馬斯克提出“大師計劃3”,在未來的建筑供熱、工業供熱都需要由熱泵來替代,化石燃料的替代率能達到22%,馬斯克的設想與中國社會的設想是相符的。
                   
                    馬斯克在做嗎?在做。上海交大就有學生在海外留學后畢業去了特斯拉工作,當時特斯拉的熱泵需求是做電動汽車熱管理,而在電動汽車熱管理之后馬斯克已經在做工業熱泵,也成立了專門的部門,并且市場調研以及后續的動作都在進行??赡茉龠^兩三年,特斯拉或者馬斯克的熱泵夢工廠也會成立。
                   
                    在行業內,基本所有人都認可熱泵目前的熱度,但是在外部的很多人只知道熱泵的用途,并不清楚熱泵的市場有多廣闊。未來,工業熱泵應用將會替代鍋爐的作用,而熱泵產品還不屬于壓力容器。因此,高溫熱泵產生的管道蒸汽不同于原有的企業和相關管理部門,對于熱泵碳中和在國內的發展也是利好。整個行業目前圍繞熱泵畫了一個很大的“餅”,而且相關從業者都在理想上進行耕耘,這個“餅”可以嘗了,在這個過程中需要業界、需要大學,也需要企業以及還有各方面的研發一起做事情。
                   
                    回歸到市場層面,實際上最難的是做市場。通過介紹,大家也都知道工業熱泵是好產品,但是要甲方把鍋爐拆下來更換那就很難。讓甲方把才使用一半壽命的鍋爐更換這并不現實,要在鍋爐的使用期限即將到期的時候抓住機會。一般來說工業鍋爐的壽命期是10年到15年,所以測算一下,從現在做到2060年,工業熱泵大概有三次的機會把鍋爐全部替代。
                   
                    按照江億院士的說法,熱泵產業也是能源產業,而且發展會很快。電、煤、油都屬于能源產業,能源產業中有很多國字頭的大企業。到2030年,或者2040年之后,這些國字頭企業在中國能源中的比例就會降低,而熱泵到那個時候要占到20%??傆幸惶?,熱泵會實現“超車”,在能源貢獻方面熱泵將會有更多的機會。熱泵的火通過清潔電力來燒,通過電氣化來實施,然后用溫度來解決供熱的問題,為全人類,也為中國“碳中和”作出貢獻。
                  (本內容為其在2023“CHPC·中國熱泵”無錫熱泵產業生態大會總結報告發言,通過編輯整理成文)
                   

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                  關鍵詞: 熱泵
                   
                   

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