脫碳：工業(yè)企業(yè)競爭力提升的機(jī)遇之路 -賦能未來工業(yè)發(fā)展 2024.12

<<2練俊曲磊王超朱陽34前言在世界各地，正有越來越多的企業(yè)將脫碳帶來的挑戰(zhàn)變?yōu)樘岣吒郊又?、提升競爭力的?qiáng)大動(dòng)力。但是，現(xiàn)有政策還不足以支持工業(yè)部門為脫碳做出的努力。針對(duì)如何通過減排降碳以提升競爭實(shí)力，本文為企業(yè)提供了清晰指引，并且展示如何通過完善政策框架，加速脫碳轉(zhuǎn)型。在后續(xù)章節(jié)中，我們將梳理實(shí)現(xiàn)脫碳的縱觀歷史，工業(yè)的誕生與化石燃料的崛起密不可分。實(shí)際上，工業(yè)部門用能占全球用能的37%，其中約65%的用能直接來自化石燃料1。然而，未來的工業(yè)將日新月異。當(dāng)前，我們迫切需要減排。這對(duì)經(jīng)濟(jì)增長和競爭力的提升構(gòu)成了挑戰(zhàn)。因此，工業(yè)依托化石能源的傳統(tǒng)增長范式正在發(fā)生改變。如能將這個(gè)挑戰(zhàn)視若干趨勢正在推動(dòng)這個(gè)轉(zhuǎn)變。未來，這些趨勢還會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。第一，能源在工業(yè)生產(chǎn)成本中占比很大。在很多地區(qū)，不但能源安全越發(fā)引人擔(dān)憂，能源價(jià)格的高位震蕩也在侵蝕企業(yè)競爭力，削弱長期以來被認(rèn)為穩(wěn)健的商業(yè)模式的韌性。分析顯示，到2050年，某些地區(qū)的能源價(jià)格會(huì)比其他地區(qū)高出50%。這個(gè)趨勢會(huì)對(duì)競爭力構(gòu)成進(jìn)一步威脅2,3。在此背景下，通過減少能源浪費(fèi)以提升企業(yè)競爭力，是順理成章、成效顯著的切入點(diǎn)。在能源密集型產(chǎn)業(yè)，以及能源價(jià)格高企第二，我們有幸正在進(jìn)入可再生能源的時(shí)代?？稍偕茉吹某杀窘陙硌杆傧陆?，它無疑將成為未來能源系統(tǒng)的主力。但是，采用可再生能源發(fā)電以來，有些企業(yè)沒有為以電力為主的能源體系轉(zhuǎn)型做好準(zhǔn)備，因各個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)脫碳技術(shù)的需求正在快速增加，催生了巨大商機(jī)。分析顯示，到2030年，凈零技術(shù)需求有望每年產(chǎn)生12萬億美元以上的銷售額5。脫碳時(shí)代的到來正在向企業(yè)發(fā)出明確信號(hào)：要想吸引投資、順應(yīng)日益提高的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管水平，就要促使企業(yè)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)您將在后續(xù)章節(jié)中看到，我們沒有故作玄虛的工業(yè)脫碳之法，憑借當(dāng)下已經(jīng)具備的、既成熟又經(jīng)濟(jì)的解決這些技術(shù)可能不像碳捕集、能源島那樣吸引眼球，但當(dāng)前，市面上已經(jīng)有多種成本效益高、減排效果好的技術(shù)可供企業(yè)采用，以幫助企業(yè)快速減少化石能源消“脫碳是工業(yè)部門提高附加值、提升競爭力的強(qiáng)大動(dòng)力?！毙袠I(yè)和生產(chǎn)流程必須緊密耦合，以實(shí)現(xiàn)余熱等每年都被大量浪費(fèi)的工業(yè)副產(chǎn)品的充分利用。最后，盡可能又是提高能效的有力手段，畢竟在很多場景中，電力雖然社會(huì)對(duì)減排的商業(yè)價(jià)值已經(jīng)有了更深入的認(rèn)識(shí)，決方案是現(xiàn)成可用的，投資回收期可控。那么，我可首先，要努力彌補(bǔ)知識(shí)缺陷，摒棄短視的政治操弄。即使是在最具前瞻性的企業(yè)，采用新技術(shù)都將面臨組成效顯著的能效技術(shù)只需幾個(gè)小時(shí)就可以安裝完畢。拒不采用綠色技術(shù)的決策往往并非出于善意，而是著眼于組織的短期效益，犧牲長期效益。因此，盡管工在不犧牲當(dāng)前和未來競爭力的條件下，加快推廣能效在政治層面上，有關(guān)部門的注意力大多集中于雄心勃勃、長期實(shí)施的重大氣候項(xiàng)目。即使推出短平快的行動(dòng)計(jì)劃，行動(dòng)也往往因?yàn)檎谓裹c(diǎn)的轉(zhuǎn)移，陷入“停停走走”的狀態(tài)，讓企業(yè)難以確定哪些政策能夠久久為功，哪些則會(huì)就此終止。雖然成熟方案已經(jīng)具備，但是激勵(lì)企業(yè)推廣落地的戰(zhàn)略性政策框架受到忽視。就政策而言，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)將推動(dòng)企業(yè)投資于綠色轉(zhuǎn)型。我們不但需要減少過度監(jiān)管，也需要有效監(jiān)管，從而賦予企業(yè)參與全球市場所需的可及性和靈活性。結(jié)合經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，此舉可以構(gòu)建相對(duì)公平的競爭環(huán)境，提高企業(yè)的競爭力。此外，政策制定者還需要花大力氣提升政策的確定性、堅(jiān)韌性和安全性，確保外交關(guān)系和在與氣候變化的斗爭中，工業(yè)部門可以發(fā)揮其獨(dú)特作用，因?yàn)殛P(guān)鍵礦物、電動(dòng)汽車、可持續(xù)建材等眾多關(guān)鍵工業(yè)產(chǎn)品恰恰是綠色轉(zhuǎn)型的核心支柱。通過擁抱創(chuàng)新方案和現(xiàn)有技術(shù)，工業(yè)部門就能把最嚴(yán)峻的時(shí)代挑6依托實(shí)證和可靠信源，《影響力系列白皮書》第六冊(cè)繪制了可行且經(jīng)濟(jì)的工業(yè)脫碳路線圖，強(qiáng)調(diào)了成效顯著的節(jié)能減排技術(shù)。盡管普遍可及、回報(bào)在本文中，“工業(yè)”一詞泛指以生產(chǎn)、制造商品為主要功能的部門，既包括能源需求相對(duì)較低的輕工業(yè)（如紡織、消費(fèi)品和電子），也包括全球能特別鳴謝奧爾堡大學(xué)可持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃系RasmusMagniJohannsen博士為本文僅代表丹佛斯公司的觀點(diǎn)。其完整性和準(zhǔn)確性不應(yīng)歸責(zé)于任何外部審7近年來，投資者越來越重視業(yè)務(wù)的可持續(xù)性。能效技術(shù)價(jià)格不斷走低的同時(shí)，效率變得越來越高。因此，我們看到了越來分析顯示，市場對(duì)綠色產(chǎn)品的需求日益增長，預(yù)計(jì)到2030年，市場需求總量將超過12萬億美元。另外，從應(yīng)對(duì)能源成本變化的角度來說，通過高效且具有成本效益的能效手段，制造業(yè)單位能源的總增加值可在2040年前接近實(shí)現(xiàn)翻番。同樣，v··減少化石能源消耗是必要的，而且也很簡單2022年，工業(yè)部門的能耗約占全球總能耗的三分之一，預(yù)計(jì)2030年前每年將按1.4%的幅度增長。但如要實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放的目標(biāo)，每年工業(yè)部門的能耗增長必須不高于0.5%。為實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)，工業(yè)企業(yè)需要充分利用簡單且行之有效的能效技術(shù)。以歐盟為例，工業(yè)部門為該區(qū)域的所有電機(jī)上加裝變頻器，這一做法每年便可節(jié)省95億到107億歐元的電費(fèi)，減少1250萬到1410萬噸的二氧化碳排放，相當(dāng)于200萬歐洲公民的年碳排放總量。當(dāng)下，風(fēng)能和太陽能已經(jīng)是我們常見的發(fā)電形式。為了打造、適應(yīng)并融入以可再生能源為基礎(chǔ)的未來能源系統(tǒng)，工業(yè)企業(yè)必須率先實(shí)現(xiàn)其設(shè)備的電氣化。據(jù)估，通過現(xiàn)有的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)下78%的工業(yè)用能，而正在開發(fā)的能效技術(shù)可以將這一比例提升到99%。然而，在目前全球工業(yè)用能總量中，工業(yè)僅占到了23%。大規(guī)模的工業(yè)電氣化將減少近80%的溫室氣體排放，并幫相關(guān)行業(yè)有效降低幾乎所有與能源相關(guān)的排放。高效且有較高經(jīng)濟(jì)性的電氣化解決方案有效降低了能耗和能源成本，釋放到2030年，全球高達(dá)53%的能源將作為多余熱量被浪費(fèi)，余熱將成為世界上最大的未開發(fā)能源形式。但通過戰(zhàn)略性地打通行業(yè)、實(shí)現(xiàn)耦合，這些余熱就可以在工廠被用來供熱和提供生活用水，或通過工業(yè)微電網(wǎng)服務(wù)其他消費(fèi)者，甚至售賣給區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，為周邊提供低排放的供熱和生活用水服務(wù)。余熱再利用實(shí)際上就是二次利用我們已經(jīng)付8工業(yè)部門占全球終端用能的30%。工業(yè)生產(chǎn)支撐著實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型所需的眾多技術(shù)，一直以來發(fā)揮著重要作用。但是，工業(yè)也是脫碳難度最大的部門之一。2021年，工業(yè)部門排放了127億噸二氧化碳，占全球燃料燃燒排放總量的38%14。工業(yè)用能占全球終端用能的30%15。其中，直接利用化石能源的比然而，從1990年到2020年，全球能源強(qiáng)度降低了署預(yù)計(jì)，隨著電氣化的推廣和能效標(biāo)準(zhǔn)的提高，這一高能效，我們就能在保持經(jīng)濟(jì)增長態(tài)勢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)一般劃分為輕工業(yè)和重工業(yè)。在工業(yè)排放中，只有8%來自紡織、食品、飲料、機(jī)械制造等輕工業(yè)18。絕大多數(shù)則來自重工業(yè)，僅鋼鐵、水泥、化工就占到整個(gè)工業(yè)部門都面臨減排降碳的迫切挑戰(zhàn)。盡管工業(yè)脫碳三原則――提高能效、電氣化、行業(yè)耦合――普遍適用于工業(yè)部門，但是技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)路徑各不相同。從技術(shù)角度看，輕工業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳的難度最小。脫碳所需技術(shù)多數(shù)已經(jīng)具備。目前的挑戰(zhàn)在于在點(diǎn)多面脫碳的行業(yè)。雖然能效提升和電氣化實(shí)施有一定減排關(guān)于工業(yè)高效脫碳的關(guān)鍵要素，專家們達(dá)成了普遍共專家，他們都認(rèn)可大致相同的減排路徑：降低能耗、盡力實(shí)現(xiàn)電氣化、利用氫能等替代化石燃料、針對(duì)難以減排的行業(yè)使用CCS等技術(shù)。后續(xù)章節(jié)將做闡述，采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，就已經(jīng)可以完成大部分工業(yè)脫碳工作。下文將概述全面推廣部署這些技術(shù)的總體經(jīng)為了以具備經(jīng)濟(jì)性的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們可以通過投資能效技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大幅的節(jié)能減排。實(shí)際上，即使按照保守的投資回報(bào)預(yù)測，能效技術(shù)投資也常能節(jié)約成本。如果各個(gè)產(chǎn)業(yè)能夠推廣能效技術(shù)、普及電氣化、科學(xué)利用氫能，到2050年，這些轉(zhuǎn)型能夠降低37%的工業(yè)用能，節(jié)約64%的生物質(zhì)能，并在節(jié)能的僅僅增加20億歐元投資，到2050年，就能讓歐盟和英國的工業(yè)部門節(jié)約20%的年度燃料總成本和投資，相比于忽視能效提升和電氣化的情景，每年降本430億歐元。鑒于歐洲能源價(jià)格高于世界其他地區(qū)，此舉更中美等其他工業(yè)大國，情況也很類似。在中國，工業(yè)排放占到排放總量的27%26。如果到2050年，終端用能的電氣化率達(dá)64%，通過能效措施降低能耗40%，并采在美國，工業(yè)部門占到一次能源用量的33%、排放總量的30%。美國能源部將能效提升、電氣化、采用氫為了釋放這些潛力，工業(yè)部門必須系統(tǒng)性地部署現(xiàn)有能效技術(shù)，并全面推廣電氣化。在后續(xù)章節(jié)中，我們將介紹有哪些具體的方案和技術(shù)，今天就可以為企業(yè)所用，加快綠色轉(zhuǎn)型、提升自身韌性，并從根本上增必須認(rèn)識(shí)到，減少使用化石能源是工業(yè)脫碳的第一支柱。這不僅是工業(yè)脫碳的需要，同時(shí)也是因?yàn)榭刂聘咂蟮挠蛢r(jià)也是各國政治議程中的重要內(nèi)容29。既能保持經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出又能提高能效的解決方案已經(jīng)具備。減少使用化石燃料，企業(yè)不僅可以降本，還能加快可再生能源轉(zhuǎn)型。目前，全球能源需求遠(yuǎn)超可再生能源供給。然而，如能減少需求，就能擴(kuò)大可再生能源占比，提高其經(jīng)濟(jì)性和豐富性。因此，降低能耗是工業(yè)脫碳的關(guān)鍵第一步。邁出這一步，電氣化、行業(yè)耦合、可再工業(yè)能效措施多種多樣，既有簡易的低科技，又有先進(jìn)的高科技。這些都有助于既顯著降低能耗、節(jié)約成本，又能避免影響生產(chǎn)效率?？傮w而言，所有工業(yè)企業(yè)都能受益于系統(tǒng)化的能效提升，但這需要各家企業(yè)整體性地審視所有高耗能作業(yè)和流程。從全球?qū)用鎭砜?，要降低工業(yè)能耗，有三大重點(diǎn)領(lǐng)域：電機(jī)、水務(wù)和空壓。在工業(yè)部門，電機(jī)占工業(yè)用電量的三分之二以上30。與此類似，工業(yè)用水占全球淡水消耗量的以低廉的成本即可實(shí)施的能效措施，以及變速電機(jī)和高效的能源管理等簡便易行的解決方案。在本章末尾，我們將介紹在以可再生能源為主的未來能源系統(tǒng)中，哪些領(lǐng)域可以采用數(shù)字化技術(shù)，讓能效水平再創(chuàng)摘取“低垂的果實(shí)”有些最有效的節(jié)能方案來自供熱、制冷、機(jī)械化生產(chǎn)等領(lǐng)域的前沿創(chuàng)新成果，但也有些并非如此。事實(shí)上，采用常識(shí)思維，改造傳統(tǒng)作業(yè)或經(jīng)營方式，也能大幅提升能效。我們將這些解決方案稱為“低垂的果低能耗，同時(shí)留出空間，面向節(jié)能生產(chǎn)、謀劃長期投資。關(guān)于摘取“低垂的果實(shí)”和大幅降低化石燃料消在很多工業(yè)企業(yè)，通行的做法是讓大型設(shè)備在閑時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)。其理由是，當(dāng)設(shè)備重新開動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)效率可以更高。但是，丹佛斯集團(tuán)斯洛文尼亞公司近期的試點(diǎn)調(diào)查顯示，80%的設(shè)備閑時(shí)可以關(guān)機(jī)，且絲毫斯洛文尼亞Trata工廠的設(shè)備――從空氣處理和壓縮系統(tǒng)，到暖通空調(diào)系統(tǒng)――閑時(shí)單班耗電約2320千瓦時(shí)。實(shí)施“閑時(shí)關(guān)機(jī)”之后，降至1600千瓦時(shí)，節(jié)能30%。在丹佛斯集團(tuán)波蘭公司的Grodzisk和Tuchom這兩個(gè)試點(diǎn)，分別發(fā)掘每日的節(jié)能潛力為4607千瓦時(shí)和三處試點(diǎn)取得成功之后，丹佛斯集團(tuán)計(jì)劃將此舉措推廣到全部101座工廠，2024年先行覆蓋45座工廠。丹后，預(yù)計(jì)每年節(jié)電8000萬千瓦時(shí)，占丹佛斯集團(tuán)用能總量的8%-10%，約合300-500萬歐元。在丹佛斯有史以來開展的所有項(xiàng)目中，這都是節(jié)能減排成效最突出的一個(gè)，讓我們朝著2030年實(shí)現(xiàn)工廠碳中和的目標(biāo)邁80%30%丹佛斯丹麥總部通過實(shí)施“減量化、復(fù)用化、資源丹佛斯在25萬平方米的總部杜絕了“永遠(yuǎn)開機(jī)”的狀態(tài)，自2007年以來大幅節(jié)能。通過能源供需匹配，實(shí)現(xiàn)能源的高效智能使用。采用監(jiān)控技術(shù)，根據(jù)用能需求變化，管理制冷、供熱和照明。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化成效尤其顯著，降低79%的制造過程和樓宇的供熱需求節(jié)通過采取初步節(jié)能措施，將廠區(qū)熱網(wǎng)溫度從145℃大幅降至67℃。降低溫度不但有利于減少輸送損耗，還可以將供應(yīng)廠區(qū)商超、數(shù)據(jù)中心和制造流程中產(chǎn)生的大量余熱得以回收復(fù)用。例如，廠區(qū)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器產(chǎn)生的熱量經(jīng)過回收，用于建筑冬季的采暖，讓數(shù)據(jù)中降低能耗、充分高效復(fù)用余熱后，丹佛斯總部利用可再生能源重新轉(zhuǎn)化為資源以滿足剩余需求。資源轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)需要綜合采用多項(xiàng)配套措施：在制造流程和數(shù)據(jù)中心部署熱能回收、區(qū)域綠色供熱、本地化制備生物氣、利用電鍋爐進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)平衡。其余電力需求主要通過太陽能板以及與碳中和能源供應(yīng)商簽署購電協(xié)議如能恰當(dāng)依次推進(jìn)，脫碳“三步法”可以為工業(yè)脫碳在規(guī)劃具有成本效益、競爭力強(qiáng)的工業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳路徑時(shí)，如果過于聚焦少數(shù)技術(shù)和方案，會(huì)導(dǎo)致企業(yè)忽視關(guān)鍵的節(jié)能方案。因此，企業(yè)亟須采取整體性的能源管理方式，整體統(tǒng)籌工業(yè)供應(yīng)鏈。除了電力和天然氣，水和空氣壓縮共同構(gòu)成了制造業(yè)中最重要的配套從供熱制冷到驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)器人，氣液壓縮都是關(guān)鍵生產(chǎn)流程，對(duì)系統(tǒng)整體能效影響很大。應(yīng)用高效的加壓方案，有助于生產(chǎn)流程整體脫碳的實(shí)現(xiàn)。泵和壓縮機(jī)作用重大，制造企業(yè)開發(fā)新設(shè)備時(shí)，往往會(huì)優(yōu)空壓機(jī)約占工業(yè)用能的10%，由此成為工業(yè)部門能源強(qiáng)度最高的設(shè)備之一35,36。而且，在空壓系統(tǒng)的總持有成本中，購置和維護(hù)成本比例僅為25%，能源成本卻除了空氣，水也是工業(yè)的關(guān)鍵配套。從沖洗、冷卻，到蒸汽生成、垃圾處理，幾乎所有工業(yè)產(chǎn)品都在某個(gè)制造環(huán)節(jié)中需要用水。工業(yè)不但對(duì)水的純度有很高要求，而且工業(yè)用水量占全球淡水用量的20%（當(dāng)然，這個(gè)比例因地區(qū)而異）37。國家工業(yè)化程度越高，工業(yè)用水占比就更大，有時(shí)高達(dá)80%。工業(yè)用水的排放消耗常被忽視，我們可以提高系統(tǒng)整體能效、降低能在氣動(dòng)、HVAC等系統(tǒng)中，空氣壓縮是很多產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵工藝。壓縮空氣廣泛地運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，乃至被稱為水電氣之外的第四大生產(chǎn)要素。正因壓縮空氣在工業(yè)中無處不在，提升空壓機(jī)效率成為用能需求的關(guān)鍵空壓機(jī)提效的一項(xiàng)簡單措施是為空壓機(jī)配裝變頻器，根據(jù)具體需求優(yōu)化性能。效率提升可能來自多種系統(tǒng)的變更，例如選用無油壓縮機(jī)，降低系統(tǒng)整體的油液降解，提高機(jī)器的總體性能和耐久性。同樣，應(yīng)用磁懸浮的壓縮機(jī)可以確保其內(nèi)轉(zhuǎn)子幾乎沒有磨損，即使經(jīng)過長期使用，性能下降也有限。此外，智能監(jiān)控等數(shù)字化解決方案可以發(fā)現(xiàn)漏液征兆，確保在發(fā)生重大故障之前更換關(guān)鍵部件。在整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)中計(jì)劃推廣這些增效措施，可以實(shí)現(xiàn)減排降本，使其針對(duì)特定行生產(chǎn)一升汽水需要幾百升水，生產(chǎn)一條牛仔褲需要幾千升水，生產(chǎn)一輛汽車需要幾十萬升水。淡水資源量不足以既保障工業(yè)用水，又供應(yīng)飲用水。因此，必須在全球范圍內(nèi)大量制備淡水。克服水資源短缺、降低高耗能制水工藝的成本，這對(duì)確保淡水制備效率而言為了滿足不斷增長的淡水需求，海水淡化產(chǎn)量越來越大。得益于對(duì)海水的高效淡化，反滲透技術(shù)已廣泛應(yīng)用，占全球淡化產(chǎn)能的69%38、歐洲淡化產(chǎn)能海水淡化是能源密集型產(chǎn)業(yè)。采用恰當(dāng)?shù)牡苽浼夹g(shù)，可以降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。高壓泵是反滲透過程的關(guān)鍵組件。由于用電量大，高壓泵成為海水淡化廠能耗最大的組件之一。選用合適的高壓泵，可以大幅提升能效。取決于反滲透淡化廠的產(chǎn)能，傳統(tǒng)反滲透技術(shù)的能效可達(dá)75%-82%。但是，搭配能源回收裝置的先進(jìn)技術(shù)可以達(dá)到92%的能效水平40。通過搭配能源回收裝置、加改裝高壓泵，讓蘊(yùn)含在淡化高淡水消耗量大的行業(yè)，可以通過高效供水，降低其用水量和碳足跡。除了節(jié)能減排，通過合適的水泵也能降低運(yùn)行成本。有些泵的加改裝投資回報(bào)期不到兩裝配變頻器的壓力傳感器可以優(yōu)化精準(zhǔn)控制水壓，提空氣壓縮約占工業(yè)用能的10%工業(yè)用水量占全球淡水用量的20%在一些工業(yè)化程度高的國家則高達(dá)80%在工業(yè)部門，電機(jī)驅(qū)動(dòng)著風(fēng)扇、泵、壓縮機(jī)、傳送帶等關(guān)鍵設(shè)備，可以說，生產(chǎn)現(xiàn)場中林林總總的各類應(yīng)用離開了電機(jī)，我們的世界就無法運(yùn)行。然而，現(xiàn)代電機(jī)無處不在，卻有一個(gè)重大問題――既消耗并浪費(fèi)大量電力。電機(jī)每年用電10,700TWh42，超過全球用電經(jīng)具備的變頻器技術(shù)，可以大幅降低電機(jī)用電量和運(yùn)無論電機(jī)是何用途，電機(jī)功率的定速運(yùn)行已不能達(dá)到現(xiàn)代電機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)，造成耗電量超過其用途所需。相比無視實(shí)際工況需求，始終讓電機(jī)定速運(yùn)行，變頻器技術(shù)（VSD）可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行，從而將電機(jī)降速，匹配實(shí)際需求（為簡化解釋，請(qǐng)見第17頁）。這樣既可以大大降低能源消耗，還不會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。鑒于電機(jī)負(fù)荷高低不定，且電機(jī)功率經(jīng)常過在全球范圍內(nèi)，變頻器的節(jié)能減排降本潛力都非?？捎^。例如，歐盟現(xiàn)有電機(jī)達(dá)到80億臺(tái)，消耗了近50%電機(jī)的年用電量就達(dá)到650-729TWh，保守估計(jì)，其中約有三分之一的電機(jī)可以借助變頻器實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。值得一提的是，這還沒有包括已經(jīng)配裝變頻器的電機(jī)。這種潛力每年可達(dá)47-53TWh，相當(dāng)于歐盟發(fā)電量最多的德國年發(fā)電量的9%。即使保守估計(jì)，也可以節(jié)約95-107億歐元電力成本，同時(shí)減排1250-1410千萬噸――這相當(dāng)于200萬歐洲居民的年度碳排放（請(qǐng)見附如將變頻器技術(shù)用于歐盟的工業(yè)部門，節(jié)電量可達(dá)歐能發(fā)電量的24%51。由此節(jié)約下來的可再生能源可以用于減少化石能源發(fā)電產(chǎn)生的能耗，而不是驅(qū)動(dòng)低效電機(jī)運(yùn)行。在全球電機(jī)用電總量中，歐盟約占10%52。保守估計(jì)，同比口徑下，變頻器技術(shù)全球節(jié)能潛力可以超過500TWh，達(dá)到全球工業(yè)用電量5%53。上述估算僅限于工業(yè)部門。鑒于電機(jī)幾乎用在所有行業(yè)，節(jié)能減縱觀電機(jī)的整個(gè)生命周期，成本多數(shù)來自能耗。實(shí)際上，在總持有成本中，95%是電機(jī)運(yùn)行的能源成本，只有5%是購置成本。因此，既然企業(yè)能夠大幅度節(jié)能降本，為什么變頻器尚未全面普及呢？答案有兩個(gè)：第一，企業(yè)對(duì)電機(jī)的購置和運(yùn)行成本缺乏了解；第二，企業(yè)中，采購電機(jī)和承擔(dān)電機(jī)運(yùn)行成本的部門往往不是同一個(gè)。前者希望節(jié)約購機(jī)成本，后者想在能源利用上省錢。因此，由于內(nèi)部利益沖突，公司往往默認(rèn)情況下，電機(jī)要么全速運(yùn)行，要么關(guān)閉不動(dòng)，就像老式電燈泡，不是亮是滅。通常情況下，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速是有必要的，即傳送帶或者風(fēng)扇的減速運(yùn)行。降速的常見降法是給系統(tǒng)施加制動(dòng)。但這就意味著，系統(tǒng)能耗水平和全速運(yùn)行時(shí)并無二致，就像人在床上讀書時(shí)不去調(diào)暗燈光而是戴上墨鏡――不降能耗，只降輸出。采用變頻器，就不必通過制動(dòng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，而是調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)際情況需要轉(zhuǎn)多快就轉(zhuǎn)多變頻器可以為所有工業(yè)部門節(jié)能降碳，應(yīng)用場景之多無以計(jì)數(shù)。雖然所有部門都可能受益于變頻器，但有些應(yīng)用的節(jié)能潛力尤其顯著。例如，在全球化工行業(yè)中，優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)能效被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)的最大抓手。僅是通過提升電機(jī)系統(tǒng)能效，化工行業(yè)就能減統(tǒng)能效的舉措之中，變頻器的效果首屈一指（請(qǐng)見第液壓系統(tǒng)在工業(yè)用電中占有很大比例，如2017年液壓系統(tǒng)在德國工業(yè)用電需求中占11%56，在世界其他地區(qū)，情況也大體類似。液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于重工業(yè)，如注塑工藝。為液壓系統(tǒng)配裝變頻器，可以大幅提升縱觀美國各個(gè)工業(yè)部門，變頻器可以節(jié)電44TWh，降本37億美元，減排3100萬噸58。不過，這些節(jié)能減排效果的三分之二來自六個(gè)部門（參見圖1在其所有能效措施中，變頻器的效果數(shù)一數(shù)二。在初級(jí)金屬、食品、塑料和橡膠領(lǐng)域，超越性能要求的先進(jìn)電機(jī)技術(shù)的潛力更大，但其前期成本不菲。在化工、煉油和造紙領(lǐng)域，變頻器的脫碳潛力無出其右。在美國，僅化工行業(yè)就可以實(shí)現(xiàn)變頻器節(jié)能減排潛力的近四分之一59。 塑料和橡膠 初級(jí)金屬初級(jí)金屬 其氣候目標(biāo)的重要支柱。到2030年，取決于《進(jìn)度，歐盟工業(yè)部門有望通過變頻器節(jié)能21-52TWh。1.8%-4.4%的節(jié)能目標(biāo)（請(qǐng)見附錄）。由于回報(bào)期最短最有效的途徑之一。美國工業(yè)電動(dòng)機(jī)耗能巨大，用電量達(dá)到547TWh，占到美國總用電量的13%、工業(yè)用電量的69%。在美國工業(yè)部門，功率超過0.75千瓦（即1馬力）的電動(dòng)機(jī)效低下61，不少電動(dòng)機(jī)十分老舊、需要維修62，大馬拉小車，或者全生命周期運(yùn)行負(fù)荷大小不定63的情況司空見慣。這意味著，如能定向優(yōu)化電動(dòng)機(jī)能效，就可大幅節(jié)電，從而實(shí)現(xiàn)減排降本。優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)不能一刀切，而要對(duì)癥下藥、多措并舉。在美國工業(yè)部門，三種解決方案成效尤其顯著：1）用能效更高的新電機(jī)替換老舊電機(jī)；2）優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)；3）給可變負(fù)荷電機(jī)配裝變頻器。變頻器通常以節(jié)能15%-40%64，對(duì)于可變負(fù)荷電機(jī)，節(jié)能幅度甚至可達(dá)60%65。在美國工業(yè)部門，變頻器展現(xiàn)了巨大脫碳潛力。雖然有45%的電機(jī)負(fù)荷可變，但其中只有16%配裝了變頻器進(jìn)行優(yōu)化66。如能為其他可變負(fù)荷電機(jī)配裝變頻器，可以節(jié)電44TWh，降本37億美元，減排3,100萬噸二氧化碳67。這相當(dāng)于美國工業(yè)用電機(jī)能耗、電費(fèi)和排放量的8%。相比之下，優(yōu)化配電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三分之一的節(jié)約。更換達(dá)不到時(shí)下性能要求的電機(jī)可以節(jié)省一半的變頻器。采用超過時(shí)下性能要求的電機(jī)，尤其是配裝變頻器，節(jié)能降本減排的效益還將進(jìn)一步提高，但初始投案之間做取舍。如能綜合采用，效益還能更大69。當(dāng)然，優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)需要一定投入，但這種投資往往非實(shí)際上，按照目前的變頻器成本，74%的節(jié)能減排潛力可以在節(jié)約成本和滿足行業(yè)投資要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。這相當(dāng)于降本28億美元，節(jié)電33TWh，減排2,300萬噸二氧化碳70。按照現(xiàn)行價(jià)格，只有16%的電機(jī)更換具備良好經(jīng)濟(jì)性71。推廣變頻器的經(jīng)濟(jì)效益顯而易見，技術(shù)也經(jīng)過驗(yàn)證，堪稱工業(yè)脫碳最有力的抓手之一。無論是輕工業(yè)還是重工業(yè)，數(shù)字化都是全面提高工業(yè)能效水平的全局性趨勢。從提高需求側(cè)靈活性，到暖通空調(diào)和照明系統(tǒng)的自動(dòng)化，數(shù)字技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有減排潛力。在能源、材料和交通這三個(gè)碳排放最高的產(chǎn)業(yè)中，數(shù)字技術(shù)可以在全球范圍內(nèi)減排20%72。分析顯示，實(shí)現(xiàn)上述減排的一個(gè)主要措施是利用人工智能、數(shù)字孿生等數(shù)字技術(shù)提升能效。下面介紹一下利用數(shù)字技術(shù)提升能效的幾個(gè)領(lǐng)域：數(shù)字化是提高電機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用的關(guān)鍵。關(guān)于電機(jī)和變頻器，如前文所述（請(qǐng)見第16頁電機(jī)在工業(yè)部門無處不在。變頻器不但本身有很好的節(jié)能減排降本效益，還可以助推工業(yè)數(shù)字化，提供洞見，將能效水平用于優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的傳感器和數(shù)據(jù)分析可以大幅節(jié)電，同時(shí)帶來降低維護(hù)和生產(chǎn)成本等諸多收益。例如，到2030年，歐洲每年可以節(jié)電50-100TWh，這相當(dāng)于歐盟電機(jī)用電總量的5%-10%73。雖然有些人擔(dān)心電機(jī)系統(tǒng)數(shù)字化也會(huì)增加與數(shù)字化工具相關(guān)的能源消耗和運(yùn)營成本，但EMSA（國際能源署下屬的電機(jī)效率研究機(jī)構(gòu)――電機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)）的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在五個(gè)實(shí)際案例中，電機(jī)系統(tǒng)數(shù)字化的能源支出從未超能源遠(yuǎn)超數(shù)字化過程所增加的能耗”74。需求側(cè)靈活性措施需求側(cè)靈活性指的是在可再生能源充足時(shí)使用可再生能源，并在尖峰時(shí)段降低需求。其目的在于平衡能耗，避免高負(fù)荷和低供給同時(shí)發(fā)生。在大比例利用可再生能源的能源系統(tǒng)中，這是對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定和能源價(jià)格的重大擔(dān)憂。削峰填谷等需求側(cè)靈活性措施是主要對(duì)策。這兩種方法都是要減少峰荷需求，要么通過將用能需求移出峰荷時(shí)段，要么通過降低某項(xiàng)配套工藝能耗避免峰荷產(chǎn)生。在峰荷時(shí)段，可以關(guān)機(jī)或者調(diào)低設(shè)備運(yùn)行速度，選擇其他時(shí)段運(yùn)行。盡管此舉在某些情況下可能增加能耗，但是問題不大――錯(cuò)峰用電有時(shí)更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保――因?yàn)榉歉叻鍟r(shí)段電價(jià)更低。這既能為電網(wǎng)減負(fù)，又能為用戶省錢。很多當(dāng)下常見的變頻器內(nèi)置微處理器，可以作為傳感器收集并處理電機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。憑借現(xiàn)有技術(shù)，可將模擬電機(jī)接入云端，監(jiān)測各個(gè)部件以及整體系統(tǒng)能效。簡而言之，通過收集振動(dòng)、壓力、溫度信息，利用人工智能在云端處理信息，變頻器可以實(shí)現(xiàn)廠區(qū)系統(tǒng)整體數(shù)字化，讓企業(yè)洞悉如何優(yōu)化運(yùn)營。國際能源署的關(guān)聯(lián)組織EMSA（電機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)）發(fā)布了案例集，介紹了采用變頻器等數(shù)字技術(shù)提升工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)能效的各種案例75。例如，大型醫(yī)療儀器制造商瑞士哈美頓博納圖斯股份公司（HamiltonBonaduzAG）在空壓系統(tǒng)中全面部署變頻器和傳感器，獲取關(guān)于系統(tǒng)優(yōu)化方式的洞見，在產(chǎn)氣量不變的情況下，實(shí)除了數(shù)字化變頻器的能力，EMSA案例集還重點(diǎn)介紹了軟件和數(shù)控等有助于進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字化工具。例如，瑞典的宜家公司結(jié)合先進(jìn)的控制與在線性能監(jiān)測，優(yōu)化壓縮機(jī)和冷卻器的負(fù)載轉(zhuǎn)移，節(jié)省了20%的電力。在奧地利，寶馬公司建立了綜合性數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，監(jiān)測電力和壓縮空氣消耗情況，其中包括將產(chǎn)線用電狀態(tài)可視化。此外，在2016-2019年間，公司為各條產(chǎn)線設(shè)定了非生產(chǎn)時(shí)段基荷目標(biāo)，相比初始基荷水平，節(jié)約電量52%、壓縮空氣量14%。在EMSA列舉的案例中，數(shù)字化解決方案應(yīng)用于泵系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空壓機(jī)、冷卻器和生產(chǎn)線中的電機(jī)，均能實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)約。這些案例有力地論證了數(shù)字化解通過數(shù)字技術(shù)控制機(jī)器設(shè)備的使用方式和時(shí)間，負(fù)載轉(zhuǎn)移和削峰填谷都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這主要是通過實(shí)施被稱為模型預(yù)測控制的數(shù)字化工具做到的。以建筑為例，利用人工智能驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，結(jié)合建筑、天氣和用戶數(shù)據(jù)，預(yù)測供熱和通風(fēng)需求，能夠?yàn)榻ㄖ?jié)約20%的能源成本。采用這些控件的建筑可以在高峰時(shí)段之前預(yù)熱，或者在陽光照射建筑立面之前減少供熱，從而節(jié)約能源。在芬蘭等地對(duì)十萬戶公寓的觀察同時(shí)，通過將用能轉(zhuǎn)移到最經(jīng)濟(jì)的時(shí)段，在不犧牲居民舒適度的前提下，可以降低高達(dá)20%的建筑能源成本77。雖然這些技術(shù)目前主要面向民用，但也在工業(yè)部門迅速推廣應(yīng)用。根據(jù)丹佛斯試點(diǎn)項(xiàng)目的初步估算，相關(guān)技術(shù)有望為工廠供熱節(jié)能5%。隨著技術(shù)越來越適應(yīng)工能源管理系統(tǒng)當(dāng)前，工業(yè)部門快速變化。工廠布局和工業(yè)生產(chǎn)涉及高度復(fù)雜的人員、設(shè)備和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。隨著設(shè)備和系統(tǒng)日益復(fù)雜，管控難度也在增大。如果系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不良，工廠能耗就可能超乎所需，導(dǎo)致維修頻發(fā)，生產(chǎn)效率降低設(shè)備計(jì)劃外停機(jī)，造成高昂損失。因此，掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、洞悉能源使用的時(shí)間地點(diǎn)和方式，對(duì)企業(yè)及時(shí)作出明智決策、找到效率提升潛力最大的環(huán)節(jié)，具傳統(tǒng)的工業(yè)能源管理系統(tǒng)（EMS）是笨重的平臺(tái)，需要工程技術(shù)人員大量參與安裝、升級(jí)和分析的工作，造成反饋時(shí)間長、運(yùn)行成本高的問題。而且，雖然系統(tǒng)中安裝的部件單個(gè)效率高，但是運(yùn)行它們的系統(tǒng)未必按照有利于整體效率的思路設(shè)計(jì)，影響了系統(tǒng)中各個(gè)部件的協(xié)作配合。采用某些數(shù)字化解決方案，開發(fā)者在開發(fā)階段不需要松動(dòng)任何一顆螺栓，就可以創(chuàng)建最高效的系統(tǒng)，用數(shù)字化的方式，讓工藝流程的效率、性能和投資回報(bào)都得到最大化。隨著人工智能和智能電表在工業(yè)環(huán)境中不斷推廣，EMS變得更加實(shí)用、靈活并滿足用戶友好設(shè)施的需求。在很多方面，EMS的作用類似于數(shù)字孿生技術(shù)，也是企業(yè)能夠選擇和管理系統(tǒng)中的最佳組件組合，從而以最高效率實(shí)現(xiàn)未來，人工智能驅(qū)動(dòng)的EMS平臺(tái)將能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)能源使用，并向用戶提出節(jié)能潛力建議。此外，用戶將可以在數(shù)字儀表板上輕松查看全流程用能狀態(tài)，及早發(fā)如今，許多較新的機(jī)器設(shè)備已經(jīng)配裝了智能電表，老舊機(jī)器設(shè)備可能需要用EMS平臺(tái)的精簡功能進(jìn)行改裝。此外，廠內(nèi)現(xiàn)有機(jī)器設(shè)備中安裝了很多傳感器。利用內(nèi)置傳感器、處理能力和存儲(chǔ)容量的優(yōu)勢，使企業(yè)能夠更好地了解電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)平臺(tái)的行為。例如，許多現(xiàn)代變頻器可以在信息鏈中發(fā)揮關(guān)鍵作用，隨著數(shù)字化滲透更多工業(yè)場景，智能能源技術(shù)將更加企業(yè)可以通過識(shí)別能源浪費(fèi)來顯著降低能耗。通過全面審視能源密集型產(chǎn)業(yè)的操作和流程，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。有些操作和流程需要供熱、制冷、設(shè)備效率等方面的尖端創(chuàng)新，有些則不需要。事實(shí)上，僅靠摘取“低垂的果實(shí)”，例如，僅憑設(shè)備閑時(shí)過給現(xiàn)有電機(jī)配裝變頻器，可以大幅節(jié)電降本，通常很快就能收回投資。在全歐洲工業(yè)部門全面推廣變頻器技術(shù)，可以降本95-107億歐元，減排1,250-1,410萬噸二氧化碳――這相當(dāng)于200萬歐洲居民的年度碳足跡（詳見第16頁）。在能源、材料和交通這三個(gè)高排放行業(yè)，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，可以降低全球排放20%80。從提高需求側(cè)靈活性，到暖通空調(diào)和照明系統(tǒng)自動(dòng)化等方方面面，數(shù)字化有助于工業(yè)生產(chǎn)全方位減排。上述減排效益主要得益于運(yùn)用人工智能和數(shù)字孿生等數(shù)字技30%對(duì)所有工業(yè)過程盡可能電氣化，是效果最大的能效措施之一。在很多情況下，要輸出和化石能源同樣的能量，電力所需的能量輸入要少得多，因?yàn)槿紵茉串a(chǎn)生的大量能量是廢熱。根據(jù)牛津大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，能源系統(tǒng)全面轉(zhuǎn)向電氣化，可以降低40%的終工業(yè)電氣化不只可行，而且勢在必行。今天，在很多易于電氣化的工業(yè)部門，化石燃料仍然是主體能源。要遵循國際能源署的凈零路徑，實(shí)現(xiàn)碳中和、提升競爭力、確保能源安全，工業(yè)用電量到2030年必須增加38%，達(dá)到4,000TWh，重工業(yè)用電量則要增加40%82。所幸，憑借現(xiàn)有技術(shù)，可將78%的工業(yè)用能電氣化；加上在研技術(shù)，工業(yè)電氣化率可達(dá)99%。推廣電氣化，可以讓相關(guān)產(chǎn)業(yè)總體減排近80%，削減幾乎所有COP28承諾，到2030年可再生能源裝機(jī)將提升三倍，如果不能投資電氣化，企業(yè)將陷入高成本的、過時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施，無法與為基于可再生能源的未來能源系統(tǒng)在工業(yè)部門內(nèi)，一些能耗最高的流程與制熱相關(guān)。制熱能耗約占工業(yè)用能總量的三分之二，以及全球用能總量的幾乎五分之一84。目前，制熱大多依靠燃燒化石燃料實(shí)現(xiàn)。因此，工業(yè)制熱電氣化既能大量減少過度的能源需求，又能減少企業(yè)碳足跡，并降低能源成本。對(duì)于保持未來經(jīng)濟(jì)競爭力、應(yīng)對(duì)市場監(jiān)管和能源由于工業(yè)內(nèi)部對(duì)熱量的巨大能源需求，本部分探討了一些最有效的電氣化加熱方法――既包括更易電氣化的低溫?zé)?，也包括難以電氣化的高溫過程。對(duì)于化工、煉鋼等其他難以脫碳的工業(yè)流程，也為引入低排世界各地的工業(yè)部門都依賴熱能進(jìn)行工藝制熱和非工藝制熱，如空間和水的加熱。燃燒化石燃料產(chǎn)生的熱能會(huì)投入多種用途，從處理化學(xué)品到熔化材料，溫度范圍從常溫到數(shù)千度。毫無疑問，燃燒浪費(fèi)了大量能量。制熱過程的電氣化，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)制熱既脫碳又情況也是如此。工藝制熱的電氣化率僅為3%，78%的歐盟2021年凈碳排放的22%88。這僅僅是在歐美，不妨想象一下全球的碳排放規(guī)模。到2028年，工業(yè)制熱需求預(yù)計(jì)增長16%89。因此，如果不能改進(jìn)工業(yè)制熱，就對(duì)于很多工業(yè)過程，可以用熱泵、電弧爐、電爐和高爐等電力制熱替代燃燒制熱。但是，以電供熱不一定能達(dá)到所有工業(yè)過程需要的溫度，或者至少效率不久將可以達(dá)到200℃。雖然幾乎所有溫度都能以電供熱，但電氣化的高溫制熱情況則比較復(fù)雜。例如，用電弧爐可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)近2,000℃的加工金屬的溫度90，但是很多200℃以上的解決方案短期內(nèi)還跟不上91,92，綠氫等間接電氣化方案的可行性更強(qiáng)（關(guān)于氫能用于熱泵的能效潛力巨大，搭配可再生電力，可以成為工業(yè)脫碳的關(guān)鍵抓手。利用工業(yè)熱泵，取決于不同輸出量93。另一方面，在美國工業(yè)部門，以化石能源制熱浪費(fèi)了大約三分之一的能源輸入94。有了這樣的能效收益，工業(yè)部門可以再實(shí)現(xiàn)脫碳的同時(shí)，降低能源開其中54%的制熱量來自化石能源95。如果改用熱泵制熱，可以減排1.46億噸96，相當(dāng)于德國2021年凈排放值的22%97。如果歐盟能夠利用可再生能源實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)脫碳，減排效益還會(huì)更大。輔之以大力度能效措施，則到2030年，工業(yè)熱泵將能滿足近40%的工業(yè)過程制熱低溫過程共計(jì)消耗600億立方米天然氣，可以用工業(yè)熱泵替代（關(guān)于工業(yè)余熱利用，詳見第34頁）9和英國，工業(yè)熱泵有能力為造紙、食品、化工、煉油等行業(yè)大幅節(jié)能。這些行業(yè)合計(jì)占到歐盟和英國工業(yè)終端用能總量的一半。200℃以下過程的年度供熱需求為312TWh，與制熱浪費(fèi)的熱能相當(dāng)。工業(yè)熱泵可以大具體減排幅度取決于歐盟和英國電力組合脫碳的成效在美國，工業(yè)制熱電氣化是工業(yè)脫碳的重大機(jī)遇。今與世界很多地區(qū)一樣，美國推廣熱泵最大的障礙是天然氣低廉的價(jià)格。只看電價(jià)和氣價(jià)，工業(yè)熱泵的成本只在部分州里具備競爭力102。但是，熱泵不僅能夠提37%63%近幾十年來，中國經(jīng)濟(jì)高速增長。就像世界上所有國家一樣，隨著中國工業(yè)體量擴(kuò)大，對(duì)環(huán)境的影響也在加深。在全球能源相關(guān)碳排放之中，中國制造業(yè)約占化的斗爭中處于中心地位。工業(yè)化也帶來了空氣污染的問題。2019年，制造業(yè)帶來的空氣污染導(dǎo)致185萬中國制造業(yè)的能源組合中，70%直接來自化石能源，只有24%來自電能，其中以電供熱的比例近乎為零。此外，在制造業(yè)終端用能中，73%用于制熱，并以化石能源為主107。但是，以電供熱能夠大幅提高能效、減少余熱產(chǎn)生。再加上用可再生能源發(fā)電，就能在提以電供熱有多種技術(shù)選擇。熱泵的供熱溫度可達(dá)150℃以上，電阻加熱和電弧爐等其他技術(shù)可以達(dá)到更高的溫度?，F(xiàn)有的電供熱技術(shù)最高可以達(dá)到1,700℃,滿足以電供熱的競爭力取決于溫度和工藝過程。溫度低于100℃的，相對(duì)于鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）等化石能源供熱方式，綜合考慮投資、維護(hù)、能耗、人工和預(yù)計(jì)2030年推出的碳價(jià)等成本因素，工業(yè)熱泵擁有很強(qiáng)的165℃的制熱成本要比80℃-100℃的高出大約50%，但僅比天然氣鍋爐和天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的成本分別高出術(shù)的不斷進(jìn)步，高溫?zé)岜糜型诰G色轉(zhuǎn)型中成為有競熱不但具備成本競爭力，還能大幅度減排。以中國工業(yè)中用能第二多的化工行業(yè)為例，超過一半的供熱溫度需求處于80℃-150℃之間，熱泵成為化工行業(yè)脫碳采用熱電池，可以用具有競爭力的成本，實(shí)現(xiàn)高達(dá)1,700℃的以電供熱。但是，這項(xiàng)技術(shù)并不適用于所有生產(chǎn)類型。例如，鋼鐵冶煉可以用電弧爐實(shí)現(xiàn)直接電氣化，或者以氫為燃料間接電氣化112。其成本競爭力中國提出了雄心勃勃的目標(biāo)，到2050年讓電網(wǎng)不再排放溫室氣體，以及顆粒物、氮氧化物等常規(guī)空氣污染物。通過在中國工業(yè)部門以電供熱，既能提高當(dāng)?shù)厝?> >110%*25%0%-33%75% > >25%(COP=4)圖4：加強(qiáng)工業(yè)熱泵創(chuàng)新、推動(dòng)工業(yè)供熱脫碳：采根據(jù)deBoer等人（2020）的數(shù)據(jù)，*在使用化石能源的系統(tǒng)中，需要投入110%的化石燃料，才能制熱100%，一想到電氣化，就會(huì)想到把目前直接采用化石燃料驅(qū)動(dòng)的設(shè)備（例如燃?xì)廨啓C(jī)）改造為可以用電（最理想的是可再生能源電力）驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。這被稱為直接電但是也有些終端用戶（至少短期內(nèi)）不能采用直接電氣化或混合動(dòng)力。航空、長途航運(yùn)、鋼鐵水泥就是這樣的行業(yè)。如果對(duì)這些行業(yè)直接電氣化，所需的電池相對(duì)于使用場所（例如飛機(jī)）會(huì)過于龐大，或者發(fā)熱現(xiàn)電氣化，仍是溫室氣體排放的大戶。因此，電氣化對(duì)于降低排放、實(shí)現(xiàn)凈零目標(biāo)能夠做出巨大貢獻(xiàn)。為間接電氣化主要采用電解制氫的方式。以電制氫，可以間接儲(chǔ)存電能，或者充當(dāng)難以電氣化過程的燃料。如能采用可再生能源電解制氫（通常稱作“綠氫”可以使得用氫過程和行業(yè)脫碳。下面的案例展示了如何用綠氫制氨，在這種最常見的工業(yè)原料生產(chǎn)過程中，成為間接電氣化和脫碳化的核心要素，就是要全面了解綠氫的潛力，詳見《影響力系列白皮書第五冊(cè)-從生產(chǎn)化肥到制冷劑，再到塑料與合成纖維，氨廣泛用于各個(gè)工業(yè)部門，成為眾多行業(yè)用途多樣的關(guān)鍵資源。但是，制氨目前嚴(yán)重依賴化石能源，占到全球碳未來幾十年，氨的需求預(yù)計(jì)將會(huì)急劇增加。根據(jù)國際會(huì)增長40%116。氨的需求猛增，意味著制氨排放也會(huì)增加，到2030年預(yù)計(jì)增幅3%117。因此，制氨脫碳將成為今天的制氨方式是哈伯法制氨――把天然氣分解為氫和二氧化碳，再在高溫高壓的環(huán)境下，讓氫與大氣中的氮結(jié)合118。這個(gè)過程會(huì)將二氧化碳排入大氣，從而對(duì)所有工業(yè)過程盡可能電氣化，是效果最大的能效措施之一。轉(zhuǎn)型為全電能源系統(tǒng)，可使終端用能減排高達(dá)40%124。憑借現(xiàn)有技術(shù)，可將78%的工業(yè)用能電氣化。運(yùn)用在研技術(shù)，有可能將工業(yè)電氣化率進(jìn)一步提高到99%。在這些行業(yè)全面推廣電氣在歐美等工業(yè)化地區(qū)，工業(yè)過程以電供熱比例還不到5%（請(qǐng)見第28頁）。但是，到2030年，工業(yè)熱泵可以滿足近40%的工業(yè)某些工業(yè)過程還需要高溫供熱，不能完全電氣化。通過用脫碳電力制備綠氫，可使今天還難以直接電氣化的高溫過程間接40%78%40%工業(yè)消費(fèi)大量能源，同時(shí)產(chǎn)生大量廢水、廢碳、廢熱等資源，其中多數(shù)被白白浪費(fèi)。如果規(guī)劃得當(dāng)，可以變廢為寶，經(jīng)過捕集后在工業(yè)內(nèi)部或者跨行業(yè)進(jìn)行重復(fù)利用，替代或補(bǔ)充一次或者新生資源。深化行業(yè)耦一座工廠、一個(gè)園區(qū)都能實(shí)現(xiàn)，甚至利用地區(qū)能源網(wǎng)絡(luò)，可以達(dá)到更大規(guī)模。通過智能網(wǎng)絡(luò)對(duì)接能源供需各方，城市規(guī)劃可以釋放行業(yè)耦合潛能，在基礎(chǔ)設(shè)施如果工廠等余熱生產(chǎn)者鄰近可以大量購買使用余熱的單位，則可以產(chǎn)生巨大的協(xié)同效益。用熱單位可以是另一座工廠，或者是溫室等需要大量中低溫供熱的生產(chǎn)設(shè)施。也可以將工業(yè)余熱生產(chǎn)者接入城鎮(zhèn)地區(qū)熱網(wǎng)，為本地居民、企業(yè)提供熱能和生活用水。在城市規(guī)劃中統(tǒng)籌能源供需、實(shí)現(xiàn)協(xié)同增效的做法稱為產(chǎn)業(yè)集群規(guī)劃，有助于能源系統(tǒng)脫碳。此外，實(shí)踐證明，通過行業(yè)耦合，可以重復(fù)利用大部分形式的工業(yè)余熱。雖然未必所有余熱都能重復(fù)利用，但是在改造能源系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)工業(yè)脫碳的各種舉措之中，余熱利用的潛力無出其右。您將會(huì)看到，余熱是世界上最大的待在能源系統(tǒng)中，供熱是用能大戶之一。在歐洲，供熱占到年度終端用能50%以上，而且多數(shù)仍然依靠化石能源，其中天然氣占比接近一半130。同時(shí)，所有歐洲城市都有眾多余熱資源。在歐盟，每年可以獲得約為2,860TWh的余熱，其中很大一部分可以重復(fù)利用131。這幾乎相當(dāng)于歐盟和英國住宅和服務(wù)業(yè)建筑供熱和生有些國家的余熱潛力甚至接近供熱總需求133。例如，荷蘭的余熱總量為每年156TWh134，但全空間供熱需求僅為每年152TWh135。在世界其他地方，情況也是類似。中國北方的工業(yè)部門僅在采暖季就能本地其他過程。取決于余熱來源，溫度會(huì)有不同。例將相同行業(yè)或者供應(yīng)鏈上下游的企業(yè)或者產(chǎn)業(yè)相鄰布局，通常會(huì)使其受益。供應(yīng)商、客戶、伙伴等比鄰而以生活用水的形式通過管道輸送到終端用戶。今天，能源供熱，特別是在中國和俄羅斯137。國際能源署指出，到2030年，區(qū)域供熱的排放強(qiáng)度要比2022年降低各種余熱的溫度不同。要讓200℃以下的低溫余熱適用AdamJedrzejczak供熱比例占到45%，直接碳排放達(dá)到10億噸。另有53%大力改變電源結(jié)構(gòu)，從化石能源發(fā)電，邁向更大比例大城市供熱。區(qū)域供熱是人口密集區(qū)最高效的供熱方很多行業(yè)的用熱溫度低于150℃,現(xiàn)有的用熱泵和余熱到2030年，全球能源投入的53%會(huì)作為余熱被浪費(fèi)掉146。如能加以回收利用，企業(yè)和氣候都能受益良多。如果余熱理論潛力余熱回收再利用，可以提高系統(tǒng)整體能效。工業(yè)企業(yè)可以就地利用余熱，大幅降低能源成本。如果產(chǎn)熱企業(yè)鄰近其他工廠或53%全球能源投入會(huì)作為余熱被浪費(fèi)掉10%-19%如果余熱理論潛力都得到利用，可以降低全球排放余熱每年可在歐盟獲得為了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，亟需工業(yè)脫碳。本文展現(xiàn)了當(dāng)前為實(shí)現(xiàn)工業(yè)脫碳、獲取減排降本效益，可以采取的措施?提升競爭力、促進(jìn)增長、減排脫碳、能源安全，這些目標(biāo)非但互不相斥，反而密切相連、相得國際能源署行業(yè)追蹤（IndustryTracker）仍將工業(yè)部門標(biāo)為未在通向凈零情景的正軌之上148。但是，向前躍進(jìn)的機(jī)遇近在眼前。對(duì)于電氣化和脫碳化，現(xiàn)行政策的支持力度有限。通過簡化繁文縟節(jié)、理順政策框架，工業(yè)脫稅收優(yōu)惠可以有力地激勵(lì)產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，通常比補(bǔ)貼制度更便于執(zhí)行，需要的行政資源也更少。例如，美國的《通脹削減法》（IRA）包含多項(xiàng)稅則，降低消費(fèi)者和產(chǎn)業(yè)為綠色轉(zhuǎn)型所承擔(dān)的成本。通過稅收優(yōu)惠這個(gè)簡單的杠桿，就可以增加氣候友好型技術(shù)的吸引力，而不需要犧牲利潤。就如IRA，利用稅收優(yōu)惠，可以提高競爭力，在各種脫碳技術(shù)中，很多只需要較小的前期投資，但也有一些技術(shù)的資本密集度較高。投資成本高昂，加上本地電價(jià)波動(dòng)，導(dǎo)致某些解決方案雖然回報(bào)期很短，但無法落地。稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼制度相結(jié)合，可以讓更多企業(yè)將部分收入用于彌補(bǔ)消費(fèi)者和小企業(yè)的電費(fèi)。歐盟的排放交易制度（ETS）經(jīng)過長期實(shí)踐驗(yàn)證，是成熟的減排制度。讓企業(yè)能夠從可持續(xù)經(jīng)營模式中獲利、從減排技術(shù)中得到回報(bào)，對(duì)于激勵(lì)可持續(xù)發(fā)展而言勢在必行。這能公平的競爭環(huán)境有利于更多主體投身于綠色轉(zhuǎn)型。打造公平的競爭性市場需要實(shí)現(xiàn)機(jī)會(huì)公平、監(jiān)管公平，對(duì)市場主體的標(biāo)準(zhǔn)把握一視同仁。在出臺(tái)《能源效率指令》之后，歐盟規(guī)范了企業(yè)開展能源審計(jì)和碳管理的方式。根據(jù)能源使用情況和企業(yè)規(guī)模，企業(yè)必須開展能源審計(jì)，或?qū)嵤┠茉垂芾硐到y(tǒng)（EMS）。但是，只有EMS才將節(jié)能措施作為義務(wù)來執(zhí)行。要求各級(jí)實(shí)體開展能源審計(jì)、實(shí)施EMS，將會(huì)推動(dòng)企業(yè)開展短平快舉措，摘取“低垂的果實(shí)”，大量實(shí)現(xiàn)潛在收益。接下來，要對(duì)系統(tǒng)整體著眼，充分優(yōu)化能效。這需要通過共同的框架，對(duì)能源審計(jì)進(jìn)行規(guī)范和監(jiān)管，并將能效優(yōu)化重點(diǎn)放在“系統(tǒng)”而非“局部”之上。例如，ISO50001是關(guān)于能源管理的國際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了制定能源管理系統(tǒng)的框架，用于管理能源績效和氣候影響。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)可以提供亟須的整體化能效提升思路。政治雄心是產(chǎn)業(yè)追隨的方向，是加快進(jìn)度的方略，是各類主體綠色轉(zhuǎn)型投資意愿的保證。政治決心和方向游移不定，會(huì)給業(yè)界帶來過多風(fēng)險(xiǎn)。市場監(jiān)管朝令夕改，會(huì)降低政策穩(wěn)定性，讓企業(yè)無法開展長期規(guī)劃。因此，需要妥善設(shè)定高遠(yuǎn)目標(biāo)，克服政策“停停走走”的傾向。政策制定者要聚焦于確定性、堅(jiān)韌性和安全性，確保外設(shè)定工廠系統(tǒng)能效目標(biāo)，提出相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)能源績效透明，如同《最低能效標(biāo)準(zhǔn)》（MinimumEnergyPerformanceStandards），可以為工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提出階段性目標(biāo)。還需要針對(duì)工業(yè)電氣化制定一體化政策框架，從而充分釋放工業(yè)過程電氣化的潛力。此類目標(biāo)能夠?yàn)闃I(yè)界設(shè)定清晰可見的目標(biāo)，讓政策制定者在設(shè)定更高更歐盟委員會(huì)委托編制的報(bào)告估算，截止2020年，歐盟工業(yè)部門電機(jī)的裝機(jī)量達(dá)到3.8億臺(tái)，其中4,800萬臺(tái)(13%)配裝變頻器。這3.8億臺(tái)電機(jī)年負(fù)荷1,117TWh。常，可變負(fù)荷電機(jī)憑借變頻器可以節(jié)能15%-40%150?？v觀歐盟，在工業(yè)部門之外，約有50%-60%的電機(jī)負(fù)荷（速度/扭矩）可變，但是其中30%-35%并未配裝變頻足0.75千瓦，超過375千瓦的電機(jī)僅占萬分之二153。研