01、熱泵是提供安全和可持續(xù)供暖行之有效的方法

　　由低排放電力驅(qū)動的熱泵是全球轉(zhuǎn)向安全和可持續(xù)供暖的核心技術。目前市場上的熱泵比天然氣鍋爐高出三至五倍的能源效率。它們降低了家庭對化石燃料價格波動的敏感性，而當前全球能源危機使這一問題更加緊迫。全球六分之一的天然氣需求用于建筑物供暖，在歐盟，這一比例為三分之一。許多熱泵還能提供制冷功能，這消除了到2050年將居住在需要供暖制冷地區(qū)的26億人獨立使用空調(diào)的需求。建筑物供暖每年導致4Gt CO2排放，占全球排放的10%。在所有主要供暖市場，使用熱泵替代化石燃料鍋爐顯著降低了溫室氣體排放，即使在當前電力發(fā)電混合情況下，這一優(yōu)勢將在未來隨著電力系統(tǒng)脫碳而進一步增加。

　　2021年，全球約有10%的空間供暖需求由熱泵滿足，但安裝速度正在迅速增長。熱泵的份額與燃料供暖和其他形式的電采暖相當，但低于占比40%以上的天然氣供暖和占比15%的集中供熱。在一些國家，熱泵已經(jīng)成為最主要的供暖來源。在挪威，60%的建筑配備了熱泵，瑞典和芬蘭超過40%，這反駁了熱泵不適合寒冷氣候的論點。2021年全球銷售額增長了近15%，是過去十年平均增長率的兩倍。歐盟的增長率約為35%，在能源危機的背景下，預計將進一步加速。在2022年上半年，波蘭、荷蘭、意大利和奧地利的銷售額大約是去年同期的兩倍。中國仍然是最大的新銷售市場，而北美地區(qū)擁有最多安裝了熱泵的住宅。這些國家和地區(qū)以及日本、韓國都是主要的制造中心，擁有該行業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)。

 

　　政府對能源安全的擔憂和氣候承諾將使熱泵成為脫碳空間和熱水供暖的主要手段。本報告探討了一個情景，即全球各國政府全面并按時履行其宣布的能源和氣候相關承諾。作為脫碳供暖的成熟選擇技術，熱泵的全球容量從2021年的1000GW增加到2030年的近2600GW，在這種情況下，它們在建筑物供暖需求中的占比從十分之一增加到近五分之一。因此，天然氣需求減少80億立方米，供暖用的石油減少100萬桶/日，煤炭減少5500萬噸標準煤?？傮w而言，這意味著到2030年，熱泵將占全球供暖用化石燃料減排的近一半，其余部分來自其他效率措施。在符合全球1.5℃氣候目標的情況下，熱泵的增長速度將更快，到2030年其容量將幾乎增至三倍，并在供暖領域占比達到四分之一。

 

　　熱泵還可以滿足工業(yè)和集中供熱的供暖需求。大型熱泵目前可以提供高達140-160℃的熱能，通過創(chuàng)新和改進設計，溫度還可以更高。目前最常見的工業(yè)熱泵提供較低溫度的熱能。紙張、食品和化工行業(yè)在近期有著最大的機會，近30%的它們的供暖需求可以通過熱泵解決。僅在歐洲，就有15 GW的熱泵可以安裝在3,000家設施中，為其他三個部門提供供暖，其中有近30%的供暖需求可以通過熱泵解決，2020年每兆瓦時天然氣價格上漲。

 

　　02、熱泵有助于迅速減少天然氣進口尤其是在歐洲

　　熱泵減少對天然氣供暖的依賴潛力在歐盟尤為巨大，天然氣是最常用的供暖燃料，而天然氣價格上漲最多。在符合歐盟氣候目標的情景下，熱泵銷量到2030年將增至700萬臺，從2021年的200萬臺增長，有助于實現(xiàn)REPowerEU目標，在2030年之前終止俄羅斯的天然氣進口。這種部署使天然氣消耗在2025年減少7億立方米，到2030年減少21億立方米，相當于2021年歐盟從俄羅斯進口管道天然氣的近15%。

 

　　03、同時改造建筑物也能減輕電力部門的壓力

　　加速部署熱泵必然增加全球的電力需求，但通過能源效率和需求響應措施，電力系統(tǒng)的影響可以大大降低。如果實現(xiàn)氣候承諾，建筑物和工業(yè)領域的電供暖占比將在2021年至2030年間增加一倍，達到16%。與此同時，全球電力需求將增長四分之一，熱泵在其中的貢獻不到十分之一。對于那些在冬季安裝了熱泵但未同時提高效率的家庭來說，這可能會使他們冬季的峰值用電需求接近三倍。將家庭效率等級提高兩個檔次（例如，從歐洲國家的D級提高到B級）可以減少一半的供暖能源需求，降低熱泵尺寸，為消費者節(jié)省費用，將峰值用電需求增長降低三分之一。再加上仔細規(guī)劃電網(wǎng)和需求側(cè)管理，這可以減少電化供暖導致的配電網(wǎng)升級需求，并將到2030年降低對額外靈活發(fā)電容量的需求。

 

　　04、加速部署熱泵帶來一系列好處

　　在其使用壽命內(nèi)，熱泵可以為消費者節(jié)省費用，使他們免受能源價格沖擊。使用熱泵的家庭或企業(yè)的能源支出比使用天然氣鍋爐的家庭或企業(yè)更少。這些節(jié)省可以抵消當今許多市場上熱泵的較高初始成本，有些市場上甚至不需要補貼。在當今能源價格飆升的背景下，家庭節(jié)省的費用從美國每年300美元增加到歐洲每年900美元。通過適當支持較貧困家庭管理前期成本，熱泵可以有效解決能源貧困問題，低收入家庭的能源賬單節(jié)省幅度在2%至6%之間，這是在擺脫天然氣鍋爐后的家庭收入。

 

　　切換到熱泵可以減少溫室氣體排放并改善空氣質(zhì)量。與國家氣候目標一致的熱泵的加速部署，到2030年已經(jīng)可以將全球二氧化碳排放量減少0.5吉兆噸。然而，不經(jīng)意的氟利昂制冷劑泄漏（強效溫室氣體）可能會降低熱泵對氣候的積極影響。使用現(xiàn)代制冷劑的熱泵與燃氣鍋爐相比，即使運行在排放密集型電力上，仍可以將溫室氣體排放量減少至少20%。在電力更清潔的國家，這種減少幅度可能高達80%。建筑物中的燃燒供暖引起的主要空氣污染物排放也在減少，特別是中國的燃煤。

 

　　擴大熱泵制造和安裝以滿足不斷增長的需求將創(chuàng)造更多就業(yè)機會。按照我們的預測，到2030年，全球從事熱泵供應的就業(yè)人數(shù)將增長近三倍，達到130多萬人。其中，安裝領域的工作增長最為顯著，同時維護和制造領域也會增加，為中等技能工人提供眾多機會。

 

　　05、更快替換熱泵需要采取協(xié)同行動來克服障礙

　　加速采用熱泵需要克服一系列障礙。其中主要包括與其他供暖選項相比較高的購買和安裝前期成本；其他非成本上的消費者采用障礙；生產(chǎn)限制；以及潛在的合格安裝人員短缺。需要政府與熱泵行業(yè)合作共同采取行動，解決這些障礙，實現(xiàn)更高的部署速度。

 

　　盡管長期節(jié)省成本，高昂的前期成本可能阻礙消費者。安裝一個空氣-空氣熱泵的成本通常在3000美元到6000美元之間。然而，即使是最便宜的空氣-水熱泵，包括對現(xiàn)有散熱系統(tǒng)的改造，其成本在大多數(shù)主要供暖市場上仍然是天然氣鍋爐的兩到四倍。目前在世界各地有超過30個國家提供財政激勵措施，涵蓋了超過70％的今天的供暖需求。這些國家的補貼使得最便宜的熱泵選項對消費者而言與購買新燃氣鍋爐的成本相當。額外的激勵措施可以針對低收入家庭（例如波蘭）和/或高效型號（例如加拿大）。在一些國家，電力費率和能源稅收的設計使得熱泵相對于化石燃料鍋爐處于不利地位。應該將費率和稅收傾向于更清潔、更高效的消費者選擇。

 

　　一些非成本障礙目前阻礙了消費者采用熱泵。其中包括缺乏信息、建筑業(yè)主和租戶之間的激勵分歧，以及建筑法規(guī)。一些政府已經(jīng)采取行動調(diào)整建筑法規(guī)（例如在捷克共和國），為消費者創(chuàng)造“一站式”服務（例如在愛爾蘭），并鼓勵采用替代商業(yè)模式來解決激勵分歧的問題，特別是在北美、英國和德國。然而，需要更加努力。特別需要注意解決多戶和商業(yè)建筑中安裝熱泵的障礙，這些領域目前銷售量較低。

 

　　熟練安裝人員的短缺已經(jīng)成為許多重要供暖市場的瓶頸，需要大規(guī)模的工人再培訓。我們的預測顯示，到2030年，全球全職安裝人員的需求將增加三倍。將熱泵納入現(xiàn)有的供暖技術師、水管工和電氣工程師的認證中，這些技術師具有類似的技能，有助于減少培訓需求。金融激勵措施，如歐洲各國所使用的措施，也可以吸引新的工人參加專業(yè)培訓計劃。

 

　　06、政府需要與行業(yè)合作降低供應端的障礙

　　領先的制造商最近宣布計劃投資超過40億美元來擴大熱泵生產(chǎn)能力和相關工作，主要集中在歐洲。未來四年內(nèi)新的熱泵安裝數(shù)量將大致等同于過去十年的安裝數(shù)量。一些國家，特別是美國，正在采取措施以應對供應鏈的脆弱性，鼓勵建立國內(nèi)制造能力，政策的明確性，以及有針對性的行動以確保長期政策的一致性和加強供應鏈，這對于制造商來說至關重要，因為他們考慮擴大業(yè)務。特別是對于氟利昂的法規(guī)必須在限制制冷劑排放與成本、安全、能效和供應鏈考慮之間取得平衡。加速熱泵的部署以符合國家的氣候目標是完全可行的，但需要政策制定者和行業(yè)進一步努力。本十年內(nèi)熱泵市場增長所需達到國家氣候目標的幅度不如我們已經(jīng)看到的太陽能光伏和電動汽車的擴張，盡管還需要更進一步的加速才能走上國際能源署2050年零排放情景的軌道。額外的前期投資需求很大，到2030年每年將達到1600億美元，但這些額外成本將被燃料的全面節(jié)省所抵消，尤其是如果當前高價格持續(xù)存在。政府和行業(yè)在克服持久的市場障礙方面扮演著至關重要的角色，使熱泵能夠充分發(fā)揮作用，應對當今最緊迫的問題。

 

　　01、供暖需求

　　供暖目前占據(jù)全球能源消費的相當大份額，并且是二氧化碳排放的主要來源。2021年全球的空間和熱水供暖能源需求總量為62EJ，占建筑物能源消費的大約一半，并直接排放2.5Gt的CO2，大約占直接建筑物排放的80%。當考慮到來自電力和集中供熱的間接排放時，這一數(shù)字增加至4Gt CO2。

　　天然氣是建筑物空間供暖的主要能源形式，在全球供暖能源需求中占45％左右。

 

　　注釋：G代表吉焦耳，HDD代表供暖度日數(shù)。HDD是對供暖需求的標準化衡量，可以在各個地區(qū)進行比較。它通過將實際溫度與標準基準溫度進行比較來衡量給定位置的寒冷程度。對于這項分析，假設基準溫度為攝氏18度，并考慮了濕度的影響。

 

　　各國家/地區(qū)的家庭能源需求水平差異較大，主要取決于氣候、家庭規(guī)模、居住空間、建筑物的隔熱程度以及供暖設備的類型和質(zhì)量（圖1.2）。約70%的供暖需求用于空間供暖，其余用于熱水。供暖的能源結(jié)構(gòu)也各不相同，天然氣是建筑物供暖的主要能源形式，占全球供暖能源需求的42%。全球六分之一的天然氣需求用于建筑物供暖，在歐盟這一比例增加到三分之一。其次是石油，占15%，然后是電力，占15%，集中供熱主要集中在中國、北歐和東歐以及中亞，占11%。生物質(zhì)和煤的直接利用彌補了這一差異。主要供暖地區(qū)的供暖燃料組合差別很大，但天然氣在除東亞外的所有地區(qū)都占主導地位。

　　建筑圍護結(jié)構(gòu)的改善抑制了發(fā)達經(jīng)濟體對供暖服務的需求，而不斷擴大的建筑存量則促進了新興經(jīng)濟體的需求。

　　備注：EMDE=新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟體。

 

　　大部分需要空間供暖的世界人口已經(jīng)獲得了供暖設施，這使得供暖需求的前景相對可預測。目前，全球?qū)⒔?0%的人口生活在需要在一年中至少部分時間進行空間供暖的地區(qū)。這些地區(qū)主要位于北半球，預計在未來幾十年內(nèi)這些地區(qū)的人口數(shù)量將保持穩(wěn)定。但隨著經(jīng)濟繁榮的增加，特別是在新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟體，人們搬入新的、更大的住宅并增加供暖服務的使用（尤其是熱水），整體供暖需求可能會上升，盡管效率提升可能會抵消部分增長。增加的經(jīng)濟活動也會推動商業(yè)建筑的供暖需求上升。在STEPS中，新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟體的建筑物供暖需求在2021年至2030年間大幅增加，主要由熱水需求驅(qū)動。與此相比，在APS中，先進經(jīng)濟體的供暖需求在2021年至2030年間基本保持穩(wěn)定，因為效率改進平衡了單人戶數(shù)量的增加，同時加大努力提高建筑物效率，特別是通過改善建筑圍護結(jié)構(gòu)，適度降低了空間供暖需求。

　　熱泵投資在2030年將增加三倍至3500億美元，與所有新的供暖系統(tǒng)為燃氣鍋爐相比，所需費用將增加1600億美元。

 

　　此外，熱泵相關的研究、開發(fā)和示范(RD&D)投資需要加強，以滿足研究和創(chuàng)新的需求(圖1.10)。據(jù)國際能源署報告，每年用于熱泵和制冷機研究的公共開支約為3000萬美元，比2010年高出近四倍。2016年至2021年，全球?qū)岜贸鮿?chuàng)企業(yè)和規(guī)模擴大的投資增長了近六倍(歐洲聯(lián)盟委員會。)2022a)的規(guī)定。熱泵的專利數(shù)量是衡量技術創(chuàng)新的一個指標，與2005-09年相比，2015-19年熱泵的專利數(shù)量增加了一倍多，中國和日本占了所有發(fā)明的一半(圖1.11)。

　　熱泵技術的專利數(shù)量大幅增長，其中中國和日本占2010年以來新增專利的一半以上。

　　數(shù)據(jù)來源：IEA anaysis based on PATSTATdata