好思汇·精彩回顾|工业绿色低碳转型：供热低碳化的关键突破和创新实践
2025年8月11日
绿色创新发展研究院iGDP
7月25日，绿色创新发展研究院(iGDP)举办好思汇：“工业绿色低碳转型：供热低碳化的关键突破和创新实践”专题研讨会。此次活动由绿色创新发展研究院分析师刘晶宁主持，清华大学建筑学院副教授夏建军、北京计科能源新技术有限公司研究主管车阳、加州大学伯克利分校首席科学家周南和能源创新公司工业研究主任Jeffery Rissman分别做主题发言。
主题发言
工业用热现状与低碳化路径——夏建军
清华大学建筑学院副教授夏建军的分享主题为“工业用热现状与低碳化路径”，他系统介绍了“双碳”目标下工业用热的现状、需求特点、供给问题及低碳化路径，并结合案例阐述了工业用热零碳化的可行性。
夏建军指出，在“3060”“双碳”目标背景下，工业实现低碳到零碳是达成目标的关键。目前工业用能占全社会用能的主导地位，2030年的数据为68%，其中包括电和热；且工业用能中化石能源占比高，除电外，煤、天然气、油等化石能源的绝大部分用热通过直接燃烧产生蒸汽，满足工业流程需求。
夏建军强调，工业用热低碳化是工业零碳化的核心。随着新型电力系统建设，可再生能源将成为电力主要来源，用热系统技术路线需转向高效电转热，这也推动国家、地方及行业层面出台多项政策支持，如“十四五”期间雄安经济发展规划强调工业余热余压综合利用，国家节能中心联合发改委发布“推动热泵行业高质量发展行动”，明确以热泵实现工业用热低碳化。
夏建军分析，工业用热可分为两类：一类是以钢铁、水泥等为主的流程工业，化石能源多作为其用能的原材料，余热资源丰富；另一类是以化工、纺织、食品加工等为主，以热水和蒸汽为主要热源的工业，这类工业的热力需求分高中低，180度以下可通过高效电转热解决，超过180度则涉及燃料替代。他提到，2020年全社会非流程工业热力需求达80亿吉焦（GJ），超过北方地区建筑供热2030年50亿吉焦（GJ）的预期需求，且这类需求与生活息息相关，预计2050年可能增至120亿吉焦（GJ）。
从温度看，180度以下热力需求占比高，适合电转热和热泵技术；
从用热密度看，工业用热密度远高于建筑，高负荷密度场景难以仅靠空气源、地源热泵满足；
从分布看，工业向园区聚集，既提高了单位区域用热强度，也为企业用能互补、余热利用等创造了条件。
他强调，需结合国内外及区域差异，针对性开展顶层规划，避免单一技术套用。
夏建军分析，传统工业用热供给以化石能源为主，通过锅炉或电厂抽气供热，存在排放大、成本高、高能低用等问题——部分场景为满足最高需求提供高参数蒸汽，其他需求通过减温减压处理，导致能源浪费，且高温高压蒸汽使用后低品位余热多被直接排放。
夏建军认为，解决高负荷用热密度区域的用热问题，可依托余热共享系统。该系统利用热电厂、核电厂、数据中心等的余热资源，通过城市级高温热水管网输送，结合热泵提升品位，满足工业用热需求。我国现有60万公里集中供热管网为其提供了基础。从总量看，现状余热资源远超工业用热需求，2050年预计仍有200亿吉焦（GJ）余热资源，可与用热需求匹配；从分布看，京津冀、长三角等区域的余热资源与用热需求高度重合，具备实施条件。
夏建军分析，以某工业园区为例，其电、热需求占比分别为41%、44%，现有供给以热电厂抽气和燃气锅炉为主，碳排放较高且存在能源匹配浪费，虽尝试空气源、地源热泵但体量有限。针对此，零碳热力系统可依托周边核电厂余热，通过60公里热水管网输送，结合生物质等零碳燃料替代满足180度以上高温需求。该系统能实现热电协同调峰，在不影响生产的情况下，通过储热装置在电力高低峰灵活调整用热来源，且经济性优于天然气供热。
最后，夏建军强调，依托工业园区规模化效应，结合余热共享、高效热泵、零碳燃料替代等技术，工业领域180度以下用热的深度脱碳具有高可行性，无需依赖大量国家补贴，可通过市场行为实现经济合理的低碳转型。
“双碳”目标下的中国供热低碳替代技术路线图研究——车阳
北京计科能源新技术有限公司研究主管车阳的分享主题为“‘双碳’目标下的中国供热低碳替代技术路线图研究”，他系统介绍了国际供热转型趋势、中国热力生产和消费现状、低碳供热替代技术路径，并提出了我国低碳供热替代的重点行动建议。
车阳分析，国际上可再生能源替代化石能源用于供热和制冷的潜力巨大。根据IEA统计，2023年热能相关能源消费占全球最终能耗的近一半，且近几年这一比例保持在50%左右，与能源相关的二氧化碳排放量也接近40%；2017—2023年全球热需求增长幅度不大，但与热量相关的二氧化碳排放增长几乎全落在工业领域，因此在热能领域推动低碳替代是应对全球气候变化的关键。
车阳指出，通过对美国、英国、丹麦等国际典型国家和地区供热转型情况的分析，可总结出五大发展趋势：一是节能增效是首选转型方向，能有效提升成本效益，如冷凝式燃气锅炉逐渐替代传统锅炉；二是区域供热将成为重要模式，可整合多种能源并与热泵、余热利用结合，提升热效率；三是热泵技术应用将更广泛，能提升供热制冷领域电气化水平，构建电热协同通道；四是可再生能源供热比重将大幅提升，这是实现供热低碳替代的有效途径；五是氢能有望成为供热主要能源之一，尤其在工业高温领域的低碳替代中是重要且可行的研究方向。
车阳强调，国际供热转型的政策激励关键在于建立目标引导、激励约束、监测评估闭环的政策体系。具体而言，要明确战略目标与技术路径并实施精准扶持政策，如英国、丹麦对可再生能源供热技术制定补贴标准；注重经济激励机制与其他政策的协同，如德国生物质锅炉需满足特定要求才能获补贴；提供配套机制以最大化效益，如丹麦除直接补助外，通过禁止新建建筑用电采暖等方式建立市场收益预期；建立系统监测评估体系，如英国、德国和丹麦在补助实施中同步监测评估，动态调整政策。
车阳分析，中国热力生产统一口径为商品化热力，供应方式包括集中供热（北方普遍）和自供热（北方农村居民自采暖、工业自主余热利用等）；终端热力消费分为建筑用热和工业用热，涉及建筑采暖、民用热水及食品、钢铁等行业工业热力。2021年国家热力消费占全国能源消费总量的近六成，其中工业用热超七成，且工业自产自用热力占比近60%，是全口径热力消费的重要组成部分。
车阳认为，中国在低碳供热领域有丰富技术储备，如太阳能、生物质供热、地热能等，已在多个场景有应用实践，从技术层面看替代基础相对成熟。在“双碳”目标下，未来有望形成以绿电、余热、可再生能源为核心的绿色热力生产体系。他指出，低碳替代路径可分三个领域：民用热水领域，近期以电加热、热泵、太阳能热利用为主，农村推广空气源热泵，城镇以燃气为主并辅助电加热设备；中远期农村进一步推广空气源、太阳能与光伏集成系统，城镇大幅提升绿电制热水规模。工业领域，近期重点发展热泵、工业余热利用，集成零碳热源，发展电窑炉替代技术；中远期电锅炉技术用于工商业，推广氯氢、太阳能聚光等技术。建筑工业领域则重点利用既有管网和工业余热，推广热泵等技术。
最后车阳总结，我国低碳供热替代可采取以下重点行动：
一是推动可再生能源替代，在可再生能源丰富地区大规模发展县镇级可再生能源供暖，农村推广可再生能源替代散煤，城市集中供暖区域推广多能耦合，工业领域推动用热替代及核电余热、工业余热利用；
二是推广集中和区域供热，在城镇人口密集区推广相关服务，改造升级集中供热管网以提升效率；
三是扩大热电协同应用，支持热电联产等设备，发展储热系统，构建热力与电力系统协同模式；
四是加快建筑绿色低碳发展，提升建筑能效标准，在严寒和寒冷地区开展用户侧能效提升；
五是支持工业低碳供热技术攻关，包括工业窑炉替代技术、相关领域热力需求研究及中高温用热替代技术联合攻关。
中国工业电气化的挑战与机遇——周南
加州大学伯克利分校首席科学家周南的分享主题为“中国工业电气化的挑战与机遇”，她系统介绍了中国工业用热的现状、电气化技术路径、经济性评估，以及工业电气化面临的障碍与政策选择。
周南分析，工业用热在能源消耗中占比极高，总能源的70%左右用于供热，且这些热量完全依赖化石能源。国家能源局数据显示，工业用热主要来自煤、焦炭、燃气等，其中钢铁、化工、水泥、炼油四大高耗能行业占据工业用热的绝大部分，这些行业多存在高温需求，部分温度高达1100度以上；而轻工业如纺织、食品饮料等则以80—100度的低温需求为主。值得注意的是，工业中300度以下的中低温用热需求合计占总体热需求的一半，其产生的二氧化碳排放量也占工业排放的一半，这部分用热通过成熟技术推广、余热回收等路径实现电气化的潜力较大。
周南指出，工业电气化可依托多种技术，既有电阻加热、感应加热等较新兴且尚未完全市场化的技术，也有将燃煤或天然气锅炉转换为电锅炉、热电联产、工业热泵等相对成熟的技术。其中，热电池虽在国内提及较少，但并非新技术，其通过电阻加热储能，最高可达到1700度，存储与发电来回效率高达95%，已实现商业化并在部分工厂应用。若热泵能覆盖中低温用热，热电池解决高温用热问题，工业电气化未来将具备可观前景。
周南认为，经济性是工业电气化普及的重要障碍，通过平准化分析可见：80—100度以下的热泵虽初期投资高于传统方式，但因效率高、运行成本低，在考虑碳价后已具备竞争力，每兆瓦时成本260元，优于燃煤锅炉；高温热泵目前经济性稍弱，每兆瓦时390元，比天然气高10%，但未来随技术发展成本降低或碳价提高至380元时，将更具竞争力；热电池可利用低谷电价储能，平准化供热成本314元，与天然气锅炉、热电联产已接近，且能满足更高温度需求，经济性较好。此外，工业热泵在能源和电力消耗上大幅低于传统方式，且碳排放最少，到2050年电力系统接近零碳时，相关电气化技术将实现零排放。
最后，周南强调当前中国工业电气化面临电价远高于煤炭和天然气的现实障碍，但高效的热泵、热电池等技术可缩小这一差距，推动电气化实施。针对这些障碍，可通过政策手段应对：经济性方面，可借鉴美国拜登政府曾实施的补贴政策；技术成熟度与产业化方面，国家可通过资助研发、示范项目加速推广；制度层面，可借助当前设备更新和以旧换新政策，推动企业在新厂建设或改造时采用热泵等技术，同时发挥科研合作、行业协会等组织的作用，助力工业电气化发展。
实现可持续繁荣的工业低碳转型技术与政策——Jeffery Rissman
能源创新公司工业研究主任Jeffery Rissman的分享主题为“实现可持续繁荣的工业低碳转型技术与政策”，他系统介绍了其新书《零碳工业》的核心内容，包括全球工业碳排放现状、重点行业的脱碳技术、推动技术应用的政策及工业低碳转型路线图。
他指出，工业行业是全球温室气体排放的重要来源，占比超过三分之一，中国因庞大的工业体系，以及对化石能源，尤其是煤炭的依赖，占全球工业部门温室气体排放的45%。
能源效率提升、电气化、氢与可再生燃料应用及碳捕集与封存是工业脱碳的关键措施。能源效率提升可从单个设备、生产线和设施、供应链及产品设计等多个层面着手；电气化作为减少排放的有力方案，相关技术能满足不同温度范围的热需求，欧洲研究显示，29%的工业非原料能源消费已可以由电力替代，另外37%可通过已大范围商业化阶段的技术、12%可通过已被广泛接受但未商业化的二阶段技术实现电气化。在能源成本方面，使用可再生能源电解制氢成本较低，比生物质及氨气等其他方法更具优势。碳捕集与封存则应仅仅适用于其他技术不适用的特定案例，如水泥生产中石灰石煅烧环节。
政策对推动工业脱碳技术的实施至关重要。碳定价、财政补贴、税收抵免、绿色贷款等机制可以弥补技术推广中的融资缺口，政策支持在技术研发阶段尤为关键，商业化后产品更容易获得商业银行融资。此外，标准制定、绿色公共采购、研发支持、促进循环经济的政策，以及保障社区繁荣的发展政策也不可或缺。
工业脱碳的路线图的第一阶段需提高能效和材料使用效率，扩大可再生能源供应及并网，加快电气化，优先使用热泵等对中低温供热技术进行电气化；第二阶段聚焦中高温热能的燃料替代，关注化工和钢铁等行业的电气化和氢能替代。中国可以通过技术创新推动自身的低碳转型，也可通过技术出口和知识产权许可，让其他国家受益。
零碳工业：实现可持续繁荣的变革性技术和政策
《零碳工业：实现可持续繁荣的变革性技术和政策》（Zero-Carbon Industry：Transformative Technologies and Policies to Achieve Sustainable Prosperity）由能源创新公司工业研究主任Jeffery Rissman著。该书由电子工业出版社在2025年4月出版。
全球工业活动占据了人类造成的温室气体排放的三分之一。尽管工业是一个主要排放源，但它对生产我们需要用来对抗气候变化的工具——如风力涡轮机、太阳能电池板和电动汽车——以及满足我们日常生活需求也至关重要。如何使工业在提供变革性技术的同时消除其气候污染？在本书中，作者提供了零碳工业过渡的首创性思考，着重讨论了正在改变制造业的突破性创新及可以加速这一全球转变的政策。作者探讨了实现工业低碳化的方法，例如电气化工业过程、使用氢气、部署碳捕获和储存及通过轻量化和3D打印提高材料效益。同时，作者指出，技术只是问题的一部分。实施正确的政策，包括财政激励、研发支持、设计良好的碳定价、效率和排放标准及绿色公共采购，都可以刺激投资并加速减排。
圆桌讨论
在会议下半场的圆桌讨论环节，由绿色创新发展研究院副主任杨鹂主持，中国节能协会副监事长兼热泵专业委员会秘书长赵恒谊、山西科城能源环境创新研究院助理研究员许小静等专家共同参与圆桌讨论，探讨供热低碳化的机遇挑战与创新路径。
赵恒谊指出，工业热泵的定义在全球范围内认知并不一致，欧洲将两头有一头涉及工业用热的都算作工业热泵，比如工业余热回收用于城镇供热，而在中国和日本，更多指用于工艺加热的热泵。
他强调，工业热泵相比建筑热泵有几大特点：
一是注重余热回收，不同于建筑热泵多利用自然来源的水、地、空气源；
二是温度更高，建筑热泵多为40-50度，工业热泵可达120度甚至更高；
三是功率更大，建筑热泵多为千瓦级，工业热泵则达兆瓦级，目前业内最大单机容量为 20 兆瓦，而企业已提出 60 兆瓦的单机需求。
赵恒谊强调，工业热泵推广需三大要素：一是主机技术能力，二是工艺整合，三是政策与碳要求的推动，但企业并不青睐政府补贴，因其可能扭曲市场，如北京煤改电曾出现企业回款难问题。他提到，重点推广领域包括石油石化、纺织印染、食品饮料等 19 个行业，其中日本侧重机械加工、电子电器和食品饮料领域。
赵恒谊认为，当前工业热泵发展的核心驱动力是脱碳压力，如苹果、宜家等外企工厂计划2030年或2035年实现零碳，且并非依赖购买碳指标中和，而是寻求实际减排；国内水泥、化工等有碳指标的行业也有强烈需求。他提到，电相关的脱碳可通过购买绿证、绿电实现，而燃烧类的脱碳需依赖电气化和可再生能源，其中热泵尤为重要。
此外，赵恒谊分享了多个成功案例，比如：烟草行业的烤房改造已推进多年，全国原有约100万座烟草烤房，每座每年用煤8吨，过去三年通过主机和工艺的标准化，已在河南、云南、贵州等地改造5.5万座烤房，采用15匹空气源热泵替代人工铲煤，实现全自动运行，解决了污染和排放问题。青岛炼化的精馏塔项目即为高温热泵应用，制药厂也有多个成功案例，未来高温热泵在零碳啤酒、白酒等领域大有可为。
许小静指出，山西作为资源型地区，长期形成了以煤为主的能源消费结构和以钢铁、水泥、化工、有色、焦化等高耗能产业为主的传统产业结构。在调研中发现，当地不少企业在使用低温热源时，认为已利用工业余热便实现了节能降碳，对采用热泵、电炉等技术存在困惑。但她强调，工业余热的热源很多仍依赖化石燃料，因此高耗能行业的低碳化改造，尤其是对工业余热的高效利用，依然至关重要。
许小静分享了调研中的具体案例：钢铁行业方面，晋南钢铁集团通过钢焦化氢协同模式，年减碳量超130万吨，同时产出的氢气用于钢铁富氢冶炼及氢能重卡运输，不过目前也面临制氢成本高、氢量不足的问题，优先满足超低排放改造需求，这也体现了政策对技术应用的推动作用；山西的电炉企业通才工贸虽因“十四五”期间鼓励短流程电炉发展而建设了65吨合金电炉，但受废钢价格高于铁矿石的影响，需根据成本灵活调整电炉与长流程生产线的生产负荷。
许小静认为，这些案例显示高耗能行业在低碳化实践中已有积极探索，不同行业根据自身情况采取了多种技术路径，但普遍面临成本、资源等制约，政策的引导与支撑在技术应用和改造推进中发挥着关键作用，未来仍需更有力的政策支持助力企业深化低碳转型。
与会专家还表示，此前行业更多从内部视角看待余热余能利用，而结合跨行业、跨领域的余热余能衔接思路，为钢铁行业低碳化改造提供了新启示，当前正通过推进极致能效及验收工作，进一步提升能源利用效率。
有专家指出，钢铁行业具有产品制造、流程转换、废弃物再资源化三大功能，长流程企业尤为突出能源转换功能，短流程企业则侧重废弃物再生利用。在主工艺流程中，炼铁、炼钢环节一次能源转化为产品的效率仅约四分之一，其余四分之三以余热、余能形式在企业物质流、能量流中循环，其中煤气能源及铁水显热等高温余热利用效率较高，但炉渣中低温余热、冷却水及蒸汽热能等仍有提升空间，部分高压蒸汽因缺乏合理利用途径需减温减压后使用，造成能源浪费。
与会专家也提到，钢铁行业余热余能利用仍有较大潜力，可探索以下路径：
一是提高燃烧效率，通过富氧燃烧、全氧燃烧等技术节约煤气并精准控温，在各工序中效果显著；
二是提升余热余能利用效率，需开拓更多应用场景，北方高炉70—80摄氏度的冲渣水余热除冬季供暖外，南方及北方夏季可用于溴化锂制冷、高炉鼓风脱湿等；
三是应用界面技术，通过控制铁水及加热炉出钢温度减少热损失，同时结合智能化、自动化技术提升效果；
四是优化工艺，尤其是轧钢工序，在产品和产线布局允许的情况下，免加热炉直轧可大幅降低能耗，但该工艺有特定限制，此外电加热、氢能源加热等技术若能突破，对轧钢工序及短流程企业实现净零碳至关重要。