文｜张雅娟 彭猛 黄晓丹 冯相昭 李欢

近日，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、国家能源局等部门联合印发《推动热泵行业高质量发展行动方案》，明确了加快推动热泵行业高质量发展的总体要求和重点任务，从热泵推广应用、产业提质升级、完善支撑保障三个方面作出系统部署，以期推动建筑、工业、农业和交通运输等重点领域节能降碳，促进经济社会发展全面绿色转型。

热泵作为工业用热电气化的一项关键技术选项，具有广泛的推广应用前景，对我国工业绿色低碳发展至关重要。现阶段，我国工业用热约占全国热力消费总量的3/4，是我国热力消费的主要领域，且工业供热以化石燃料为主。随着我国工业的稳步发展，用热需求逐年上升，加强用热过程的电气化是推进工业部门降碳的重要举措。以工业热泵和热电池为主的工业用热电气化技术在技术经济、能耗和碳污排放控制方面已具有优势。

然而，推动工业加热的电气化仍存在诸多挑战，能源价格之间的差异、电气化设备的可用性以及供需矛盾等方面的困难严重限制了我国工业用热电气化的进程，亟需以减污降碳协同治理为抓手，通过加快技术装备研发攻关，有序开展低温热泵推广与应用，建立多能互补协同机制等一系列措施促进我国工业用热电气化的推广，加速工业绿色低碳发展的进程。

工业用热现状

1.用热需求涉及绝大多数制造业且以中高温用热占主导

行业用热需求方面，黑色金属、化学和化工产品、非金属矿物、石油炼制和炼焦行业是工业用热需求量较大的行业，需求量分别约为5.8亿、3.75亿、2.39亿、2.05亿吨标煤。有色金属、食品饮料和烟草、纺织、机械、造纸印刷等行业用热需求相对较低，需求量分别为约为 0.34亿、0.34亿、0.34亿、0.17亿、0.17亿吨标煤。

工业用热温度分布方面，工业用热需求呈现连续性特征，且对温度参数要求较高，热量需求大。其中，高温用热（超过1100℃）占总用热的30%，集中于黑色金属和非金属矿物行业；中低温用热（150～300℃）占总用热的27%，集中于黑色金属、石油炼化和焦化行业；低温工业用热（低于150℃）占总工业用热的26%，集中于化工和石油精炼，食品、饮料和纺织等其他行业。

2.工业供热以化石能源为主且电气化改造潜力较大

从能源结构的角度来看，我国工业用能以化石能源为主。2023年，我国煤炭消费量为31.7亿吨标准煤，其中发电用煤增长5.1%，钢铁、建材、化工行业用煤分别增长3.1%、0.1%、5.3%。在制造业中，化石燃料作为终端能源的使用占比约70%，而电力仅占24%。供热作为制造业用热主要方式，涉及从金属冶炼到不同材料和化学品的加热、干燥和蒸馏等多种工艺流程。

从电力清洁化角度来看，电力能源结构持续优化。风电、光电等新能源发电近年来在工业用能中的比重逐年上升，目前清洁能源发电装机容量占比已达 53.9%，电力清洁化程度不断提升。据中国有色金属工业协会统计显示，电解铝行业的清洁能源使用比例已达到24.4%，石化化工等行业也在加快探索绿氢规模化利用，绿色能源正逐步成为工业能源消费的重要组成部分。

3.工业用热电气化存在多种技术选项

近年来，热泵、电阻式电锅炉和热电池等用热电气化技术在国内外已广泛适用于工业行业。其中工业热泵作为一种主动热回收装置主要用于工业过程中的热回收和热升级，是替代化石能源低温热能（低于100℃）的首选供热技术，已在农副食品加工、食品制造、纺织、木材加工、造纸、设备制造和汽车制造等行业得到应用。

电阻式热锅炉采用高阻抗管形电热元件加热的电热设备，具有结构简单、操作方便、热效率高等特点。基于电热锅炉的低谷电蓄热系统是对在工业领域传统燃煤锅炉的良好替代。热电池又称热能电池，可将电能转化为热能，并可储存数小时至数天，可提供达1700℃温度的热量。

4.工业热泵在低温需求领域成本优势明显

从经济性方面看，低温工业热泵展现出明显的成本优势。80～100℃低温工业热泵的平准化成本为260元/MWHth，即每兆瓦时（热）的价格是 260 元，比燃煤热电联产低15%，比天然气热电联产低20%，比天然气锅炉制热便宜27%，比电锅炉制热便宜60%。但对于100～165℃的工业用热，使用工业热泵制热的平准化成本约为391元/MWHth，较80～100℃运行的热泵高出约50%。热电池平准化成本为314元/MWHth，电锅炉平准化成本为659元/MWHth。

从技术成熟度方面来看，80℃以下的低温工业热泵的市场稳定性已得到了验证，80～100℃低温工业热泵已实现商业化推广，100℃以上的工业热泵技术仍处于进一步研发与完善阶段。热电池目前仅小规模生产，尚未规模化生产与推广应用。电锅炉方面虽然技术相对成熟，但由于其能耗过高，在能源成本压力下，逐渐被其他供热方式所替代，仅在一些对供热稳定性要求极高且对成本不太敏感的特殊工业场景中仍有使用。

5.工业热泵在节能减污降碳方面成效显著

从能耗方面看，工业热泵的能效位居前列。低温工业热泵的单位产热能耗仅为燃煤锅炉的20%，高温工业热泵仅为燃煤锅炉的1/3，高于热电联产系统、电锅炉和热电池等其他替代品。电阻式电锅炉、热电池等非热泵技术效率差异较小，在温度较高和没有余热回收的应用中，电阻技术相对于燃烧技术的效率具有显著优势。

从二氧化碳和其他污染物排放方面看，工业热泵是降低工业用碳强度和污染物排放的途径。将发电产生的二氧化碳排放量计算在内，低温（80～100℃）工业热泵的二氧化碳排放量分别比天然气、煤炭和电锅炉低26%、60%和73%。对于温度较高（100～165℃）的工业热泵，每单位热量的二氧化碳排放量分别比燃煤热电联产机组、燃煤锅炉和电锅炉低21%、33%和55%。工业热泵能显著减少5种污染物（CO2、NOX、SOX、PM10和PM2.5）排放，而热电池则能减少3种污染物（SOX、PM10和PM2.5）排放。

工业用热电气化发展潜力和面临的主要挑战

1.轻工业等低温用热行业需求巨大

工业热泵可满足约15%的工业供热需求。据国际能源署和清华大学测算，若热泵的供热温度达200℃，则能够满足中国15%的工业用热需求。食品和饮料、纸浆和造纸、金属制品、塑料制品、纺织品和木制品等轻工业是工业供热的主要需求方，其中造纸与化工行业热泵部署方面的潜力巨大。如造纸和化工行业分别约有55%和18%的供热需求可由热泵满足，按照2022年的能源需求计算，造纸行业的热泵容量将达2000万～3000万千瓦、5500万～8500万千瓦。有色金属与非金属工业方面，若能够替换200℃以下工业用热，工业热泵每年可节能1.74亿吨标准煤，在非化石能源发电量分别占比34%、50%、70%的情境下，分别减少3.261亿、4.018亿、4.965亿吨二氧化碳排放量。

2.高成本是制约规模化发展的首要因素

在能源成本方面，燃煤锅炉供热平准化成本最低，煤炭与电力之间的成本差距是制约电气化转型的因素。虽然电加热在工业供热方面的效率高于燃煤，但煤炭的单位能耗成本仅为电力的1/5，煤炭能耗成本仍低于电力。尽管热泵和热电池可通过效率提升缩小成本差距，但由于热泵和热电池仅在特定条件下具有成本竞争力。煤炭通常仍能保持价格优势。运营成本方面，燃煤锅炉最低，其次为工业热泵和热电池。其中，80～100℃的工业热泵与燃煤锅炉运行成本相近，100～165℃的工业热泵、热电池、电锅炉运行成本分别是燃煤锅炉的2倍、1.5倍和5倍。

3.技术受限是制约工业用热电气化转型发展的核心难题

目前，热泵是工业用热电气化较为成熟的技术，但140℃以上的高温热泵技术尚未成熟，仅在少数特定的小型系统中有所应用。工业热泵所需的空间较大，应用场景受限。以现有机组为参照，1000千瓦的热泵重10吨，平均需要17平方米的空间，而类似容量的燃气蒸汽锅炉只重5吨，需要6平方米的空间。除了热泵技术外，热电池等新技术处于商业化早期阶段，高温等离子体加热技术等仍处于实验室阶段或小规模试点应用，尚未能大规模供应市场。电磁采暖技术、相变储热采暖技术等部分新兴电气化供热技术，出现控制系统故障、加热元件故障等情况较为频繁，严重影响设备正常运行。

目前，维修人员需具备储能材料、热交换等多领域专业知识，专业门槛较高；另外，生产厂家售后维修网点分布极为稀疏，难以覆盖广大用户区域。此外，部分部件具有特殊性，如智能相变电储热模块，其生产与供应均受厂家制约，市场上难以寻觅适配的替代品。不同厂家的相变储热设备在结构设计和零部件选用上尚未统一，影响工业生产的连续性，降低了供应侧对工业用热需求的保障能力。

4.工业用热需求多样性与标准适配性问题突出

不同工业行业的用热需求差异巨大，即工业用热需求呈现多样性特征。例如，化工需要高温高压蒸汽，食品加工需要精准控制低温热，而现有电气化解决方案针对性不足，通用设备用于特定行业可能效率低或无法满足工艺要求。工业生产的周期性和市场波动导致用热需求不稳定，在很大程度上也增加了热需求预测的难度。工业生产通常具有周期性，旺季用热需求较大，淡季用热需求则相对较小；市场波动也会通过生产计划调整最终影响生产用热需求，如某些行业的原材料价格波动、产品市场需求变化等。值得注意的是，目前工业用热缺乏统一标准，企业因为难以评估技术设备的性能适用性，导致选择供热技术设备面临很大挑战；而在供热设备市场上产品质量参差不齐，扰乱用热需求侧选择，加剧供需错配。

促进我国工业用热电气化发展的对策建议

1.加大先进技术装备研发攻关

建议发挥国家重点研发计划等中央财政科研经费等引导作用，支持开展复杂工况与新兴余热利用关键技术攻关，重点支持高温超导材料、高性能的换热材料、隔热材料和压缩机材料等关键部件材料研发。加快研发新型压缩机和高效换热器，提高100～165℃的工业用热的稳定性。重点突破热泵在低温环境下的高效运行、余能回收的高效转化等技术难题，提高技术水平和设备性能。依托首台（套）重大技术装备保险补偿政策，鼓励企业开展高效换热、高效用能、智能控制等技术装备研发应用。

2.有序推进低温热泵推广与应用

应充分运用中央预算内投资、超长期特别国债等资金渠道，支持重点领域节能降碳改造和用能设备更新，加快高效热泵技术、高效锅炉替代与改造、锅炉系统智能化升级等技术的推广与应用。持续遴选、发布国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录，加快工业热泵、热电池、电锅炉设备的推广与更新。加强回收循环利用能力，建议工业和信息化部指导新成立的中国资源循环集团有限公司加快布局设立全国性、功能性资源回收利用平台，提高废旧锅炉回收和再生资源加工利用能力。

3.构建分层分类的工业用热标准体系

建议加快构建“基础标准+行业细分标准”的工业用热标准双层体系。基础标准聚焦安全、环保等底线要求，行业细分标准按温度（如低温＜150℃、中底温在150～300℃、高温＞1100℃）、压力（如低压≤1.6MPa、中压在1.6～10MPa、高压＞10MPa）、燃料类型（如燃煤、燃气、生物质）等参数划分，允许企业根据工艺需求选择适配标准。参考国家发展改革委对热泵技术标准的定期评估模式，每3～5年开展工业用热标准适用性评估。结合行业调研（如制药、化工、食品等行业的用热参数），及时纳入新兴技术和更新能效要求。

4.建立多能互补协同机制

推进热电联产机组灵活化、耦合化、低碳化转型，因地制宜推广生物质、各类新型余热、电供热等低碳供热技术，实施“新能源+供热”模式，建立“政府—电网—新能源企业—用户”的四方协作机制，采取电量市场化交易和差别化输配电价，实现“政府要绿、企业要利、用户要暖”的多赢局面。加强热泵与其他能源系统的集成技术研究，如热泵与太阳能、地热能等可再生能源的耦合系统，实现多种能源互补，提高能源综合利用效率，使热泵在不同能源供应条件下都能发挥优势

文｜张雅娟 彭猛 黄晓丹 冯相昭 李欢，中国电子信息产业发展研究院，其中冯相昭为通讯作者

编辑丨王秋蓉

来源丨《可持续发展经济导刊》2025年4月刊

原文标题丨《我国工业用热电气化面临的挑战及对策建议》

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