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據(jù)IEA國際能源署調(diào)查統(tǒng)計:2019年,有近2000萬戶家庭購買了熱泵。在北美、歐洲和北亞等所有主要供暖市場,熱泵增長都很明顯!
盡管熱泵在許多國家已成為新建房屋中最常見的技術(shù),但它們僅滿足全球建筑供暖需求的5%。由于SDS要求2030年熱泵的份額增加兩倍,因此需要進一步的政策支持和創(chuàng)新,以降低前期采購和安裝成本,消除翻新的市場壁壘,并提高能源性能和制冷劑替代品。
2010-2030年可持續(xù)發(fā)展背景下選定地區(qū)購買熱泵供暖和熱水生產(chǎn)的家庭比例
熱泵廣泛應(yīng)用于新建房屋
與過去一樣,熱泵目前僅滿足一小部分住宅供熱需求(2019年約為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在單戶住宅中超過40%,在新建多戶住宅中接近50%。
歐盟市場正在迅速擴張,2018年約有130萬戶家庭購買了熱泵(自2015年以來年均增長12%)。法國、意大利和西班牙占歐盟所有銷售額的一半,而瑞典、愛沙尼亞、芬蘭和挪威的普及率最高,每年每1000戶家庭銷售超過25臺熱泵。
然而,我們?nèi)匀恍枰谌蚍秶鷥?nèi)取得進展,以提高熱泵設(shè)備在現(xiàn)有建筑的使用率。
熱泵技術(shù)都越來越流行
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。
有幾個因素促進了空氣源熱泵的普及,主要包括:政策制定,升級的建筑標(biāo)準(zhǔn)使新建筑中的熱泵更具競爭力,以及不斷增長的空調(diào)需求。
熱泵熱水器(用于衛(wèi)生熱水生產(chǎn))的銷售額自2010年以來增長了兩倍多,主要源于中國的采購。2017年,中國北方的煤改電計劃要求用空氣源熱泵替代燃煤鍋爐并提供補貼,這幫助熱泵將銷量提高到130萬臺。(《熱泵市場》編輯備注:據(jù)產(chǎn)業(yè)在線統(tǒng)計調(diào)查顯示,2019年中國空氣源熱泵出貨量為157.9億元)
日本是第二大市場,盡管銷量從2010年的576萬臺小幅下降至2018年的48萬臺。
在歐洲,熱泵銷量較低但正在急劇上升,因為2018年售出了155000臺熱泵熱水器,高于2010年約30000臺。
地源熱泵在全球應(yīng)用較少,年銷售額約為40萬臺。其中一半以上裝在美國,自2010年以來,美國的出貨量和安裝量增加了一倍多,部分原因是30%的聯(lián)邦稅收抵免在2008-16和2018-21期間可用。
瑞典和德國是兩個主要的歐洲市場,熱泵每年在每個國家銷售20000至30000臺。事實上,瑞典的人均安裝率是全球最高的。
熱泵季節(jié)性性能穩(wěn)步提升
對于大多數(shù)空間供暖應(yīng)用而言,熱泵的典型季節(jié)性性能系數(shù)(年均能源性能的指標(biāo),COP),自2010年以來穩(wěn)步上升至如今的接近4。
熱泵COP達到4.5或更高的系數(shù)是很常見的,尤其是在地中海地區(qū)和中國中南部等相對溫和的氣候中。相反,在加拿大北部等極端寒冷氣候中,室外溫度低會使當(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)避免了因非變頻技術(shù)的停止和啟動而導(dǎo)致的大部分能量損失,同時還降低了壓縮機的溫升。
法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽以及技術(shù)進步推動了全球的改進。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)性性能系數(shù)在2006年和2015年分別增長了13%和8%。
除了蒸汽壓縮循環(huán)的進一步改進(例如通過下一代組件),如果想要在2030年前將熱泵季節(jié)性性能系數(shù)提高到4.5-5.5將需要面向系統(tǒng)的解決方案(以優(yōu)化整個建筑的能源使用)和使用全球變暖潛能值非常低或為零的制冷劑。
2018 年相對于區(qū)域需求的熱泵就緒指數(shù)
與燃氣冷凝鍋爐相比,熱泵可以滿足90%的全球供暖需求,同時碳足跡更低。
雖然電動熱泵目前仍然只有全球建筑供暖中不超過5%的份額,但長遠來看它們可以提供90%以上的全球建筑供暖,并且二氧化碳排放量更低。即使考慮到電力的上游碳強度,熱泵也比冷凝式燃氣鍋爐技術(shù)(通常以92-95%的效率運行)二氧化碳排放量更低。
2010年至今,依托于熱泵能源性能和清潔發(fā)電的持續(xù)改進,熱泵的潛在覆蓋率已經(jīng)實現(xiàn)了50%這樣的重大提升!
2015年以來政策加速熱泵應(yīng)用
在中國,空氣污染防治行動計劃下的補貼有助于降低前期安裝和設(shè)備成本。中國環(huán)保部于2017年2月在中國各省推出了空氣源熱泵補貼(例如,北京、天津和山西的每戶24000至29000元人民幣)。日本通過其節(jié)能計劃也有類似的計劃計劃。
其他計劃專門針對地源熱泵。在北京和美國各地,30%的初始投資成本由國家承擔(dān)。為了幫助實現(xiàn)的7億米地源熱泵部署目標(biāo),中國提出的補充補貼(35元人民幣/米至70元人民幣/米)用于其他領(lǐng)域,如吉林,重慶和南京。
美國要求產(chǎn)品標(biāo)明供暖的季節(jié)性性能系數(shù)以及熱泵的最低能效標(biāo)準(zhǔn)。這種基于績效的激勵系統(tǒng)可以通過鼓勵在自用模式下將熱泵與光伏結(jié)合使用,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,減少公共電網(wǎng)的凈電力消耗。
除了強制性標(biāo)準(zhǔn)外,歐洲空間供暖性能標(biāo)簽對使用熱泵(至少A+級)與化石燃料鍋爐(最高A級)相同的尺度,從而可以直接比較它們的性能。
此外,在中國和歐盟,熱泵使用的能源被歸類為可再生熱能,從而獲得其他激勵措施,如退稅。
加拿大正在考慮到2030年強制要求所有供暖技術(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)的燃煤、燃油和燃氣鍋爐。
減少更大市場采用的障礙,特別是對于翻新市場
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,政策需要解決選擇障礙,包括高昂的前期購買價格、運營成本和現(xiàn)有建筑存量的遺留問題。
在許多市場中,熱泵的安裝成本相對于能源支出的潛在節(jié)?。ɡ纾?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)可能只會稍微便宜一點,即使他們更高的能源性能。
自2015年以來,補貼已被證明有效地抵消了熱泵的前期成本,并啟動了市場發(fā)展,加速了它們在新建建筑中的應(yīng)用。取消這種財政支持可能會大大阻礙熱泵的普及,尤其是地源熱泵。
翻新和供暖設(shè)備更換也可以成為某項政策框架的一部分,因為僅在新建筑中加速部署不足以到2030年將住宅銷售額增加兩倍。部署涉及建筑外殼元件和設(shè)備升級的翻新包也將減少熱泵安裝成本,可占空氣源熱泵總投資成本的30%左右,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所需的電力系統(tǒng)改造。例如,連接到現(xiàn)場太陽能光伏板和參與需求響應(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
要將全球熱泵供應(yīng)的住宅熱量份額增加三倍,政策需要解決不利的能源價格問題。高電價和較高的前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稅。全球電價(以美元每千瓦時為單位)大約是天然氣價格的兩倍,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已經(jīng)擴大的細分市場(例如用于新建筑的空氣源熱泵)并促進新建筑(例如現(xiàn)有建筑)的部署。
同樣,大型熱泵在商業(yè)上可用,但面臨市場設(shè)計障礙。對用于電熱應(yīng)用的電力征收稅收將有助于它們的使用。
改進能源績效標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽
鑒于當(dāng)前測試程序和定義的多樣性,統(tǒng)一與熱泵性能相關(guān)的定義將使全球基準(zhǔn)測試變得不那么具有挑戰(zhàn)性。目前的定義因地區(qū)而異,而對于天然氣鍋爐等傳統(tǒng)加熱技術(shù),它們的定義更為一致。然而,即使協(xié)調(diào)一致,熱泵性能定義也應(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)。它以一次能源的形式表達能效,自2017年以來,僅允許銷售超過最低能效115-125%(相當(dāng)于SCOP為2.875至3.125)的空氣源熱泵熱水機和地源熱泵。對于空氣源熱泵供暖設(shè)備,歐盟最低SCOP為3.8。
所以,標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)簽應(yīng)該繼續(xù)展示關(guān)于熱泵性能相對于燃氣鍋爐性能的優(yōu)越性。例如:歐盟能源標(biāo)簽法規(guī)將能源性能的“A”標(biāo)簽,設(shè)置為0.92的最低初級能源與最終能源之比,這適用于冷凝鍋爐技術(shù)。性能更好的產(chǎn)品(如熱泵)被標(biāo)記為A+到A+++。其他政策信號,例如供暖設(shè)備的碳強度預(yù)期,也將鼓勵更多地采用熱泵。
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