近年来,热泵技术因其先进性和节能性在工业余热回收场景中的重要性也愈加凸显,如工业生产中存在大量略高于环境温度的废热工业冲渣水、冷却废水等,温度很低,但余热量大,利用热泵技术可以进行有效回收。在国家政策的支持和行业的推动下,各热泵品牌纷纷推出了部分工业热泵产品及解决方案以实现工业余热回收,这是个重要机遇,但面对工业领域不同的行业复杂的场景,这依然存在不少挑战。
毋庸置疑,我国工业余热回收市场确实潜力巨大,据了解,余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,其中可回收率达60%。但工业余热资源作为二次能源,本身是一次能源或可燃物料转换后的产物,因而我国余热资源状况又很复杂,工业余热的温度、形态主要受一次能源的影响。
其一,工业余热资源的来源相当广泛,包括烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、化学反应热等;其二,这些余热资源温度范围广,分为600℃以上的高温余热,300~600℃的中温余热和300℃以下的低温余热三种,如冷却介质余热是空气、水和油等冷却介质带走的余热,多属于中低温余热;其三,余热资源的存在形式多样,包括烟气、蒸气、煤气等。
这就导致余热资源会呈现出以下的特点,对热泵设备的要求极高,比如由于工艺生产过程中存在周期性、间断性或生产波动,会导致余热量不稳定;余热介质性质恶劣,如烟气中含尘量大或含有腐蚀性物质;余热利用装置受场地、原生产等固有条件限制。
而热泵作为仅需消耗少量电能即可将低品位热能转化为高品位热量的先进技术和装置,在工业余热回收场景中起到了至关重要的作用。
为此,国家出台了不少政策文件,支持和推动热泵产业的高质量发展,以满足工业重点领域的余热回收需求,如《工业能效提升行动计划》对工业领域能源利用效率提出了重要方向指示,再如今年的《推动热泵行业高质量发展行动方案》中提到,到2030年,实现重点热泵产品能效水平提升20%以上,大功率高温热泵、高效压缩机、新型制冷剂等核心技术取得突破。我国工业余热资源温度范围分布广,国家激励企业在这些热泵核心技术的创新与突破将更好满足工业余热回收场景中对设备的严苛需求。
近期,国家工业和信息化部公示《国家工业和信息化领域节能降碳技术装备推荐目录(2025年版)》(征求意见稿),多项高效热泵技术被重点收录,覆盖工业高温供热、余热回收及系统智能化等多个关键环节,更是标志着热泵技术有了新的突破,在工业领域节能降碳中的核心地位获得了权威认可。其中,基于高温热泵系统的巴氏消毒余热回收技术实现了对巴氏消毒过程中产品余热的深度回收,可将工艺用水加热至85-121℃,余热回收利用率达85%,显著降低了蒸汽消耗。热泵技术展现出的巨大潜力显而易见。
在此影响下,热泵相关企业都在工业余热回收领域进行了广泛布局,推出的产品及解决方案可应用于多个领域,比如美的推出的130°C美的超高温单机双级变频离心工业热泵和150至200°C美的超高温双级磁悬浮水蒸气压缩机覆盖纺织、化工等行业余热回收需求;海信推出的中央空调高温螺杆式水源热泵机组采用高温专用压缩机,可将环境热能和工业余热回收并用于热能生产,通过能源回收再利用,大幅消减能源消耗。
在国家支持和行业推动下,工业余热回收领域未来将成为热泵大规模应用的重要增长领域,这也是头部企业纷纷布局工业余热回收领域的原因之一。但工业余热回收并不简单,对热泵技术的要求极高,中国科学院理化技术研究所二级研究员杨鲁伟曾强调,“我国工业余热资源丰富,但大量低温余热(<150℃)因品位低、回收难度大而被直接排放”,低温余热等余热资源的回收存在较大难度,因而热泵的大规模应用仍面临挑战,需综合考虑到技术性和经济性的问题。
而就余热资源本身的复杂性和余热回收技术的多样性而言,热泵技术也有其适用的条件,《推动热泵行业高质量发展行动方案》也提到在工业领域,需根据行业的用热需求、余热回收可行性、工艺可替代性等特点布局工业重点领域。因此,也正如杨鲁伟所言,“高温热泵与工业余热的深度耦合是一项系统性创新工程,需要科研机构、企业、政策制定者共同推动”,未来,在国家政策大力支持与技术逐渐成熟的条件下,热泵将成工业余热回收的核心工具,高温热泵等核心热泵技术必将成为我国实现“双碳”目标、构建新型能源体系的重要力量,但这一切还需各方的共同努力和坚持。