01、熱泵是提供安全和可持續供暖行之有效的方法

　　由低排放電力驅動(dòng)的熱泵是全球轉向安全和可持續供暖的核心技術(shù)。目前市場(chǎng)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(jià)格波動(dòng)的敏感性，而當前全球能源危機使這一問(wèn)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的26億人獨立使用空調的需求。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(chǎng)，使用熱泵替代化石燃料鍋爐顯著(zhù)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(lái)隨著(zhù)電力系統脫碳而進(jìn)一步增加。

　　2021年，全球約有10%的空間供暖需求由熱泵滿(mǎn)足，但安裝速度正在迅速增長(cháng)。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(lái)源。在挪威，60%的建筑配備了熱泵，瑞典和芬蘭超過(guò)40%，這反駁了熱泵不適合寒冷氣候的論點(diǎn)。2021年全球銷(xiāo)售額增長(cháng)了近15%，是過(guò)去十年平均增長(cháng)率的兩倍。歐盟的增長(cháng)率約為35%，在能源危機的背景下，預計將進(jìn)一步加速。在2022年上半年，波蘭、荷蘭、意大利和奧地利的銷(xiāo)售額大約是去年同期的兩倍。中國仍然是最大的新銷(xiāo)售市場(chǎng)，而北美地區擁有最多安裝了熱泵的住宅。這些國家和地區以及日本、韓國都是主要的制造中心，擁有該行業(yè)內的主要企業(yè)。

 

　　政府對能源安全的擔憂(yōu)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(gè)情景，即全球各國政府全面并按時(shí)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(wàn)桶/日，煤炭減少5500萬(wàn)噸標準煤?？傮w而言，這意味著(zhù)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(lái)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(cháng)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(mǎn)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(guò)創(chuàng )新和改進(jìn)設計，溫度還可以更高。目前最常見(jiàn)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(zhù)最大的機會(huì )，近30%的它們的供暖需求可以通過(guò)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(gè)部門(mén)提供供暖，其中有近30%的供暖需求可以通過(guò)熱泵解決，2020年每兆瓦時(shí)天然氣價(jià)格上漲。

 

　　02、熱泵有助于迅速減少天然氣進(jìn)口尤其是在歐洲

　　熱泵減少對天然氣供暖的依賴(lài)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(jià)格上漲最多。在符合歐盟氣候目標的情景下，熱泵銷(xiāo)量到2030年將增至700萬(wàn)臺，從2021年的200萬(wàn)臺增長(cháng)，有助于實(shí)現REPowerEU目標，在2030年之前終止俄羅斯的天然氣進(jìn)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(jìn)口管道天然氣的近15%。

 

　　03、同時(shí)改造建筑物也能減輕電力部門(mén)的壓力

　　加速部署熱泵必然增加全球的電力需求，但通過(guò)能源效率和需求響應措施，電力系統的影響可以大大降低。如果實(shí)現氣候承諾，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(shí)，全球電力需求將增長(cháng)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(shí)提高效率的家庭來(lái)說(shuō)，這可能會(huì )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(gè)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，為消費者節省費用，將峰值用電需求增長(cháng)降低三分之一。再加上仔細規劃電網(wǎng)和需求側管理，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(lái)一系列好處

　　在其使用壽命內，熱泵可以為消費者節省費用，使他們免受能源價(jià)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。這些節省可以抵消當今許多市場(chǎng)上熱泵的較高初始成本，有些市場(chǎng)上甚至不需要補貼。在當今能源價(jià)格飆升的背景下，家庭節省的費用從美國每年300美元增加到歐洲每年900美元。通過(guò)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(wèn)題，低收入家庭的能源賬單節省幅度在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(huì )降低熱泵對氣候的積極影響。使用現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(mǎn)足不斷增長(cháng)的需求將創(chuàng )造更多就業(yè)機會(huì )。按照我們的預測，到2030年，全球從事熱泵供應的就業(yè)人數將增長(cháng)近三倍，達到130多萬(wàn)人。其中，安裝領(lǐng)域的工作增長(cháng)最為顯著(zhù)，同時(shí)維護和制造領(lǐng)域也會(huì )增加，為中等技能工人提供眾多機會(huì )。

 

　　05、更快替換熱泵需要采取協(xié)同行動(dòng)來(lái)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(mǎi)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(dòng)，解決這些障礙，實(shí)現更高的部署速度。

 

　　盡管長(cháng)期節省成本，高昂的前期成本可能阻礙消費者。安裝一個(gè)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，包括對現有散熱系統的改造，其成本在大多數主要供暖市場(chǎng)上仍然是天然氣鍋爐的兩到四倍。目前在世界各地有超過(guò)30個(gè)國家提供財政激勵措施，涵蓋了超過(guò)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(mǎi)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(hù)之間的激勵分歧，以及建筑法規。一些政府已經(jīng)采取行動(dòng)調整建筑法規（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(ài)爾蘭），并鼓勵采用替代商業(yè)模式來(lái)解決激勵分歧的問(wèn)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(hù)和商業(yè)建筑中安裝熱泵的障礙，這些領(lǐng)域目前銷(xiāo)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(chǎng)的瓶頸，需要大規模的工人再培訓。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。將熱泵納入現有的供暖技術(shù)師、水管工和電氣工程師的認證中，這些技術(shù)師具有類(lèi)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(zhuān)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(lǐng)先的制造商最近宣布計劃投資超過(guò)40億美元來(lái)擴大熱泵生產(chǎn)能力和相關(guān)工作，主要集中在歐洲。未來(lái)四年內新的熱泵安裝數量將大致等同于過(guò)去十年的安裝數量。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，鼓勵建立國內制造能力，政策的明確性，以及有針對性的行動(dòng)以確保長(cháng)期政策的一致性和加強供應鏈，這對于制造商來(lái)說(shuō)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(jìn)一步努力。本十年內熱泵市場(chǎng)增長(cháng)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(yáng)能光伏和電動(dòng)汽車(chē)的擴張，盡管還需要更進(jìn)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省所抵消，尤其是如果當前高價(jià)格持續存在。政府和行業(yè)在克服持久的市場(chǎng)障礙方面扮演著(zhù)至關(guān)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(wèn)題。

 

　　01、供暖需求

　　供暖目前占據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(lái)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(lái)自電力和集中供熱的間接排放時(shí)，這一數字增加至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?zhuān)篏代表吉焦耳，HDD代表供暖度日數。HDD是對供暖需求的標準化衡量，可以在各個(gè)地區進(jìn)行比較。它通過(guò)將實(shí)際溫度與標準基準溫度進(jìn)行比較來(lái)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/地區的家庭能源需求水平差異較大，主要取決于氣候、家庭規模、居住空間、建筑物的隔熱程度以及供暖設備的類(lèi)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。供暖的能源結構也各不相同，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都占主導地位。

　　建筑圍護結構的改善抑制了發(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(jìn)了新興經(jīng)濟體的需求。

　　備注：EMDE=新興市場(chǎng)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，全球將近40%的人口生活在需要在一年中至少部分時(shí)間進(jìn)行空間供暖的地區。這些地區主要位于北半球，預計在未來(lái)幾十年內這些地區的人口數量將保持穩定。但隨著(zhù)經(jīng)濟繁榮的增加，特別是在新興市場(chǎng)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(huì )上升，盡管效率提升可能會(huì )抵消部分增長(cháng)。增加的經(jīng)濟活動(dòng)也會(huì )推動(dòng)商業(yè)建筑的供暖需求上升。在STEPS中，新興市場(chǎng)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，主要由熱水需求驅動(dòng)。與此相比，在A(yíng)PS中，先進(jìn)經(jīng)濟體的供暖需求在2021年至2030年間基本保持穩定，因為效率改進(jìn)平衡了單人戶(hù)數量的增加，同時(shí)加大努力提高建筑物效率，特別是通過(guò)改善建筑圍護結構，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為燃氣鍋爐相比，所需費用將增加1600億美元。

 

　　此外，熱泵相關(guān)的研究、開(kāi)發(fā)和示范(RD&D)投資需要加強，以滿(mǎn)足研究和創(chuàng )新的需求(圖1.10)。據國際能源署報告，每年用于熱泵和制冷機研究的公共開(kāi)支約為3000萬(wàn)美元，比2010年高出近四倍。2016年至2021年，全球對熱泵初創(chuàng )企業(yè)和規模擴大的投資增長(cháng)了近六倍(歐洲聯(lián)盟委員會(huì )。)2022a)的規定。熱泵的專(zhuān)利數量是衡量技術(shù)創(chuàng )新的一個(gè)指標，與2005-09年相比，2015-19年熱泵的專(zhuān)利數量增加了一倍多，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(zhuān)利數量大幅增長(cháng)，其中中國和日本占2010年以來(lái)新增專(zhuān)利的一半以上。

　　數據來(lái)源：IEA anaysis based on PATSTATdata