當空氣源熱泵遇見鋰電池，打開工業應用新空間

　　2022年的冷暖產業，如果要選一個最熱門的產品，非“空氣源熱泵”莫屬。在“雙碳”戰略背景下，空氣源熱泵作為一種高效、清潔、低碳的供熱方式，目前已經被廣泛應用于熱水供應、供暖制冷和工農業烘干等領域。而在今年歐洲能源危機的刺激下，空氣源熱泵更是站上了時代的“風口”。

　　產業在線統計數據顯示，在2021年，中國空氣源熱泵銷售額為203.3億元，同比增長達到29%，成長性居于冷暖產業各大產品首位，而在即將結束的2022年，空氣源熱泵的這一高成長性排名還將延續。

　　無獨有偶，受益于全球新能源汽車產業的迅猛發展，在“碳中和”背景下能源結構調整，風光電一體化發展趨勢下，動力電池、儲能電池等需求爆發，以及4680等新電池技術的推動，鋰電池同樣成為了時代的“寵兒”。

　　盡管上述兩個產品看似分屬不同的產業，實則背后有著千絲萬縷的聯系。那么，當空氣源熱泵“遇見”新能源的核心產品——鋰電池，又會給“雙碳”目標的實現與兩大熱門產業的發展帶來哪些新的驚喜？

　　1、新能源的“減碳”困擾

　　近兩年來，新能源產業迎來前所未有的變革。這其中以新能源汽車的發展最為突出。作為交通領域的主要“減碳”方向，隨著行業從燃油車向純電動汽車轉型，使用階段的碳排放已經大幅降低，但高能耗、高排放的汽車材料生產流程給整個行業的成功“脫碳”提出了新的挑戰。

　　在大眾觀念中，新能源汽車是環保、節能的代表，但許多人沒有意識到的是，新能源汽車的核心部件——鋰電池，其生產制造本身則是典型的耗能大戶，在制造、使用、回收等過程中還會產生較多的碳排放。經測算，現階段1kWh三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池生產所需能耗分別為82.91kWh和85.78kWh，按碳排放量計算，可以分別達到5.06萬噸/GWh和5.23萬噸/GWh。

　　對此，中汽中心于2021年7月正式推出的《乘用車生命周期碳排放核算技術規范》，規定了動力電池在內的生命周期碳排放核算方法。此外，歐洲車企同樣也已經針對電池全生命周期二氧化碳排放（LCA）當量提出要求。

　　截至2022年9月底，中國新能源汽車保有量已邁過1100萬輛大關，其中，純電動汽車保有量超900萬輛。隨著新能源汽車市場的爆發式增長，中國鋰電池的市場容量也在大幅提高。2021年，中國鋰電池市場規模為334GWh，同比增長110.9%。其中，動力電池裝車量達到154.5GWh，主要動力電池企業的新增產能超過了1000GWh。

　　在政策和市場的雙輪驅動下，行業實現了快速發展，與此同時，鋰電池行業面臨的“減碳”困擾也顯而易見。因此，如何通過制造工藝改進、數字化智能化等手段降低鋰電池生產能耗，實現原材料的低碳化和全生命周期的低碳發展，已經迫在眉睫，這既是鋰電企業實現自身降本增效和綠色生產的核心痛點，也影響著新能源產業能否全面發揮節能環保價值。

　　2、超高溫熱泵的“用武之地”

　　研究表明，動力電池包制造過程中，有多個環節是能耗重點，主要包括正負極材料生產、電極涂布后的烘干以及鋰電池生產中干燥間干燥機組運行等。其中，約38%的能耗用于過程干燥，43%的能耗用于維持干燥間的溫濕度。

　　在鋰電池原材料保存和電池制備過程中，環境濕度都需要嚴格控制，才能生產高性能的鋰離子電池。鋰電制造工藝所需的干燥間的超低露點（-30℃以下）是利用吸附技術對空氣中的水分進行吸附除濕實現的，而轉輪吸附除濕的方式已經逐步成為主流。

　　在這一過程中，通過低露點轉輪除濕機進行除濕，使用高效除濕轉輪，對處理風進行吸濕的同時，又需要大量的高溫熱對轉輪進行脫濕再生，以實現轉輪的循環除濕。低露點除濕機需要雙轉輪配合除濕，為達到超低露點的要求，需要兩次高溫烘干轉輪。一級轉輪需要120℃高溫再生烘干，二級轉輪需要130℃高溫再生烘干，設備再生排風溫度65℃左右，直接對外排空。

　　目前，常用再生加熱源采用電加熱或蒸汽加熱，常規的熱回收使用板式熱交換，回收效率低，而且回收的熱能只能用于再生風預熱，不可以直接用在一級轉輪再生中，這也使得在系統運行時會消耗大量的能源用于再生，成為企業生產制造成本的痛點。

　　而空氣源熱泵的出現完美彌補了這個缺陷，高溫熱泵將低溫的再生排風熱量高效回收，通過系統轉化為高溫熱能（120℃+），可直接用于轉輪再生加熱系統，熱泵的使用大大提高熱能利用率，從而達到節能減排的效果。

　　值得一提的是，常規熱泵的冷凝溫度最高為70-80℃，但轉輪除濕系統中再生溫度為110-140℃，所以常規熱泵無法滿足再生要求。艾默生針對這一應用難點，其解決方案與應用團隊和瀚潤特環保設備公司團隊通力合作，克服重重技術難點，創新地推出超高溫渦旋壓縮機和整體解決方案，使得熱泵技術在轉輪除濕系統中有了“用武之地”。

　　艾默生超高溫熱泵技術和整體解決方案，能針對具體行業定制化設計，由專家團隊提供支持，全面覆蓋80-130°C高溫應用。可實現全自動系統控制，實時監控系統運行狀況，同時提供數據存儲及遠程監控。效率比傳統電加熱提升30%以上，節省運行費用，降低系統配電規格，減少電網投入，并且能延長使用壽命，提高生產效率，降低全生命周期成本。

　　在實際應用中，通過將艾默生超高溫渦旋壓縮機和整體解決方案與轉輪除濕系統完美結合，成功應用于鋰電正極材料生產基地。經過長期的項目運行和數據監測，采用艾默生超高溫渦旋壓縮機后，對比采用純電加熱方案，一級轉輪能耗降低38%，整套轉輪設備能耗節省22%，整體碳排放量減少38%左右，節能減排效果顯著。

　　據悉，該項目于2021年7月份安裝調試，投入使用一年來，始終運行良好，得到了用戶的高度評價，并借此在2022“節能杯”第七屆熱泵系統應用設計大賽上“嶄露頭角”，成功入圍熱泵工農業最佳應用獎。

　　3、工農業應用或成熱泵“第三增長曲線”

　　近幾年，隨著在生活熱水和建筑供暖領域的市場積累和產品技術革新，空氣源熱泵在工農業（烘干）領域的應用正在不斷擴大。據產業在線統計，2021年中國空氣源熱泵烘干主機實現銷售16.1億元，同比增長42.8%，2022年預計將繼續保持40%以上增速。

　　從政策層面來看，“十四五”時期，是我國應對氣候變化、實現“碳達峰”目標的關鍵期和窗口期，也是工業實現綠色低碳轉型的關鍵五年。在2021年11月發布的《“十四五”工業綠色發展規劃》中提到：提升工業終端用能電氣化水平，發展屋頂光伏、分散式風電、多元儲能、高效熱泵等。

　　據了解，我國50%~70%的工業能耗都以熱能形式消耗，并且45%為中低溫熱量，大多在80℃~170℃之間。用熱泵提供這部分熱量將顯著減少化石能源消耗和碳排放。由于許多工業過程是在高溫下進行，因此高溫熱泵是解決工業能源脫碳的有效方案之一。

　　海外方面，歐盟超過25%的溫室氣體排放來源于工業，實現歐洲氣候目標的關鍵是要進行脫碳。為了應對工業供暖脫碳，歐盟資助的SPIRIT項目于2022年9月1日啟動，旨在到2030年讓高溫熱泵成為歐洲工業供暖主要技術。

　　從產業發展周期的角度來看：“十二五”期間，空氣源熱泵通過熱水應用的市場積累，實現了第一增長曲線；“十三五”期間，在國內“煤改清潔能源”政策刺激下，空氣源熱泵在民用和商用建筑采暖市場的需求得到充分釋放，實現了第二增長曲線；“十四五期間”，在中國乃至海外熱水和采暖市場需求持續釋放的同時，工農業領域應用（熱泵烘干等）開始展現出強勁的增長態勢，或將成為空氣源熱泵的“第三增長曲線”。

　　總之，在鋰電池生產過程中使用熱泵技術無疑是一次大膽的嘗試，憑借產品端的技術創新，上下游的共同協作，最終取得了成功。這一舉措不僅為空氣源熱泵在工業領域的應用打開了新的增長空間，同樣也為企業在當下新舊能源產業結構轉型中的良性發展提供了方向。