IEA：热泵是提供安全和可持续供暖最行之有效的方法

　　01、热泵是提供安全和可持续供暖行之有效的方法

　　由低排放电力驱动的热泵是全球转向安全和可持续供暖的核心技术。目前市场上的热泵比天然气锅炉高出三至五倍的能源效率。它们降低了家庭对化石燃料价格波动的敏感性，而当前全球能源危机使这一问题更加紧迫。全球六分之一的天然气需求用于建筑物供暖，在欧盟，这一比例为三分之一。许多热泵还能提供制冷功能，这消除了到2050年将居住在需要供暖制冷地区的26亿人独立使用空调的需求。建筑物供暖每年导致4Gt CO2排放，占全球排放的10%。在所有主要供暖市场，使用热泵替代化石燃料锅炉显著降低了温室气体排放，即使在当前电力发电混合情况下，这一优势将在未来随着电力系统脱碳而进一步增加。

　　2021年，全球约有10%的空间供暖需求由热泵满足，但安装速度正在迅速增长。热泵的份额与燃料供暖和其他形式的电采暖相当，但低于占比40%以上的天然气供暖和占比15%的集中供热。在一些国家，热泵已经成为最主要的供暖来源。在挪威，60%的建筑配备了热泵，瑞典和芬兰超过40%，这反驳了热泵不适合寒冷气候的论点。2021年全球销售额增长了近15%，是过去十年平均增长率的两倍。欧盟的增长率约为35%，在能源危机的背景下，预计将进一步加速。在2022年上半年，波兰、荷兰、意大利和奥地利的销售额大约是去年同期的两倍。中国仍然是最大的新销售市场，而北美地区拥有最多安装了热泵的住宅。这些国家和地区以及日本、韩国都是主要的制造中心，拥有该行业内的主要企业。

 

　　政府对能源安全的担忧和气候承诺将使热泵成为脱碳空间和热水供暖的主要手段。本报告探讨了一个情景，即全球各国政府全面并按时履行其宣布的能源和气候相关承诺。作为脱碳供暖的成熟选择技术，热泵的全球容量从2021年的1000GW增加到2030年的近2600GW，在这种情况下，它们在建筑物供暖需求中的占比从十分之一增加到近五分之一。因此，天然气需求减少80亿立方米，供暖用的石油减少100万桶/日，煤炭减少5500万吨标准煤。总体而言，这意味着到2030年，热泵将占全球供暖用化石燃料减排的近一半，其余部分来自其他效率措施。在符合全球1.5℃气候目标的情况下，热泵的增长速度将更快，到2030年其容量将几乎增至三倍，并在供暖领域占比达到四分之一。

 

　　热泵还可以满足工业和集中供热的供暖需求。大型热泵目前可以提供高达140-160℃的热能，通过创新和改进设计，温度还可以更高。目前最常见的工业热泵提供较低温度的热能。纸张、食品和化工行业在近期有着最大的机会，近30%的它们的供暖需求可以通过热泵解决。仅在欧洲，就有15 GW的热泵可以安装在3,000家设施中，为其他三个部门提供供暖，其中有近30%的供暖需求可以通过热泵解决，2020年每兆瓦时天然气价格上涨。

 

　　02、热泵有助于迅速减少天然气进口尤其是在欧洲

　　热泵减少对天然气供暖的依赖潜力在欧盟尤为巨大，天然气是最常用的供暖燃料，而天然气价格上涨最多。在符合欧盟气候目标的情景下，热泵销量到2030年将增至700万台，从2021年的200万台增长，有助于实现REPowerEU目标，在2030年之前终止俄罗斯的天然气进口。这种部署使天然气消耗在2025年减少7亿立方米，到2030年减少21亿立方米，相当于2021年欧盟从俄罗斯进口管道天然气的近15%。

 

　　03、同时改造建筑物也能减轻电力部门的压力

　　加速部署热泵必然增加全球的电力需求，但通过能源效率和需求响应措施，电力系统的影响可以大大降低。如果实现气候承诺，建筑物和工业领域的电供暖占比将在2021年至2030年间增加一倍，达到16%。与此同时，全球电力需求将增长四分之一，热泵在其中的贡献不到十分之一。对于那些在冬季安装了热泵但未同时提高效率的家庭来说，这可能会使他们冬季的峰值用电需求接近三倍。将家庭效率等级提高两个档次（例如，从欧洲国家的D级提高到B级）可以减少一半的供暖能源需求，降低热泵尺寸，为消费者节省费用，将峰值用电需求增长降低三分之一。再加上仔细规划电网和需求侧管理，这可以减少电化供暖导致的配电网升级需求，并将到2030年降低对额外灵活发电容量的需求。

 

　　04、加速部署热泵带来一系列好处

　　在其使用寿命内，热泵可以为消费者节省费用，使他们免受能源价格冲击。使用热泵的家庭或企业的能源支出比使用天然气锅炉的家庭或企业更少。这些节省可以抵消当今许多市场上热泵的较高初始成本，有些市场上甚至不需要补贴。在当今能源价格飙升的背景下，家庭节省的费用从美国每年300美元增加到欧洲每年900美元。通过适当支持较贫困家庭管理前期成本，热泵可以有效解决能源贫困问题，低收入家庭的能源账单节省幅度在2%至6%之间，这是在摆脱天然气锅炉后的家庭收入。

 

　　切换到热泵可以减少温室气体排放并改善空气质量。与国家气候目标一致的热泵的加速部署，到2030年已经可以将全球二氧化碳排放量减少0.5吉兆吨。然而，不经意的氟利昂制冷剂泄漏（强效温室气体）可能会降低热泵对气候的积极影响。使用现代制冷剂的热泵与燃气锅炉相比，即使运行在排放密集型电力上，仍可以将温室气体排放量减少至少20%。在电力更清洁的国家，这种减少幅度可能高达80%。建筑物中的燃烧供暖引起的主要空气污染物排放也在减少，特别是中国的燃煤。

 

　　扩大热泵制造和安装以满足不断增长的需求将创造更多就业机会。按照我们的预测，到2030年，全球从事热泵供应的就业人数将增长近三倍，达到130多万人。其中，安装领域的工作增长最为显著，同时维护和制造领域也会增加，为中等技能工人提供众多机会。

 

　　05、更快替换热泵需要采取协同行动来克服障碍

　　加速采用热泵需要克服一系列障碍。其中主要包括与其他供暖选项相比较高的购买和安装前期成本；其他非成本上的消费者采用障碍；生产限制；以及潜在的合格安装人员短缺。需要政府与热泵行业合作共同采取行动，解决这些障碍，实现更高的部署速度。

 

　　尽管长期节省成本，高昂的前期成本可能阻碍消费者。安装一个空气-空气热泵的成本通常在3000美元到6000美元之间。然而，即使是最便宜的空气-水热泵，包括对现有散热系统的改造，其成本在大多数主要供暖市场上仍然是天然气锅炉的两到四倍。目前在世界各地有超过30个国家提供财政激励措施，涵盖了超过70％的今天的供暖需求。这些国家的补贴使得最便宜的热泵选项对消费者而言与购买新燃气锅炉的成本相当。额外的激励措施可以针对低收入家庭（例如波兰）和/或高效型号（例如加拿大）。在一些国家，电力费率和能源税收的设计使得热泵相对于化石燃料锅炉处于不利地位。应该将费率和税收倾向于更清洁、更高效的消费者选择。

 

　　一些非成本障碍目前阻碍了消费者采用热泵。其中包括缺乏信息、建筑业主和租户之间的激励分歧，以及建筑法规。一些政府已经采取行动调整建筑法规（例如在捷克共和国），为消费者创造“一站式”服务（例如在爱尔兰），并鼓励采用替代商业模式来解决激励分歧的问题，特别是在北美、英国和德国。然而，需要更加努力。特别需要注意解决多户和商业建筑中安装热泵的障碍，这些领域目前销售量较低。

 

　　熟练安装人员的短缺已经成为许多重要供暖市场的瓶颈，需要大规模的工人再培训。我们的预测显示，到2030年，全球全职安装人员的需求将增加三倍。将热泵纳入现有的供暖技术师、水管工和电气工程师的认证中，这些技术师具有类似的技能，有助于减少培训需求。金融激励措施，如欧洲各国所使用的措施，也可以吸引新的工人参加专业培训计划。

 

　　06、政府需要与行业合作降低供应端的障碍

　　领先的制造商最近宣布计划投资超过40亿美元来扩大热泵生产能力和相关工作，主要集中在欧洲。未来四年内新的热泵安装数量将大致等同于过去十年的安装数量。一些国家，特别是美国，正在采取措施以应对供应链的脆弱性，鼓励建立国内制造能力，政策的明确性，以及有针对性的行动以确保长期政策的一致性和加强供应链，这对于制造商来说至关重要，因为他们考虑扩大业务。特别是对于氟利昂的法规必须在限制制冷剂排放与成本、安全、能效和供应链考虑之间取得平衡。加速热泵的部署以符合国家的气候目标是完全可行的，但需要政策制定者和行业进一步努力。本十年内热泵市场增长所需达到国家气候目标的幅度不如我们已经看到的太阳能光伏和电动汽车的扩张，尽管还需要更进一步的加速才能走上国际能源署2050年零排放情景的轨道。额外的前期投资需求很大，到2030年每年将达到1600亿美元，但这些额外成本将被燃料的全面节省所抵消，尤其是如果当前高价格持续存在。政府和行业在克服持久的市场障碍方面扮演着至关重要的角色，使热泵能够充分发挥作用，应对当今最紧迫的问题。

 

　　01、供暖需求

　　供暖目前占据全球能源消费的相当大份额，并且是二氧化碳排放的主要来源。2021年全球的空间和热水供暖能源需求总量为62EJ，占建筑物能源消费的大约一半，并直接排放2.5Gt的CO2，大约占直接建筑物排放的80%。当考虑到来自电力和集中供热的间接排放时，这一数字增加至4Gt CO2。

　　天然气是建筑物空间供暖的主要能源形式，在全球供暖能源需求中占45％左右。

 

　　注释：G代表吉焦耳，HDD代表供暖度日数。HDD是对供暖需求的标准化衡量，可以在各个地区进行比较。它通过将实际温度与标准基准温度进行比较来衡量给定位置的寒冷程度。对于这项分析，假设基准温度为摄氏18度，并考虑了湿度的影响。

 

　　各国家/地区的家庭能源需求水平差异较大，主要取决于气候、家庭规模、居住空间、建筑物的隔热程度以及供暖设备的类型和质量（图1.2）。约70%的供暖需求用于空间供暖，其余用于热水。供暖的能源结构也各不相同，天然气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气需求用于建筑物供暖，在欧盟这一比例增加到三分之一。其次是石油，占15%，然后是电力，占15%，集中供热主要集中在中国、北欧和东欧以及中亚，占11%。生物质和煤的直接利用弥补了这一差异。主要供暖地区的供暖燃料组合差别很大，但天然气在除东亚外的所有地区都占主导地位。

　　建筑围护结构的改善抑制了发达经济体对供暖服务的需求，而不断扩大的建筑存量则促进了新兴经济体的需求。

　　备注：EMDE=新兴市场和发展中经济体。

 

　　大部分需要空间供暖的世界人口已经获得了供暖设施，这使得供暖需求的前景相对可预测。目前，全球将近40%的人口生活在需要在一年中至少部分时间进行空间供暖的地区。这些地区主要位于北半球，预计在未来几十年内这些地区的人口数量将保持稳定。但随着经济繁荣的增加，特别是在新兴市场和发展中经济体，人们搬入新的、更大的住宅并增加供暖服务的使用（尤其是热水），整体供暖需求可能会上升，尽管效率提升可能会抵消部分增长。增加的经济活动也会推动商业建筑的供暖需求上升。在STEPS中，新兴市场和发展中经济体的建筑物供暖需求在2021年至2030年间大幅增加，主要由热水需求驱动。与此相比，在APS中，先进经济体的供暖需求在2021年至2030年间基本保持稳定，因为效率改进平衡了单人户数量的增加，同时加大努力提高建筑物效率，特别是通过改善建筑围护结构，适度降低了空间供暖需求。

　　热泵投资在2030年将增加三倍至3500亿美元，与所有新的供暖系统为燃气锅炉相比，所需费用将增加1600亿美元。

 

　　此外，热泵相关的研究、开发和示范(RD&D)投资需要加强，以满足研究和创新的需求(图1.10)。据国际能源署报告，每年用于热泵和制冷机研究的公共开支约为3000万美元，比2010年高出近四倍。2016年至2021年，全球对热泵初创企业和规模扩大的投资增长了近六倍(欧洲联盟委员会。)2022a)的规定。热泵的专利数量是衡量技术创新的一个指标，与2005-09年相比，2015-19年热泵的专利数量增加了一倍多，中国和日本占了所有发明的一半(图1.11)。

　　热泵技术的专利数量大幅增长，其中中国和日本占2010年以来新增专利的一半以上。

　　数据来源：IEA anaysis based on PATSTATdata