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國際能源署:熱泵可滿足90%的全球供暖需求,且比燃氣爐碳排放更低

發布時間: 2021-08-21
所屬欄目: 行業資訊

據IEA國際能源署調查統計:2019年,有近2000萬戶家庭購買了熱泵。在北美、歐洲和北亞等所有主要供暖市場,熱泵增長都很明顯!

盡管熱泵在許多國家已成為新建房屋中最常見的技術,但它們僅滿足全球建築供暖需求的5%。由於SDS要求2030年熱泵的份額增加兩倍,因此需要進一步的政策支持和創新,以降低前期采購和安裝成本,消除翻新的市場壁壘,並提高能源性能和製冷劑替代品。

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2010-2030年可持續發展背景下選定地區購買熱泵供暖和熱水生產的家庭比例


熱泵廣泛應用於新建房屋

與過去一樣,熱泵目前僅滿足一小部分住宅供熱需求(2019年約為5%),而基於化石燃料的傳統電力技術占2019年全球能源銷售額的四分之三。

在許多國家,熱泵在所有供熱技術中的市場份額最高。例如,在美國,新建建築的熱泵銷售份額在單戶住宅中超過40%,在新建多戶住宅中接近50%。

歐盟市場正在迅速擴張,2018年約有130萬戶家庭購買了熱泵(自2015年以來年均增長12%)。法國、意大利和西班牙占歐盟所有銷售額的一半,而瑞典、愛沙尼亞、芬蘭和挪威的普及率最高,每年每1000戶家庭銷售超過25台熱泵。

然而,我們仍然需要在全球範圍內取得進展,以提高熱泵設備在現有建築的使用率。


熱泵技術都越來越流行

近年來,空氣源熱泵迅速普及,現在在全球建築銷售中占據主導地位。例如,在美國,年出貨量從2015年的230萬台擴大到2019年的310萬台。

有幾個因素促進了空氣源熱泵的普及,主要包括:政策製定,升級的建築標準使新建築中的熱泵更具競爭力,以及不斷增長的空調需求。

熱泵熱水器(用於衛生熱水生產)的銷售額自2010年以來增長了兩倍多,主要源於中國的采購。2017年,中國北方的煤改電計劃要求用空氣源熱泵替代燃煤鍋爐並提供補貼,這幫助熱泵將銷量提高到130萬台。(《熱泵市場》編輯備注:據產業在線統計調查顯示,2019年中國空氣源熱泵出貨量為157.9億元)

日本是第二大市場,盡管銷量從2010年的576萬台小幅下降至2018年的48萬台。

在歐洲,熱泵銷量較低但正在急劇上升,因為2018年售出了155000台熱泵熱水器,高於2010年約30000台。

地源熱泵在全球應用較少,年銷售額約為40萬台。其中一半以上裝在美國,自2010年以來,美國的出貨量和安裝量增加了一倍多,部分原因是30%的聯邦稅收抵免在2008-16和2018-21期間可用。

瑞典和德國是兩個主要的歐洲市場,熱泵每年在每個國家銷售20000至30000台。事實上,瑞典的人均安裝率是全球最高的。


熱泵季節性性能穩步提升

對於大多數空間供暖應用而言,熱泵的典型季節性性能係數(年均能源性能的指標,COP),自2010年以來穩步上升至如今的接近4。

熱泵COP達到4.5或更高的係數是很常見的,尤其是在地中海地區和中國中南部等相對溫和的氣候中。相反,在加拿大北部等極端寒冷氣候中,室外溫度低會使當前可用技術的能源性能在冬季平均降低到3-3.5左右。

近幾十年來,從非逆變器到逆變器技術的轉變提高了效率。今天,變頻技術避免了因非變頻技術的停止和啟動而導致的大部分能量損失,同時還降低了壓縮機的溫升。

法規、標準和標簽以及技術進步推動了全球的改進。例如,在最低能效標準提高兩次後,美國銷售的熱泵的平均季節性性能係數在2006年和2015年分別增長了13%和8%。

除了蒸汽壓縮循環的進一步改進(例如通過下一代組件),如果想要在2030年前將熱泵季節性性能係數提高到4.5-5.5將需要麵向係統的解決方案(以優化整個建築的能源使用)和使用全球變暖潛能值非常低或為零的製冷劑。

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2018 年相對於區域需求的熱泵就緒指數

與燃氣冷凝鍋爐相比,熱泵可以滿足90%的全球供暖需求,同時碳足跡更低。

雖然電動熱泵目前仍然隻有全球建築供暖中不超過5%的份額,但長遠來看它們可以提供90%以上的全球建築供暖,並且二氧化碳排放量更低。即使考慮到電力的上遊碳強度,熱泵也比冷凝式燃氣鍋爐技術(通常以92-95%的效率運行)二氧化碳排放量更低。

2010年至今,依托於熱泵能源性能和清潔發電的持續改進,熱泵的潛在覆蓋率已經實現了50%這樣的重大提升!


2015年以來政策加速熱泵應用

在中國,空氣汙染防治行動計劃下的補貼有助於降低前期安裝和設備成本。中國環保部於2017年2月在中國各省推出了空氣源熱泵補貼(例如,北京、天津和山西的每戶24000至29000元人民幣)。日本通過其節能計劃也有類似的計劃計劃。

其他計劃專門針對地源熱泵。在北京和美國各地,30%的初始投資成本由國家承擔。為了幫助實現的7億米地源熱泵部署目標,中國提出的補充補貼(35元人民幣/米至70元人民幣/米)用於其他領域,如吉林,重慶和南京。

美國要求產品標明供暖的季節性性能係數以及熱泵的最低能效標準。這種基於績效的激勵係統可以通過鼓勵在自用模式下將熱泵與光伏結合使用,從而間接提高未來的績效。因此,熱泵將直接消耗當地生產的綠色電力,減少公共電網的淨電力消耗。

除了強製性標準外,歐洲空間供暖性能標簽對使用熱泵(至少A+級)與化石燃料鍋爐(最高A級)相同的尺度,從而可以直接比較它們的性能。

此外,在中國和歐盟,熱泵使用的能源被歸類為可再生熱能,從而獲得其他激勵措施,如退稅。

加拿大正在考慮到2030年強製要求所有供暖技術的能源性能大於1的效率係數(相當於100%的設備效率),這將有效禁止所有傳統的燃煤、燃油和燃氣鍋爐。


減少更大市場采用的障礙,特別是對於翻新市場

到2030年,全球熱泵供應的住宅熱量份額必須增加兩倍。因此,政策需要解決選擇障礙,包括高昂的前期購買價格、運營成本和現有建築存量的遺留問題。

在許多市場中,熱泵的安裝成本相對於能源支出的潛在節省(例如,當從燃氣鍋爐切換到電熱泵時)通常意味著熱泵在10到12年內可能隻會稍微便宜一點,即使他們更高的能源性能。

自2015年以來,補貼已被證明有效地抵消了熱泵的前期成本,並啟動了市場發展,加速了它們在新建建築中的應用。取消這種財政支持可能會大大阻礙熱泵的普及,尤其是地源熱泵。

翻新和供暖設備更換也可以成為某項政策框架的一部分,因為僅在新建築中加速部署不足以到2030年將住宅銷售額增加兩倍。部署涉及建築外殼元件和設備升級的翻新包也將減少熱泵安裝成本,可占空氣源熱泵總投資成本的30%左右,占地源泵總投資成本的65-85%。

熱泵部署還應預測滿足SDS所需的電力係統改造。例如,連接到現場太陽能光伏板和參與需求響應市場的選項將使熱泵更具吸引力。

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重新考慮能源定價以縮小電力和天然氣價格之間的差距

要將全球熱泵供應的住宅熱量份額增加三倍,政策需要解決不利的能源價格問題。高電價和較高的前期成本仍然是大多數市場的主要障礙,部分原因是化石燃料補貼和電稅。全球電價(以美元每千瓦時為單位)大約是天然氣價格的兩倍,在某些市場可能高出三倍或更多。

縮小電力和天然氣價格之間的差距將加速已經擴大的細分市場(例如用於新建築的空氣源熱泵)並促進新建築(例如現有建築)的部署。
同樣,大型熱泵在商業上可用,但麵臨市場設計障礙。對用於電熱應用的電力征收稅收將有助於它們的使用。


改進能源績效標準和標簽

鑒於當前測試程序和定義的多樣性,統一與熱泵性能相關的定義將使全球基準測試變得不那麼具有挑戰性。目前的定義因地區而異,而對於天然氣鍋爐等傳統加熱技術,它們的定義更為一致。然而,即使協調一致,熱泵性能定義也應繼續反映各種熱源、散熱器、運行環境和氣候條件。

能源性能定義也可以集成到最低性能要求中。例如,歐盟在其2009年生態設計立法中引入了季節性綜合性能係數(SCOP)。它以一次能源的形式表達能效,自2017年以來,僅允許銷售超過最低能效115-125%(相當於SCOP為2.875至3.125)的空氣源熱泵熱水機和地源熱泵。對於空氣源熱泵供暖設備,歐盟最低SCOP為3.8。

所以,標準和標簽應該繼續展示關於熱泵性能相對於燃氣鍋爐性能的優越性。例如:歐盟能源標簽法規將能源性能的“A”標簽,設置為0.92的最低初級能源與最終能源之比,這適用於冷凝鍋爐技術。性能更好的產品(如熱泵)被標記為A+到A+++。其他政策信號,例如供暖設備的碳強度預期,也將鼓勵更多地采用熱泵。

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