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(shù)。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(dāng)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)，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(yù)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(dān)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(guān)承諾。作為脫碳供暖的成熟選擇技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)煤。總體而言，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(biāo)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(lǐng)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(shè)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(shè)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(biāo)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(biāo)，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(dāng)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(yīng)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(lǐng)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(xì)規(guī)劃電網(wǎng)和需求側(cè)管理，這可以減少電化供暖導(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)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?xì)忮仩t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(yù)測，到2030年，全球從事熱泵供應(yīng)的就業(yè)人數(shù)將增長近三倍，達到130多萬人。其中，安裝領(lǐng)域的工作增長最為顯著，同時維護和制造領(lǐng)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?xì)忮仩t的成本相當(dāng)。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(shè)計使得熱泵相對于化石燃料鍋爐處于不利地位。應(yīng)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(wù)（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(lǐng)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(xùn)。我們的預(yù)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(shù)師、水管工和電氣工程師的認(rèn)證中，這些技術(shù)師具有類似的技能，有助于減少培訓(xùn)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(xùn)計劃。

 

　　06、政府需要與行業(yè)合作降低供應(yīng)端的障礙

　　領(lǐng)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(guān)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(yīng)對供應(yīng)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(yīng)鏈，這對于制造商來說至關(guān)重要，因為他們考慮擴大業(yè)務(wù)。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(yīng)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(biāo)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(biāo)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(dāng)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(guān)重要的角色，使熱泵能夠充分發(fā)揮作用，應(yīng)對當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)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(shè)基準(zhǔn)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(shè)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(dǎo)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(wù)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(shè)施，這使得供暖需求的前景相對可預(yù)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(yù)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(wù)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?xì)忮仩t相比，所需費用將增加1600億美元。

 

　　此外，熱泵相關(guān)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(shù)創(chuàng)新的一個指標(biāo)，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(shù)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