热能搬运工：热泵

  [中国石油新闻中心 2025-08-15]
  编者按：热泵是一种高效能量转换装置，通过消耗少量电力将低品位热能转化为高品位热能，可有效解决生产生活用热需求，提高能源利用效率。为助力重点领域节能降碳，培育绿色低碳产业增长点，支撑经济社会发展全面绿色转型，今年，国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、住房城乡建设部、交通运输部、国家能源局联合印发《推动热泵行业高质量发展行动方案》。
  本期《创新导刊》邀请专家探讨如何拓展热泵在石油化工领域的应用场景，并介绍大庆油田、工程建设公司（CPECC）两家企业在热泵技术应用上的创新实践。敬请关注。
  推动热泵行业高质量发展行动方案
  总体要求》
  热泵是一种高效能量转换装置，通过消耗少量电力将低品位热能转化为高品位热能，可有效解决生产生活用热需求，提高能源利用效率。推动热泵行业高质量发展，有助于推进重点领域节能降碳，培育绿色低碳产业增长点，为积极稳妥推进碳达峰碳中和、加紧经济社会发展全面绿色转型提供有力支撑。
  经过各方共同努力，力争到2030年，热泵生产制造和技术研发能力不断增强，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，热泵建筑应用面积和热泵机组装机容量持续增长，热泵产业高质量发展水平显著提升，国际竞争优势不断扩大。
  因地制宜加大热泵推广应用》
  01 统筹推进建筑领域应用
  鼓励在寒冷和夏热冬冷地区推广应用空气源热泵。因地制宜推动中深层地源、地表水源热泵规模化应用。加强清洁取暖供应保障。在公共建筑、有条件的居住建筑推广应用热泵热水器等设备。
  02 积极推进工业领域应用
  鼓励有条件的企业、工业园区等使用热泵装置回收工业废水、废气等余热资源制备高温蒸汽。结合行业特点拓展热泵在石油化工、纺织印染、食品加工、造纸、医药、建材等行业的应用场景。
  03 扩大农业、交通运输等其他领域应用范围
  加强热泵在农业烘烤烘干中的应用。拓展热泵在交通运输领域应用场景，推动使用热泵解决交通基础设施及配套建筑供暖、列车供暖需求。推动将热泵技术用于电动汽车智能热管理。
  04 开展存量低效热泵更新改造
  对投运10年以上的热泵设备开展全面诊断和综合评估，依法依规淘汰落后设备。积极推进存量低效热泵设备更新改造，提升热泵系统能效水平。推动热泵与既有热源集成应用。支持资源循环利用企业开展废旧热泵处置。
  推动热泵产业提质升级》
  05 优化热泵设计和生产制造
  推动热泵生产制造企业提升热泵整机和关键部件设计水平，推动热泵产品小型化和易安装化。提高生产效率和制造水平，进一步提升热泵产品性能和能效。实施热泵生产线绿色化、数字化、智能化改造，降低产品碳足迹。
  06 提升绿色低碳制冷剂产品供给
  引导热泵生产企业加快淘汰含氢氯氟烃（HCFCs）制冷剂，限控氢氟碳化物（HFCs）使用。加大自然工质、氢氟烯烃（HFOs）等新型低增温潜势（GWP）制冷剂及其应用技术的自主研发力度，提高新型制冷剂与热泵系统的匹配度。严格控制热泵生产制造和使用过程中制冷剂的泄漏和排放。积极推动制冷剂回收再利用和无害化处理。
  07 提高运行维护专业化水平
  推进热泵智能化运维管理，优化热泵运行调控能力。引导热泵生产企业由设备供给商向系统集成商转变，健全安装、运维队伍与服务体系。充分发挥行业协会、研究机构等专业化力量，开展面向企业和用户的政策宣介、业务培训和技术指导。
  08 加强先进适用技术研发应用
  加大先进技术和关键装置研发力度，加快热泵低噪声、大容量、高能效、高效除霜等关键技术攻关。鼓励热泵与太阳能、蓄热多能互补应用。支持热泵相关领域国家级科技创新平台基地建设，构建产学研用协同创新体系。
  完善支撑保障体系》
  09 加强热泵安装使用建设保障
  10 强化综合性政策支持
  11 发挥标准引领和支撑作用
  12 深化热泵领域国际合作
  来源：国家发展和改革委员会网站
  专家观点》》》
  热泵或将成为石油石化行业绿色转型的关键抓手
  □中国石油大学（北京）机械与储运工程学院副教授?陈哲文
  据相关机构测算，到2030年全球潜在热泵市场规模将达2万亿元以上，我国热泵销量2020至2030年复合年均增长率（CAGR）有望达到15%至19%。我国热泵产业链将受益于全球需求升温，迎来发展机遇。推动热泵行业高质量发展，既是我国对能源变革趋势的主动响应，又是我国打破国内能源利用效率瓶颈、培育绿色经济增长点的关键抓手。
  为低温余热“加温”实现能源循环利用
  热泵就像“热能搬运工”，能够将低温余热提升到更高温度，并重新用于生产工艺，实现能源循环利用。它的工作原理与家用空调类似，即使用少量电能将低品位余热转变为高品位热能，其能效比（COP）通常能达到3至6，意味着消耗1千瓦时电可搬运3至6份热能。国际能源署指出，热泵是落实《巴黎协定》，达到二氧化碳减排目标，并缓解当前能源危机的可靠关键技术之一。全球知名科技媒体《麻省理工科技评论》也将热泵列入了“2024年全球十大突破性技术”。
  石油石化行业的低温余热具有资源丰富、温度低、余热量相对稳定等特点。这些余热通常被当作废热扔掉，实际上其蕴含着巨大的节能潜力。
  目前，热泵技术正逐步与石油石化领域结合。在典型炼油厂中，工艺加热的温度需求一般在150摄氏度以下，这正是热泵技术最能发挥效能的领域。在稠油热采中，传统蒸汽锅炉消耗大量天然气，“热泵+地热”的组合正成为新选择。热泵将80摄氏度左右的地热水升温至150摄氏度以上，既可以满足蒸汽注入需求，又可以实现零碳排放。催化裂化装置产生的120至180摄氏度低温烟气，通过高温热泵回收，可产生160摄氏度热媒水用于原料预热。
  石油石化行业推广要攻克“五关”
  目前，供热温度低于100摄氏度的高温热泵已经较为成熟，正被迅速推广。而能产出100摄氏度以上蒸汽的超高温热泵，在技术可靠性与经济性上还有很多难点需要解决。热泵在石油石化行业推广应用需要攻克“五关”：
  一是“耐高温”材料关。现有热泵工作温度一般在100摄氏度以下，而石油石化行业多需要120至180摄氏度热源。普通制冷剂在此高温下分解，压缩机轴承材料也会软化失效。如同家用高压锅超过设计压力存在危险，热泵系统在高温高压工况下的长期可靠性仍是重大挑战。
  二是“抗腐蚀”耐久关。石化废气中常含硫化氢、有机酸等腐蚀成分。某乙烯厂的热泵换热器因酸性物质腐蚀，仅运行8个月就出现穿孔，维修费用超过初始投资的30%。开发耐腐蚀合金涂层和新型复合材料成为迫切需求。
  三是“大容量”规模关。单个炼油装置的热负荷通常在10至50兆瓦之间，而目前国产大型热泵单机容量多小于5兆瓦，多机并联又面临控制复杂、效率下降等问题。热泵的功率放大需要全系统重新设计。
  四是“智能化”控制关。石油石化生产负荷波动频繁，传统热泵难以实时匹配需求。急需开发具有自学习能力的智能控制系统，实现与工艺的无缝衔接。
  五是“经济性”成本关。在当前能源价格体系下，热泵投资回收期通常超过4年，主要成本来自压缩机、换热器、控制器及驱动模块。就像早期太阳能板价格高昂一样，规模化生产是降本的关键。
  整体来看，目前石油石化行业热泵技术亟待攻克新型安全环保稳定制冷剂研发、高稳定性压缩机研发、高效循环系统设计与优化、智能控制体系构建等技术难题。