编者按：10月10日-12日，“2021中国热泵行业年会”在武汉成功召开。会议期间，在国家发改委环资司的指导下，由中国节能协会热泵专委会组织编写，寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室、哈尔滨工业大学热能应用省级工程研究中心、清华大学建筑节能中心、天津大学热能研究所、国际铜业协会、德国国际合作机构、青岛海尔空调电子有限公司、浙江中广电器股份有限公司、上海海立电器有限公司参与编写的《热泵助力碳中和白皮书（2021）》重磅发布。并由哈尔滨工业大学倪龙教授进行了《热泵助力碳中和白皮书（2021）》技术解读。
本白皮书共包括六章和三个附录，汇报包括引言、热泵技术原理、热泵技术应用现状与在碳中和中的应用前景、热泵减碳效益分析、结论五个部分。
第一部分为引言。
我国的低碳化一直在持续不断地推进，尤其是十八大以后，从控制能源消费总量，到能源生产和消费革命、北方清洁取暖，以及2020年9月22日的第七十五届联合国大会一般性辩论会上，习近平总书记庄严承诺：2030年碳达峰，2060年碳中和。据不完全统计，总书记至少20次提及碳中和。
目前，世界各国均认为，到本世纪中叶实现碳中和是全球应对气候变化的最根本举措。
这些年由于我国经济快速增长和能源结构的原因，我国二氧化碳排放量增长快、总量多，2019年接近100亿吨，占全球的29.5 %。因此，中国推进碳中和的速度将是欧盟的2.3倍，是美国的1.5倍。
在双碳战略背景下，能源领域将产生革命性变化，最显著的一点是能源转换链条，由目前的燃料产热、用热发电，变更为绿电生产、由电变热，终端用能电气化态势明显。
在能源利用角度来看，我国近一半的终端用能都以热能形式消耗，热泵是电制热的最有效方式。从能源革命的角度来看，热泵符合终端用能电气化发展需求，某些场景下的热泵应用还能实现柔性用电，有助于电力调峰和风电光电消纳。从碳减排的技术路线来看，热泵能够为供给侧减排的地热供热、可再生能源供热，需求侧减排的建筑供暖、工业中低温热能制备，农业环境调控，和电动汽车乘员仓热环境调控等提供工具。因此，大力推广热泵技术，切合时代背景与政策导向，符合未来碳中和发展趋势。
第二部分为热泵技术原理。
热泵是一种在高位能驱动下，将低位热源的热能转移到高位热源的节能装置，从而为用户提供供暖、供冷及热水服务。
热泵系统一般由热泵机组、高位能输配系统、低位热能采集系统和热分配系统组成，热泵循环的驱动能源是绿电或可再生能源， 是100%可再生、100%无排放的热力供应解决方案。
热泵的分类方法很多，常用的是按照低位热源种类分类，可分为空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵。
第三部分是热泵技术应用现状与在碳中和中的应用前景。
从全球和我国来看，热能都是最大的能源终端用户。但在2019年现代可再生能源仅满足了11％的全球热需求，化石燃料继续占主导地位，并贡献了全球CO2排放量的40％。我国截止2018年底，燃煤热电联产集中供热面积占总供热面积的45%，燃煤锅炉集中供热占比27%；以燃气为主要热源的供热面积占比20%；电供热占比4%，可再生能源供热占比3%，工业余热供热占比1%。
在建筑行业：2019年中国建筑建造和运行用能耗占全社会总能耗的33%。2019年中国建筑建造和运行相关CO2排放占全社会总CO2排放量的比例约38%，其中建造为16%，运行为22%；与供暖和生活热水相关的超过8亿吨。随着我国逐渐进入城镇化新阶段，建筑的运行能耗和排放将占比更大。
热泵供热系统在各类供热能源系统中每供1GJ热量所排放的二氧化碳最少，减排效果最显著；COP越高排放量越低。对于现有建筑的改造，热泵代替锅炉和常规冷水机组为建筑进行供暖和制冷（与燃煤锅炉相比，CO2排放量可降低60%-80%）。
对于工业：中国工业能耗的50%~70%以热能形式消耗，并且45%都是中低温热量，用热泵提供这部分热量将显著减少化石能源消耗和二氧化碳排放。虽然我国工业结构及工业水平与欧盟存在一定差异，但采用工业热泵，替代化石能源中低温供热，也是我国工业部门减少二氧化碳排放的一条可行路线。
通过热泵回收工业余热、废水余热用于供暖已取得发展。目前中低温热泵技术已有大量的商业化产品，温度高达150℃（0.4MPa）的热泵我国已有实验性解决方案和中试原型机。此外，还有热泵工业干燥等也在迅速推广。
在农业大棚、烤烟叶、中药材烘干、畜禽养殖等领域领域清洁能源替代散煤工作也迫在眉睫，农业热泵完全可以营造相应的热湿环境。
我国农业环境碳排放基本保持在7%~8%，将热泵应用于农业生产环境调控，如农产品温室、水产养殖温室、畜禽养殖舍，可以显著降低排放，提升生产效率。
除此之外，其他领域如热泵干衣机、热泵洗碗机，已开始投入市场。尤其是热泵能大大提高电动汽车的续航能力，是未来电动汽车空调的重要解决方案。
对汽车而言，中国目前每千人汽车保有量仅有173辆，低于其饱和值水平，汽车保有量仍呈持续增长态势。热泵汽车空调是维持冬季乘员舱的热环境最有潜力的解决方案，多种车型已经开始应用。
因此，热泵能在建筑、工业、农业、交通等领域制备中低温热量，替代化石燃料，间、直接供热。
从国际来看，德国实现碳中和目标，热泵在建筑供热领域的份额要达到42.7 %，工业的低温热量要达到66 %，100℃到500℃的中温用热领域要达到25%。预计到2030年，热泵能够产生高达180 ℃ 的热量。在2050年前达到300 ℃。
未来推动热泵的发展，欧洲出台了一系列政策，如碳排放交易机制。在欧盟国家中，引入碳价机制的国家也是热泵数量和比例最高的国家。
热泵技术的推广应用，能有效降低二氧化碳排放，但热泵设备生产、安装、维护、拆除等也会产生二氧化碳或非二氧化碳温室气体的排放，因此应注重热泵技术自身低碳化研发和应用。备受关注的是制冷剂，尤其是我国正式加入《蒙特利尔议定书基加利修正案》之后，制冷剂对气候变化的影响不容忽视，制冷剂替代路线包括自然工质和化合物，应从固定热泵和移动热泵分别考虑。
热泵技术通过长时间的发展已取得明显进步，但仍有很多技术瓶颈亟待突破，如压缩机技术、热泵多场景应用设备研发、低GWP工质及相关技术研发、热泵与蓄热技术相结合、热泵供热系统能效提升等。
第四部分是热泵减碳效益分析。
我们从不同情景、不同增速、不同占比三个角度，分析了建筑行业、工业生产、农业环境调控三个领域热泵的碳减排效益。
碳排放量计算采用排放因子法，并考虑了排放因子未来的变化。
潜在减排量可细分为热泵减排量、电力端减排量和需求侧减排量三部分。需求侧减排量是指仅由于需求变化带来的减排量。电力端减排量是指电力进行生产方式改造，使得电力碳排放因子下降所带来的减排量。热泵减排量是指热泵占比增加替代原来的化石燃料或电能直接供热带来的减排量。
首先是建筑供暖减排分析，预计2040年以后我国人口稳定在14亿，建筑总规模将达到750-800亿m2，其中北方城镇需要供暖的建筑面积为200亿m2，需要供暖的农村建筑面积为100亿m2。未来的现状是面积增加、同时使用率上升，但围护结构改造需求总体降低。热泵应用比例增加。零碳电力增加。
通过情景设置：当前情景：热泵占比10%，自然增长情景：热泵占比自然增至城镇20%、农村30%；显著增长情景：大力推动热泵技术在碳中和中的应用，热泵占比显著增长至城镇40%、农村90%。
当前情景下：碳排量达8.83亿t/年。自然增长情景下：碳排放仍有4.95亿 t/年，仅减排43%，建筑供暖碳排放仍然巨大。显著增长情景下：降至2.09亿 t/年，减排76%。
热泵增速越大，减排效果越明显。高增速时，热泵减排占58%。说明热泵具有显著的节能减排优势，是建筑供暖领域实现碳中和的最优路径。
建筑热水供应碳减排分析也分为这三个情景，通过农村和城市，并考虑不同热水器的占比，考虑热水供应普及率的变化。当前情景：2.57亿t/年的碳排放，农村由于生活热水普及率低、采用太阳能热水器较多，因此农村碳排放低于城镇。自然增长：小幅降低至1.79亿t/年。显著增长：降低至0.62亿t/年，相对于当前减排76%。
在热泵零增速时，碳排放量先增加后降低。升高主要是需求增加导致燃气、电能消耗增加；降低主要是电力碳排放因子降低。在热泵高增速时，2060年热泵减排量为1.49亿t/年，需求侧增加碳排量为-2.39亿t/年，电力端减排2.86亿t/年。
热泵占比越高，碳排放量越低。当热泵占比达到90%时，燃气和电热水器被取代，2060碳排放仅0.40亿t/年，减排85%。
对于工业生产，根据国家统计局、相关文献数据，随着供给侧结构性改革、高质量发展，工业能耗将于2030年左右达峰，之后会逐步下降。工业能耗50%~70%为热能，取30%为潜在可改造为热泵供热的热能。
同样设置三个情景：当前情景：潜在可改造的中低温用热造成的碳排放达到了25.28亿t/年。自然增长：2060年的碳排放略有下降，降至15.43亿t/年。显著增长：碳排放量降低至4.38亿t/年，相对于当前降低了83%。
热泵占比增速越大，减排效果越显著。高增速下，2060年碳排放降至4.38亿t/年，相对于现阶段减排量达20.89亿t/年，其中热泵减排量为14.06亿t/年，占比67%。因此，工业热泵作为中低温热量供给方式将是工业部门碳减排的关键。
对于农业环境调控，主要介绍了农业温室大棚和畜禽养殖。农业温室大棚当前情景：碳排放总量达到1.25亿t/年。自然增长：增长至1.52亿t/年，热泵供暖规模缓慢增长并不能抑制需求增长带来的碳排放量增加。显著增长：碳排放总量仅有0.34亿t/年，相对于当前减排73%，比自然增长降低1.18亿t/年。
可以看出，热泵零增速：排放量持续增加，2060年达到1.63亿t/年。热泵中、低增速：碳排放量先增后降，且增速越大，降低越快。热泵高增速：2060仅0.34亿t/年，减排量0.91亿t/年，其中热泵减排量为1.29亿t/年，由于需求增加显著，因此需求侧减排量为-0.42亿t/年，电力端减排0.04亿t/年。
农业畜禽养殖碳减排分析：当前情景：碳排放0.36亿t/年，直接碳排放量更大。自然增长：2060碳排放0.23亿t/年，略有下降。显著增长：2060降至0.05亿t/年，可减碳0.31亿t/年，88%。
在高增速情景下：2060年碳排放量降低至0.05亿t/年，潜在减排量为0.31亿t/年，其中热泵带来的减排量为0.20亿t/年，占65%。因此热泵技术是农业畜禽养殖供热减排的关键技术。
通过上面三个领域的分析，我们进行汇总：显著增长情景下，潜在减排量达30.81亿t/年。潜在减排量占我国2019年碳排放量（98亿t）的31.4%，其中建筑部门8.9%，工业生产21.3%，农业环境调控1.2%。将来若实现电能脱碳、热泵全覆盖，潜在减排量将占2019年能源碳排放的39.1%。
2060年，热泵减排量达20.95亿t/年，占潜在减排量的70%。此外，热泵还广泛应用于干燥、交通等场景，在终端电气化趋势下，热泵还可减少电力供应压力，助力电力碳中和！
由于发电能力和用电负荷不匹配、缺少有效的快速高效的电力调峰手段、相配套的电力输送能力不足等原因，可再生能源发电仍存在消纳困难的问题。应采用“需求侧响应”的柔性用电模式。
热泵未来还可能在碳交易市场发挥效益。
若热泵技术进入碳交易市场，则能够创造巨大的潜在价值。
目前，热泵行业还未进入碳交易市场，后期应积极推动热泵行业进入碳交易市场。开展热泵碳交易方法论研究，为引导热泵供热项目进入碳交易市场创造技术条件，让热泵技术在碳交易市场上发挥作用、创造效益。
此外，热泵还具有良好的社会与环境效益。
第五部分是结论。
热泵技术的优势在于整合可再生或废弃的环境热源，同时有效和可控地供热制冷,能够在建筑部门、工业生产、农业环境调控及交通等其它行业的中低温热能供应中替代化石燃料燃烧，起到节能减排降碳的作用。因此，热泵技术是供热领域替代化石能源、实现碳中和的必然路径；中低温供热领域实现碳中和的关键在于热泵技术的普及应用。
但热泵技术的发展离不开政府部门、企业、行业、科研机构的相互协作和共同努力，因此应加强政策引导与资金支持，加强热泵技术的研发，推广应用适宜的热泵系统，积极推动热泵行业进入碳交易市场，推动热泵纳入CCER。
我的汇报结束，谢谢大家！
