建設(shè)零碳園區(qū)是我國錨定碳中和目標(biāo)的重大戰(zhàn)略舉措?！蛾P(guān)于開展零碳園區(qū)建設(shè)的通知》中強(qiáng)調(diào)，“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，加快經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，支持有條件的地區(qū)率先建成一批零碳園區(qū)?！?

傳統(tǒng)工業(yè)供能系統(tǒng)的冷能和熱能相互獨(dú)立。其中工業(yè)供蒸汽和供熱主要依靠蒸汽管網(wǎng)加熱，其熱量來自于天然氣、煤炭等化石能源，碳排放系數(shù)大，蒸汽管網(wǎng)自身的散熱損失大，直接用于加熱熱水時(shí)的?損大；工業(yè)供冷主要依靠蒸汽壓縮循環(huán)的電制冷，需要消耗電力獲取工藝所需的冷量，過程中必須通過冷卻塔向環(huán)境排放低品位廢熱。

針對以上問題，中國科學(xué)院廣州能源研究所地?zé)崮芘c節(jié)能技術(shù)研究中心基于自研的大溫差冷熱雙供熱泵、超高溫直接蒸發(fā)式蒸汽熱泵、高效蓄冷蓄熱等核心技術(shù)及裝備，構(gòu)建了一種以綠色電力作為驅(qū)動能源的冷熱汽耦合供能系統(tǒng)（如下圖1所示），可以同時(shí)供應(yīng)4℃~20℃冷水、50℃~95℃熱水和100℃~170℃飽和蒸汽，滿足零碳工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)制造能源需求。

該系統(tǒng)實(shí)施路徑分3個(gè)階段。第一階段，回收工業(yè)高溫余熱，例如二次乏蒸汽、冷凝水、空壓機(jī)余熱等，采用直接換熱的方式，提高能源的利用效率；第二階段，采用高溫工業(yè)熱泵將低品位的余熱提升至高溫?zé)崴?，或采用大溫差冷熱雙供熱泵同時(shí)供應(yīng)工藝?yán)渌透邷責(zé)崴?；第三階段，采用超高溫蒸汽熱泵，利用制備的高溫?zé)岜茫?yīng)100℃~170℃蒸汽，最終形成電力驅(qū)動的冷能、熱能、蒸汽的耦合供能系統(tǒng)?？蒲袌F(tuán)隊(duì)針對啤酒加工、工業(yè)飲料等行業(yè)逐步構(gòu)建冷熱汽耦合供能系統(tǒng)的典型案例，相關(guān)項(xiàng)目成果和示范應(yīng)用已在部分企業(yè)落地。

圖1 基于熱泵+的冷熱汽電耦合供能系統(tǒng)“三步走”路線圖

研究中心具有一系列高效節(jié)能技術(shù)及裝備產(chǎn)出，先后研制出動態(tài)冰漿制備機(jī)組（2006年），建成了潛熱輸送示范工程（2008年）、國產(chǎn)化燃?xì)鉄岜脵C(jī)組（2020年），研制了國內(nèi)170℃蒸汽熱泵機(jī)組（2023年），搭建了覆蓋0℃~20℃供冷、50℃~95℃供熱、100℃~170℃供蒸汽的工業(yè)熱泵系列裝備，為構(gòu)建噸級綠色電能驅(qū)動的冷熱汽電耦合供能系統(tǒng)提供了熱泵核心裝備及系統(tǒng)解決方案，致力于支撐國家零碳園區(qū)戰(zhàn)略的實(shí)施。

圖2 中國科學(xué)院廣州能源研究所先進(jìn)熱泵產(chǎn)品圖譜