2023年03月02日，特斯拉公司的创始人伊隆·马斯克在首次投资者日活动上宣布了特斯拉的“宏图计划”的第三阶段，该计划旨在引导地球走向全面可持续发展的道路，其中的第三步是大范围在家庭、企业、工业中推广热泵。
通过采用热泵为房屋供暖等方式，可以减少约22%的化石燃料使用。
2024年01月09日，麻省理工科技评论发布了2024年度的“十大突破性技术”榜单，热泵技术被评为第9项突破性技术。
与此同时，在麻省理工科技评论发布榜单的同一天，小米科技的创始人、董事长兼CEO雷军在微博上发文表示，我们已经进入了热泵时代。
而据之前相关报道，马斯克和雷军两位大佬热捧的热泵技术，均已应用在各自的车型中了。
其中特斯拉的Model Y SUV和其他车型的更新版本中已经安装了热泵技术，而小米SU7也采用了“小米高效双模热泵”技术，配备三热源逐级加热技术。
两位大佬如此热捧热泵技术，那热泵究竟是什么？又如何助力碳中和？为此，这一期我们为大家准备了37份热泵精选干货供大家参考学习。
01 什么是热泵？顾名思义，热泵就是一种能够从低温介质“泵”送热量到高温介质的机械设备，其最早起源可以追溯到19世纪初。
就如同水泵能够将水从低处送到高处一样，热泵可将热量从温度较低的环境“泵”送到温度较高的环境中。
热泵的发明源于人们对能源利用效率的追求。
自然界中热量通常是从高温物体流向低温物体，不能自发地沿相反方向流动。
但在当今能源效率备受重视的时代，人们开始重视大自然中的热量回收。
热泵利用电能和热力学逆循环技术，驱动少量电能的机组，通过循环工作介质从自然界中吸收低品位的热能，如空气、土壤、水源等，然后通过压缩升温，将这些热量传递给需要加热的对象，从而实现热量从低温物体流向高温物体的转移。
可以说，热泵就像是热量的“搬运工”，将环境中的热量转化为可供生产和生活使用的热能。
目前市场上常见的热泵主要分为三类：空气源热泵、水源热泵和地源热泵。
其中，空气源热泵因其普适性较强，是最常见的类型之一，尤其在家用空调系统中得到广泛应用。
以空气源热泵为例，其传热工质（也称为“制冷剂”或“冷媒”）是一种特殊物质，其常压下的沸点为零下40℃，凝固点为零下100℃以下。
由于该物质的蒸发极限温度在零下25°C左右，即使在0°C的环境温度下，仍能交换一部分热能。
与传统空调不同，空气源热泵利用空气能和电能，通过制冷剂将低品位的热源提升为高品位的热能，并通过加热系统循环水的方式加热室内空气。
因此，空气源热泵不仅可以供暖，还可以制冷，兼具供冷和供热功能。
总之，热泵就是一种能够将环境中的低位热能收集起来，并以柔和的方式传输到需要的地方的装置。
它的出现为能源利用效率提升提供了有效途径，同时也提高了用户的舒适体验。
热泵通常的工作原理如下：蒸发器（Evaporator）：在这一部分，热泵中的工质（通常是一种制冷剂）从液态变为气态，吸收低温热源的热量。
这使得工质蒸发并吸收周围环境的热量。
压缩机（Compressor）：压缩机将蒸发器中的气体工质压缩，增加其温度和压力。
通过这个过程，气体的热量也随之增加。
冷凝器（Condenser）：在冷凝器中，高温高压的气体通过散热，将热量传递给高温热源，同时冷凝成液体。
膨胀阀（Expansion Valve）：液态工质通过膨胀阀减压，从而降低温度和压力，准备进入下一个循环的蒸发器。
02 热泵如何助力碳中和？到2050年，中国的能源总需求将达到52亿吨标准煤，其中非化石能源将占到73%以上，而非化石能源所生产的电力将占总电量的90%。
为了实现这一目标，终端能源消费部门将加大对电力替代化石能源的利用力度，预计电力在终端能源消费中的比重将从当前的25%提升至约55%。
这一趋势意味着使用电力驱动生产中的低温热能的热泵将成为主流，并逐步取代传统的化石能源燃烧方式来生产低品位热量。
根据国家能源局发布的《2021年能源工作指导意见》，在实现这一转变的过程中，需要大力推广高效节能技术，支持传统行业的节能改造升级，同时推进电能替代的实施，包括以电替代煤、以电替代油的措施，并有序推进以电替代气，提升终端用能的电气化水平。
江亿院士多次强调，零碳能源的关键是直接输出电力，并以电力替代化石能源来高效生产热量已成为能源革命的必然需求。
热泵作为一种能够高效将电能转化为热能的技术装置，将在我国推动终端电气化进程中发挥巨大的作用。
同时，热泵技术的应用还能一定程度上实现柔性用电，有助于平稳调节电力负荷。
从技术路线的角度来看，热泵是实现零碳目标的最佳路径之一，特别是在中低温用热领域。
通过使用热泵代替传统的化石燃料，可以将直接碳排放降至零，并有效降低间接碳排放。
从碳减排和碳吸收两个角度出发，通过分析供给侧和需求侧的减排措施，可以看出热泵装置在地热供热、工业余热回收利用、建筑暖通空调及热水系统节能等领域的应用潜力。
例如，中深层地源热泵可利用地热进行供热，高温热泵可用于工业余热回收，而各类热泵供暖装置和热泵热水器也已在建筑领域得到广泛应用。
从能源革命的角度来看，热泵符合能源转换链条的变革趋势，也符合终端用能电气化的发展需求。
在能量利用方面，热能是我国终端能耗的主要形式，而采用热泵来提供中低温热能则是一种最为优化的方式。
因此，为了顺利实现碳中和目标，大力推广热泵技术将是必不可少的措施。