国际制冷学会权威报告：高温热泵步入商业化阶段

　　近日，国际制冷学会发布了高温热泵技术简报《High-Temperature Heat Pumps for Industrial Decarbonisation》，并同步推出了面向政策制定者的关键条目总结《Summary for Policymakers》。该报告对高温热泵的技术、产品、应用以及未来趋势进行了回顾和分析，适配研发人员、企业、政策制定者及投资者的参考需求。

　　1、工业脱碳迫在眉睫

　　高温热泵迎来战略机遇

　　工业供热长期依赖锅炉，燃料锅炉热效率一般小于90%，电锅炉也不会超过100%，直接和间接碳排放高。高温热泵（HTHP）指能够提供80℃以上热能的热泵系统，用少量电能把余热“搬运+升温”，能效系数（COP）可达2~6，成为破解工业加热高能耗、高排放的关键技术。工业用能中2/3用于热能生产，其中100~200℃是各类工业流程的常用温区，也是高温热泵供热的核心目标。而这一技术并非中低温热泵的简单延伸，而是需要全新的技术方案。目前高温热泵处于科研与产业落地蓬勃发展的阶段，该领域年度论文发表量由2010年的921篇增至2024年的5480篇。据国际可再生能源署（IRENA）的预测，工业热泵装机量将由2020年的不足100万台，增至2030、2050年的3500万台和8000万台。

　　2、三大主流技术构型

　　全场景适配工业热需求

　　报告将高温热泵按循环原理划分为三大技术路线，可适配不同热源条件与热需求。

　　1）蒸汽压缩式高温热泵（主流，灵活，高效）以逆卡诺循环为核心，由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四大基础部件构成，靠工质相变移热。为应对大温升、高压比、高排气温度，进化出多种构型：带闪蒸罐/经济器的补气增焓可以降排气温度、降低能耗、提高可靠性喷射器替代节流回收了膨胀功，减少不可逆损失多级压缩突破单级压比限制，冲更大温升复叠循环拥有独立高低温回路，适配大温升，效率更优开式蒸汽压缩可以直接产蒸汽，用于工业过程开闭式耦合能够兼顾低温余热利用和高温蒸汽产生

　　2）吸收式高温热泵（余热驱动，省电）高温热泵中常见的为第二类吸收式热泵系统（AHT）。吸收式系统无需压缩机、用电少，容易做到较大容量，但其对驱动热源温度有较高要求（＞60℃），适合具备稳定余热资源的工业流程。多级设计可以提升吸收式热泵的温升能力，多效设计可以提升其能效。

　　3）压缩-吸收耦合式高温热泵（优势互补）融合压缩与吸收循环优势，兼顾低温热源适应性与高温输出能力。耦合方式主要有热耦合和质耦合两种：热耦合通过复叠方式链接压缩和吸收回路，内循环换热，做大温升；质耦合工质互通，压缩机置于吸收回路关键节点，提高效率。该类系统的复杂性较高，需要针对工况进行专门的设计。

　　简单总结来说，追求效率、想灵活部署选压缩式；有稳定中温以上余热、想极致省电选吸收式；要超高温度输出、但热源品位低选耦合式。

　　3、高温工质转型加速

　　天然工质成为长期趋势

　　整体来看，在工质热物性满足高温可用的基础上，它们正朝着环保、安全、无毒、稳定、高效、经济的方向发展。

　　1）筛选标准热力学：沸点、临界温度匹配温区，运行压力合理环保：ODP=0、低GWP，远离环保法案管控安全：毒性、可燃性分级，A1最安全兼容：与油、材料互溶，不腐蚀不分解经济：天然工质成本更低效率：通过分析工质在系统中的运行能效进一步优化

　　2）推荐工质HFO/HCFO（低GWP）：R1234ze(E)、R1336mzz(Z)、R1233zd(E)天然工质：R290、R600(a)、R601(a)，但其属于A3类，需防爆；NH3、H2O、CO2混合工质：R1234ze(Z)+R1336mzz(E)、CO2+HC，平衡性能与安全吸收式：NH3/H2O、LiBr/H2O仍是主力，新型醇类、离子液体工质快速崛起

　　3）关键趋势欧盟等地已启动PFAS类物质的限制评估，未来HFO/HCFO等合成制冷剂可能进一步受限，长期来看天然工质可能是终极选择。

　　4、核心部件适配升级

　　支撑长期可靠稳定运行

　　1）主流压缩机容量特征

　　2）高温及工业场景的挑战高温工况会导致润滑油分解、工质溶解度下降、材料腐蚀加剧、密封失效等问题。工业应用场景倾向于使用大容量压缩机，有更高的制造与系统集成难度。

　　3）解决方案无油化（磁悬浮/气浮轴承）、耐高温材料、离心式、高可靠性是高温热泵压缩机的发展方向。

　　5、商用产品日趋丰富众多行业形成示范案例

　　1）商用产品

　　目前，艾默生、神户制钢、Mayekawa、GEA、美的、格力等全球主要热泵设备厂商已推出多种高温热泵产品，供热温度覆盖100~300℃，容量0~100MW，技术成熟度（TRL）最高达到9级，具备了较为成熟的商业化条件。

　　2）应用案例

　　区域供热：芬兰赫尔辛基90MW大型高温热泵项目，利用污水余热供给城市热网；

　　工业蒸汽：日本神户钢制开发120~165℃蒸汽型高温热泵，用于生物乙醇制备、食品加工等；

　　食品与酿造：中国某酒厂采用复叠高温热泵供应蒸汽，较电锅炉节能46%，投资回收期仅2.4年；

　　乳制品加工：瑞士奶酪工厂利用数据中心余热，通过高温热泵提供工艺热，节约了大量天然气；

　　塑料加工：奥地利某塑料加工厂将挤出过程的废热回收提升至125℃用于材料干燥与预热；

　　化工、纺织、木材、造纸、金属热处理：报告从中国《工业热泵发展白皮书》中摘录了上述行业的应用案例，高温热水、热风、蒸汽需求均可被高温热泵满足。

　　3）创新应用

　　冷热联供同时用高温热泵的制冷侧与制热侧，可大幅提升、综合能效。适配于乳品、酿酒、电池、肉类加工、啤酒等冷热同需行业。

　　高温热泵耦合储热

　　接入储热系统可实现供需解耦，消纳可再生能源，并利用峰谷电价降低运行成本。

　　6、热泵锅炉同台竞技

　　政策能效构筑竞争优势

　　高温热泵能否相对于其竞争产品锅炉产生经济与环境效益，取决于能效、能源价格、碳价、电力碳强度。报告通过多国案例对比得出结论：

　　能效优势显著调研的高温热泵COP在1.4~4.1区间，远高于电锅炉（≈1），在余热利用场景下优势更强。

　　经济性呈现地区差异在芬兰、瑞典等电价相对较低、天然气价格偏高、电力清洁的国家，高温热泵对比燃气锅炉投资回收期仅1.5~1.8年；反之，则经济性优势较弱。但随着碳税推行，差距将缩小。

　　提升高温热泵竞争力措施用余热、冷热联供、优化部件等措施提升COP，引入碳税、补贴等价格机制，随着全球电力清洁化推进，热泵的减碳效益将日益增强。

　　7、锚定未来发展方向

　　研发政策双轮协同赋能

　　1）全文总结

　　高温热泵可覆盖80~300℃工业供热，是脱碳利器压缩/吸收/耦合三条技术路线，适配不同场景天然工质、无油离心、复叠/耦合系统是重点发展的技术方向冷热联供、耦合储热使系统价值最大化当前经济性依赖电价与余热，政策与绿电有助于全面打开市场

　　2）重点研发方向

　　适配天然工质的高温热泵系统研发，以应对日益严格的制冷剂环保要求；蒸汽发生型高温热泵是直接替代传统工业锅炉的重要技术；无油、耐高温、大容量压缩机研发；余热利用、冷热联供、储热耦合系统的集成创新；以热泵为枢纽的低碳工业园区一体化方案，实现不同温度品位制冷、供热、余热利用、发电、可再生电力消纳等。

　　3）政策建议

　　建立与能效指标挂钩的高温热泵定向补贴机制，缩小其与传统锅炉之间的初投资差距。

　　在食品、化工、酿造、纺织、石油、金属加工等重点工业领域推广并支持示范项目建设，形成实证依据、降低风险认知、提振市场信心。

　　实施或扩大碳定价机制，扩大化石燃料锅炉的全成本劣势，提升高温热泵的相对经济竞争力。

　　面向技术人员，开展高温热泵系统设计、安装与运行的专业培训及认证项目。

　　支持建设可持续工业园区，集成高温热泵、可再生电力、储热系统与余热回收技术，作为电网全域改革的近期替代方案。

　　明确制冷剂淘汰时间表的监管规则，为设备制造商与投资者提供稳定预期。对重点、先进技术（大型无油压缩机、天然工质及蒸汽发生型高温热泵系统）提供研发支持。