與過去一樣,熱泵只滿足少數(shù)住宅供熱需求(2019年約5%),而基于化石燃料的傳統(tǒng)電力技術(shù)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(shù)中的市場份額最高。例如,在美國,新建建筑的熱泵銷售份額超過40%,在新建多戶住宅中近50%。
歐盟市場正在迅速擴張,2018年約有130萬家庭購買熱泵(2015年以來年均增長12%)。法國、意大利和西班牙占歐盟總銷量的一半,而瑞典、愛沙尼亞、芬蘭和挪威的普及率最高,每年每1000戶銷售25多臺熱泵。然而,為了提高現(xiàn)有建筑熱泵設(shè)備的利用率,我們?nèi)匀恍枰谌蚍秶鷥?nèi)取得進展。
熱泵技術(shù)越來越流行。
近年來,空氣源熱泵迅速普及,現(xiàn)在在全球建筑銷售中占據(jù)主導(dǎo)地位。例如,在美國,年出貨量從2015年的230萬臺擴大到2019年的310萬臺。
促進空氣源熱泵普及的因素有幾個,主要包括:政策制定、建筑標(biāo)準(zhǔn)升級,使新建筑熱泵更具競爭力,空調(diào)需求不斷增加。
自2010年以來,熱泵熱水器(用于衛(wèi)生熱水生產(chǎn))的銷量增長了兩倍多,主要來自中國的采購。2017年,中國北方煤改電計劃要求使用。
空氣源熱泵取代燃煤鍋爐并提供補貼,幫助熱泵將銷量增加到130萬臺(注:根據(jù)行業(yè)在線統(tǒng)計調(diào)查,2019年中國空氣源熱泵出貨量為157.9億元)。
盡管銷量從2010年的576萬臺下降到2018年的48萬臺,日本是第二大市場。在歐洲,由于2018年銷售了155000臺熱泵熱水器,熱泵銷量較低,但正在急劇上升,高于2010年約3萬臺熱泵熱水器。全球地源熱泵應(yīng)用較少,年銷售額約40萬臺。超過一半安裝在美國。自2010年以來,美國的出貨量和安裝量翻了一番多。部分原因是30%的聯(lián)邦稅收抵免可用于2008-16和2018-21。
瑞典和德國是兩大歐洲市場,熱泵每年在每個國家銷售2萬至3萬臺。事實上,瑞典的人均安裝率是世界上最高的。
熱泵季節(jié)性能穩(wěn)步提高。
對于大多數(shù)空間供暖應(yīng)用來說,自2010年以來,熱泵的典型季節(jié)性能系數(shù)(年平均能源性能指標(biāo),COP)穩(wěn)步上升至近4。
熱泵COP達到45或更高的系數(shù)是很常見的,尤其是在地中海和中國中南部相對溫和的氣候下。相反,在加拿大北部等極端寒冷氣候下,當(dāng)前可用技術(shù)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(shù)的轉(zhuǎn)變提高了效率。今天,變頻技術(shù)避免了非變頻技術(shù)停止和啟動造成的大部分能量損失,降低了壓縮機的溫升。法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)簽和技術(shù)進步促進了全球改進。例如,在最低能效標(biāo)準(zhǔn)提高兩次后,美國銷售的熱泵的平均季節(jié)性能系數(shù)在2006年和2015年分別增長了13%和8%。
除進一步改善蒸汽壓縮循環(huán)(如通過下一代組件)外,如果要在2030年前將熱泵季節(jié)性能系數(shù)提高到4.5~5.5,則需要系統(tǒng)解決方案(優(yōu)化整個建筑的能源利用)和全球變暖潛力值非常低或為零的制冷劑。
與區(qū)域需求相比,2018年熱泵就緒指數(shù)。
與燃氣冷凝鍋爐相比,熱泵可滿足90%的全球供暖需求,碳足跡較低。雖然電動熱泵在全球建筑供暖中的份額仍不超過5%,但從長遠來看,它們可以提供90%以上的全球建筑供暖,二氧化碳排放量較低。即使考慮到電力的上游碳強度,熱泵的二氧化碳排放量也低于冷凝燃氣鍋爐技術(shù)(通常以92-95%的效率運行)。自2010年以來,依托熱泵能源性能和清潔發(fā)電的不斷提高,熱泵的潛在覆蓋率已達到50%!
自2015年以來,該政策加快了熱泵的應(yīng)用。
在中國,空氣污染防治行動計劃下的補貼有助于降低早期安裝和設(shè)備成本。2017年2月,中國環(huán)保部在中國各省推出了空氣源熱泵補貼(如北京、天津、山西每戶24000-29000元)。日本也有類似的節(jié)能計劃。
其他計劃專門針對地源熱泵。在北京和美國,30%的初始投資成本由國家承擔(dān)。為了幫助7億米地源熱泵的部署目標(biāo),中國在吉林、重慶、南京等其他領(lǐng)域提出了補貼(35元/米至70元/米)。
美國要求產(chǎn)品標(biāo)明供暖的季節(jié)性能系數(shù)和熱泵的最低能效標(biāo)準(zhǔn)。這種基于績效的激勵系統(tǒng)可以鼓勵熱泵和光伏在自用模式下的結(jié)合,從而間接提高未來的績效。因此,熱泵將直接消耗當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的綠色電力,降低公共電網(wǎng)的凈電力消耗。
除強制性標(biāo)準(zhǔn)外,歐洲空間供暖性能標(biāo)簽與熱泵(至少A+級)和化石燃料鍋爐(最高A級)相同,直接比較其性能。
此外,在中國和歐盟,熱泵使用的能源被歸類為可再生熱能,以獲得退稅等其他激勵措施。加拿大正在考慮2030年強制要求所有供熱技術(shù)的能源性能大于1的效率系數(shù)(相當(dāng)于100%的設(shè)備效率),這將有效禁止所有傳統(tǒng)燃煤、燃油和燃氣鍋爐。
減少更大市場的障礙,尤其是翻新市場。
到2030年,全球熱泵供應(yīng)的住宅熱量份額必須增加兩倍。因此,該政策需要解決選擇障礙,包括高早期購買價格、運營成本和現(xiàn)有建筑存量。在許多市場上,熱泵的安裝成本相對于能源支出的潛在節(jié)約(例如,當(dāng)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(nèi)可能只會便宜一點,即使它們的能源性能更高。
自2015年以來,補貼已被證明有效抵消了熱泵的早期成本,并啟動了市場發(fā)展,加速了它們在新建筑中的應(yīng)用。取消這種財政支持可能會極大地阻礙熱泵的普及,尤其是地源熱泵。裝修和供暖設(shè)備更換也可以成為某一政策框架的一部分,因為僅在新建筑中加速部署不足以使2030年住宅銷售額翻倍。部署涉及建筑外殼元件和設(shè)備升級的翻新包裝也將降低熱泵的安裝成本,約占空氣源熱泵總投資成本的30%,占地源泵總投資成本的65-85%。
熱泵部署還應(yīng)預(yù)測滿足SDS要求的電力系統(tǒng)改造。例如,連接到現(xiàn)場太陽能光伏板并參與需求響應(yīng)市場的選項將使熱泵更具吸引力。
重新考慮能源定價,以縮小電力和天然氣價格之間的差距。
為了將全球熱泵供應(yīng)的住宅熱量份額增加三倍,政策需要解決能源價格不利的問題。高電價和高早期成本仍然是大多數(shù)市場的主要障礙,部分原因是化石燃料補貼和電力稅。全球電價(以每千瓦時美元為單位)是天然氣價格的兩倍左右,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擴大的細分市場(如新建筑的空氣源熱泵),促進新建筑(如現(xiàn)有建筑)的部署。同樣,大型熱泵也可用于商業(yè),但面臨市場設(shè)計障礙。用于電熱應(yīng)用的電力征稅將有助于它們的使用。
提高能源績效標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽。
鑒于當(dāng)前測試程序和定義的多樣性,與熱泵性能相關(guān)的統(tǒng)一定義將使全球基準(zhǔn)測試不那么具有挑戰(zhàn)性。目前的定義因地區(qū)而異,對天然氣鍋爐等傳統(tǒng)加熱技術(shù)的定義更為一致。然而,即使協(xié)調(diào)一致,熱泵的性能定義也應(yīng)繼續(xù)反映各種熱源、散熱器、運行環(huán)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年的生態(tài)設(shè)計立法中引入了季節(jié)性綜合性能系數(shù)(SCOP)。它以一次性能源的形式表達能效。自2017年以來,只允許銷售最低能效115-125%以上的空氣源熱泵熱水器和地源熱泵。對于空氣源熱泵供暖設(shè)備,歐盟最低SCOP為3.8。
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