建设零碳园区是我国锚定碳中和目标的重大战略举措。《关于开展零碳园区建设的通知》中强调，“积极稳妥推进碳达峰碳中和，加快经济社会发展全面绿色转型，支持有条件的地区率先建成一批零碳园区。”

传统工业供能系统的冷能和热能相互独立。其中工业供蒸汽和供热主要依靠蒸汽管网加热，其热量来自于天然气、煤炭等化石能源，碳排放系数大，蒸汽管网自身的散热损失大，直接用于加热热水时的㶲损大；工业供冷主要依靠蒸汽压缩循环的电制冷，需要消耗电力获取工艺所需的冷量，过程中必须通过冷却塔向环境排放低品位废热。

针对以上问题，中国科学院广州能源研究所地热能与节能技术研究中心基于自研的大温差冷热双供热泵、超高温直接蒸发式蒸汽热泵、高效蓄冷蓄热等核心技术及装备，构建了一种以绿色电力作为驱动能源的冷热汽耦合供能系统（如下图1所示），可以同时供应4℃~20℃冷水、50℃~95℃热水和100℃~170℃饱和蒸汽，满足零碳工业园区的生产制造能源需求。

该系统实施路径分3个阶段。第一阶段，回收工业高温余热，例如二次乏蒸汽、冷凝水、空压机余热等，采用直接换热的方式，提高能源的利用效率；第二阶段，采用高温工业热泵将低品位的余热提升至高温热水，或采用大温差冷热双供热泵同时供应工艺冷水和高温热水；第三阶段，采用超高温蒸汽热泵，利用制备的高温热泵，供应100℃~170℃蒸汽，最终形成电力驱动的冷能、热能、蒸汽的耦合供能系统。科研团队针对啤酒加工、工业饮料等行业逐步构建冷热汽耦合供能系统的典型案例，相关项目成果和示范应用已在部分企业落地。

图1 基于热泵+的冷热汽电耦合供能系统“三步走”路线图

研究中心具有一系列高效节能技术及装备产出，先后研制出动态冰浆制备机组（2006年），建成了潜热输送示范工程（2008年）、国产化燃气热泵机组（2020年），研制了国内170℃蒸汽热泵机组（2023年），搭建了覆盖0℃~20℃供冷、50℃~95℃供热、100℃~170℃供蒸汽的工业热泵系列装备，为构建吨级绿色电能驱动的冷热汽电耦合供能系统提供了热泵核心装备及系统解决方案，致力于支撑国家零碳园区战略的实施。

图2 中国科学院广州能源研究所先进热泵产品图谱