实现工业供热电气化并节省成本——中低温领域的潜力|中低温|供热电气化|新型电力系统|热泵|燃料|能源

本研究探讨了工业低/中温工艺热能直接电气化与采用化石燃料和氢气作为替代方案相比，在经济性、气候适应性、效率及供能可靠性等方面的差异。通过情景分析，本研究考察了不同技术路径的成本、二氧化碳排放量和一次能源需求，以及未来25年内能源和二氧化碳价格的预测情况。这些情景特别针对德国食品饮料、造纸和化工行业的低/中温工艺热能生产领域。

先前的研究已对直接电气化方案的当前及预期技术潜力进行了探讨，并提供了关于技术、经济以及企业相关障碍的定性描述（弗劳恩霍夫 ISI，2024）。另有研究则对竞争力进行了建模分析。不同应用中的低排放技术（德国联邦环境署，2023；弗莱特等人，2024）。本研究延续了这一研究思路，针对特定技术类别，在不断变化的市场条件下，对用于特定低温和中温工艺热需求的技术进行了比较分析。

在本次分析中，所研究各工业部门的直接电气化和间接电气化均能实现气候中和。然而，二者在累计成本、减排效果和节能潜力等方面存在差异。

当前的政治框架条件总体上为利用热泵将最高达100℃的温度用于工艺流程电气化提供了激励措施。前提是保持有利于电力的税收环境，并逐步提高二氧化碳价格。将实现这一目标。然而，为支持中低温工艺的电气化，短期内必须加快降低电力与天然气价格的比值。除了进一步稳定税费和附加费的减免政策外，改革电网收费结构、更大力度地支持灵活用电，也将显著促进全范围低中温领域电气化工艺供热技术的应用。若短期内缺乏相应激励措施，可能导致企业重新投资于化石燃料供热设施。这些设施在整个生命周期内的运行，可能会固化技术路径，进而带来更高的成本、更高的排放以及更长时间地依赖进口化石燃料。

为支持能源转型，必须消除诸如电网接入容量有限等障碍，并使电力与天然气价格比达到具有竞争力的水平。所有这些措施都能产生巨大而直接的效果。由于相关技术解决方案已具备，企业可立即投资于以电力为基础的系统，降低成本，减少对化石燃料进口的依赖。

尽管一切迹象都表明，中长期电气化具有经济可行性，但上述所提及的种种障碍仍需配套的政策框架予以支持。唯有如此，工业电气化才能在未来几年内加速推进。当前，化石燃料供热领域新一波投资浪潮已初现端倪，这凸显了采取行动的紧迫性。由于这些技术的使用寿命较长，企业错失了现代化升级的良机，从长远来看将削弱其竞争力。编译陈讲运

在德国，用于降低工业排放的大多数政策工具都是经济手段。这些手段要么提高传统化石技术的成本，要么降低电力和氢气等清洁技术的成本。这些政策工具采取的技术中立或技术特定两种路径。

本研究聚焦德国工业部门通过直接电气化实现中低温工艺热能转型的经济性与气候效益。研究覆盖食品饮料、造纸和化工三大行业，分析温度范围达1500°C的工艺热需求，提出通过热泵、电极锅炉等技术替代化石燃料的转型路径。核心发现显示：1）直接电气化可实现2030年34-57%、2040年65-93%的碳减排，且成本较传统方案降低16-25%；2）工业热泵在1.5-2.5的电/气价比下最具经济性，可替代60%以上中低温热需求；3）电气化将使2040年工业天然气需求下降67%，显著提升能源安全。研究强调政策需通过降低电网接入成本、优化电价结构、加速可再生能源部署等措施，推动企业投资转型，避免化石燃料锁定效应。技术路径显示，热泵主导的电气化方案在全生命周期内成本最低，而氢能方案因基础设施依赖和高成本，仅在2030年后具备竞争力。