高温热泵的未来前景与市场潜力

工业生产过程的脱碳正在推进。政治、经济和技术框架已经让我们得以窥见工业过程热能发电的未来格局——高温热泵及其他电热技术将在这一领域发挥关键作用。

工业作为最大能源消费者：潜力未被开发，行动压力日益增长。

德国没有其他行业能消耗量超过工业：该国近30%的总能源消耗归功于该部门，其中三分之二用于 工艺 热能发电。2018年，工业部门仅将德国总总能源消耗的20%用于此目的。欧盟地区也出现类似趋势，66%的工业能源消耗与工艺热相关。其中37%的温度范围在200°C左右，25%介于100至200°C之间。

更令人惊讶的是：工业过程中产生的大量废热——仅德国一年就达460太瓦时（TWh）——仍未被利用[1]。在许多情况下，甚至会额外消耗能量来冷却废热，然后才释放到环境中。

工业部门节省潜力高达33%

下莱茵应用科学大学的一项简短研究强调了该领域的巨大节能潜力：热回收、电气化和废热利用等措施可将工业最终能源消耗降低高达33%，约合每年226太瓦时。这可节省约210亿欧元的能源成本。此外，63%的储蓄被认为已具备市场准备，意味着在短短三年内就能回本回报。研究指出，仅立即实施的措施即可节省128亿欧元。

很长一段时间，企业们并不觉得有必要采取行动——至少从他们的角度来看是这样：天然气过去，甚至在某些情况下，仍然比电力便宜。工业燃气合同成本相对较低，优化压力较小。

“很长一段时间，没有实质性的变革动力——但现在情况已经改变。”

——蒂姆·哈马彻博士，董事总经理

这种情况不太可能持续太久。CO₂价格上升和电网电费上涨将进一步推高化石燃料成本。区域供热计划和工业过程电气化已经减少了连接燃气电网的企业数量——导致更多用户需要承担不断上涨的网络费用，这反而会推高价格。

工艺热量的转化

此外，首批燃气电网运营商计划关闭网络。例如，在曼海姆，MVV Energie AG计划在2035年前关闭天然气网络，作为其实现2045年气候中和战略的一部分。与此同时，巴伐利亚这个高度工业化的地区，目标是到2040年实现全面气候中和。给工业企业的信息很明确：现在正是寻找合适解决方案的时刻。“对于工业企业来说，重点是转变过程热能发电。MVV首席销售官Ralf Klöpfer解释道，没有放之四海而皆准的解决方案。“相反，需要定制化的方法，针对每家公司的具体需求和流程量身定制。建议采用技术中立的策略，结合氢气、高温热泵、电力对热解决方案、废热回收、生物质和热废物利用。”

生物甲烷和氢气未来经济可行吗？

尽管强调技术中立，但有一个事实是明确的：碳中和或低排放气体，如生物甲烷或绿色氢气，在可预见的未来仍将稀缺且昂贵。汉堡市也有同样的观点，预计天然气网络将关闭。该市在其网站上写道：“即使在可预见的未来，氢气仍将是稀缺、有价值且中长期内昂贵的燃料。”这引发了一个问题：在非绝对必要的地方使用此类能量载体是否经济可行。德国能源与水工业协会（BDEW）估计，到2030年，生物甲烷和氢气的价格将介于37.50欧元/兆瓦时至134欧元/兆瓦时之间[2]，该区间的上限是更为现实的估计。作为对比，欧洲能源交易所数据显示，2025年1月初批发天然气价格约为每兆瓦时50欧元。[3]

高温热泵作为关键技术

弗劳恩霍夫国际工程师协会（Fraunhofer ISE）的一项研究模拟了从“技术中立”到“持久性”的四种未来情景，得出结论，高温热泵将成为处理高达200°C工艺热量的关键技术。这些系统有潜力到2045年提供44%至64%的低温工艺热量。

其中一些趋势已经显现，主要由地缘政治紧张、供应链问题、监管转变以及日益加剧的政治保护主义推动。2024年，工业用电价格比上一年下降约30%，而工业天然气价格仅下降了20%。尽管2022年能源危机的残余影响仍然明显，但趋势已明确：天然气将继续上涨，电价不太可能以同样的速度上涨。[5]

那工业领域呢？它必须立即采取行动，积极应对这些发展。

具备危机韧性、自给自足、高效且气候友好：电气化工艺热能发电

经济、生态和监管边界条件迫使人们重新思考工艺热的产生、供应和再利用方式。这对于钢铁生产和炼油以外的制造业尤为重要，这些行业通常需要100至200°C的工艺加热或蒸汽。

受影响的行业包括：

• 化工和制药行业

• 食品和饮料行业

• 造纸和纺织工业

• 综合制造业

高温热泵已经在这些温度范围内高效运行。根据应用类型、废热温度、散热器温度以及所需的升温，它们相较于基于化石的工艺产生热量，在经济上更具优势。这些益处未来可能会更加明显。

斯堪的纳维亚国家则展示了这一趋势的发展方向：由于电力和天然气价格差异极小，瑞典、芬兰、挪威和丹麦长期以来一直依赖电力作为一种稳定、基本自给自足、具备危机韧性、高效且环保的过程热能能源。鉴于乌克兰战争，这种思维方式也在其他欧洲国家日益流行。

法规正在设定框架——并提供财政支持

德国和欧洲的监管条件正日益影响工艺热能发电的电气化。高温热泵是政策制定者战略的核心，因为它们非常适合帮助实现欧盟雄心勃勃的气候目标。

“德国和欧盟在这一转型过程中给予该行业财政支持。”

——克里斯托夫·劳，销售管理

从欧洲绿色新政到德国旨在实现巴黎气候协定目标实现能源生产和工艺产业脱碳的《气候保护法》，政策制定者在逐步取消对气候破坏性化石燃料补贴的同时，创造法律和财政激励措施：证书交易背景下二氧化碳价格上升是一个关键压力点， 尤其是对于高能耗企业来说。仍依赖化石燃料的公司面临成本上升和竞争力下降，而那些早期拥抱脱碳的公司则有望受益。

国家和欧盟层面的慷慨资助机会有助于促进转型进程。例如，德国的“联邦能源与资源效率融资”项目覆盖了高达55%的高温热泵安装成本。与此同时，欧盟的《工业脱碳加速器法案》支持从化石燃料转型，同时逐步淘汰对高碳排放能源的补贴。

对制造商来说，信息很明确：向气候友好技术转型是不可避免的——而现在正是行动的最佳时机。

可再生能源的新协同效应：工业热泵释放集成潜力

工业热泵的使用实现了化石燃料无法实现的垂直和水平整合。

潜在应用包括：

• 高效的废热回收与再利用

• 现场太阳能发电和利用以降低成本

• 整合来自其他工艺（如数据中心、沼气厂）的废热

• 配合机械蒸汽减压，适用于200°C以上的蒸汽温度

• 动态电力合同以实现电网稳定和进一步降低成本

• 将工业热泵与太阳能热能和地热电厂结合

• 结合热能和电池储能系统协同效应，优化成本并稳定电网

在这样的背景下，高温热泵为将工业4.0理念转化为标准提供了机会。智能互联技术、大数据和智能制造推动了智能工厂的发展，在需求与供应、效率与灵活性、经济成功及可持续生产中实现平衡。

结论：未来充满活力——而且现在就开始了

工业过程热能的脱碳已不再是模糊的可能性或遥远的趋势——它已经成为现实。监管要求、不断上涨的CO₂价格以及经济优势使高温热泵既具备经济吸引力，又具备环保可持续性。目标是打造一个节能、韧性强且智能的产业。

现在采取行动的公司不仅获得了丰厚的资金和长期的成本优势，还将自己定位为气候友好型和经济可持续生产的先驱。

• [1]： https://www.hs-niederrhein.de/fileadmin/dateien/Institute_und_Kompetenzzentren/SWK_E2/DENEFF-HSNR-PrzWrm-Kurzstudie-2024-07-24.pdf

• [2]： https://www.bdew.de/energie/transformationspfad-gas/

• [3]： https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Gasversorgung/aktuelle_gasversorgung/_svg/Gaspreise/Gaspreise.html

• [4]： https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/paths-to-a-climate-neutral-energy-system.html

• [5]：Statista 和 BDEW 关于行业电价和天然气价格的数据

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