中国热泵高效与低排放产品成为主流趋势

  近期，在能源基金会的支持下，国际能源署（IEA）和清华大学团队联合发布了合作撰写的在建筑领域，热泵协同建筑能效提升、电力和热力系统脱碳，到2050年有望将中国建筑供热相关二氧化碳排放量减少75%（和2022年相比）；在轻工业领域，在电网脱碳和电气化的双重助力下，2050年热泵将贡献用热相关减排量的三分之一，成为轻工业领域脱碳的关键工具

  中国的用热需求占全球总量近三分之一，其中工业用热占全球的比重高达40%，而建筑用热占全球的比重约为20%。目前，中国的热力供应仍主要依赖化石燃料燃烧，由于供热而直接和间接产生的二氧化碳占全国排放量的40%。不过人均用热需求和单位建筑面积耗热量比全球其他主要供热市场平均低65%和50%，未来中国的供热选择对于全球供热零碳路径的实现具备极其重大的作用。

  热泵能够从周围的热源中提取热量（如空气、地热、附近水源、工厂余热等），再将热量转移到需要的地方，其能效是燃料燃烧或电阻加热系统的三至四倍，是热力管网、建筑和工业供热脱碳的最高效解决方案之一。从全球看，2023年热泵销量在2020年基础上增长了近30%。当前，中国热泵装机占全球总装机的25%，已经成长为全球最大的建筑热泵市场，是驱动全球供热需求的主要国家之一。在“双碳”目标下，中国供热领域的能源革命、热泵的应用发展对全球供热脱碳进程有着举足轻重的影响。

  本次发布的报告全面探讨了热泵在中国建筑、工业和集中热力管网的应用情况，分析了进一步加速热泵应用的潜力和影响，也提出了减少障碍、促进应用的措施建议*。

  *国际能源署在本报告中基于其“既定政策情景”（STEPS）和“承诺目标情景”（APS）两种情景展开预测和分析。

  ▷ 国际能源署既定政策情景（STEPS）：该情景根据对各国各部门于2023年8月底之前已出台的能源有关政策以及正在制定的政策进行的评估，反映当前政策情况。该情景还考虑到目前已规划的清洁能源技术的制造产能。

  ▷ 国际能源署承诺目标情景（APS）：该情景假定世界各国政府和行业于2023年8月底之前作出的各项气候承诺（包括国家自主贡献（NDC）和长期净零目标），以及电力普及和清洁烹饪目标都将全面按时兑现。

  热力是建筑和工业部门必需的能源服务。目前，中国的供热系统仍主要依赖化石能源，2022年70%的热力源自化石燃料，消耗了40%以上的全国煤炭总消费量。同时，中国的供热需求占全球的33%，其中工业部门用热占全球的40%，建筑部门用热占比约20%，且全球供热的直接二氧化碳排放量中40%来自中国。供热领域的能源转型，对于中国实现“双碳”目标，以及推动全球脱碳都具备极其重大意义。

  热泵是一种电气化、高效、可耦合可再次生产的能源和余热的零碳技术。在主要热力服务中，200°C以下的供热需求最适合热泵应用，建筑的热力需求基本在这一范围，工业供热需求的约20%在此范围。这在某种程度上预示着，若能将热泵运用在这些领域，将为中低温供热脱碳提供实证有效的解决方案。

  与其他零碳技术相比，建筑用热泵具有较高的技术成熟度，在不一样的地区已有不同程度的应用。多个方面数据显示，热泵在中国建筑供暖市场的份额从2015年的4%增加到了2022年8%。其中，户用的空气-空气、空气-水和地源热泵都经过了广泛的测试，具备极高的可靠性和能效。商用和高密度住宅使用的大型热泵技术同样成熟，但由于系统模块设计更复杂，需要更大规模的安装，其普及程度不及小型热泵。

  的中国北方地区，属寒冷和严寒气候区。以燃煤燃气热电联产和锅炉为主要热源的集中供热管网是北方城镇主要的采暖方式，热泵等电力供暖设备只占2%。

  ，属于夏热冬冷气候区，取暖主要由各类分散式设备在部分时间、部分空间供暖，约25%的设备为热泵。

  ，以分散供热为主，在清洁取暖政策的引导下，热泵逐渐得到应用，约占供热设备的20%。

  ，有一些空气源热泵安装在小型热力管网中，以较低的温度范围（65°C）满足50万至300万平方米的供热需求。也有一些在集中热力管网中使用大型热泵回收余热的实例。

  热泵在中国工业领域的应用才起步，在工业供热中的占比微乎其微。尽管如此，热泵在酿酒、谷物烘干等轻工业领域已有不错的尝试，特别是烘干用工业热泵近年来的年销量增长超过25%，未来市场发展的潜力广阔。

  对于某些工业过程而言，可以商用的热泵技术已存在，但部署水平较低。具体应用场景包括为蒸馏或煮沸过程生产热水，为加热或消毒过程生产蒸汽，或为干燥过程生产热空气等。工业热泵还可以与区域供热系统协同增效，在从供热管网获取热能以及向管网提供工业余热时提升温度。

  就供热温度而言，输出温度不超过140°C的热泵，已经投入多种商用。相比之下，140°C以上的热泵应用还十分罕见，只有少数被部署在拥有高温余热且所需温升较低的小型系统中。目前，140°C以上热泵产品还远未进入商用市场。

  重要的一点是，与建筑热泵不同，大多数工业热泵不可以使用环境空气作为热源，而必须依靠温度足够高的余热。为达到与造纸和食品等工业过程相匹配的高输出温度，热源温度必须够高。在这种情况下，工业余废热往往是合适的热源。

  热泵是供热系统脱碳极具前景的解决方案。在“双碳”目标下，热泵在建筑和轻工业部门的部署和应用具有最大潜力。

  在中国农村地区，随着支持煤改电政策的出台，热泵的发展势头强劲并持续。在夏热冬冷地区，热泵已成为很多家庭的标配，不仅是冬季的主要供暖系统，也用于夏季制冷。在中国北方城市，直接在建筑中使用热泵还相对较少，因为大部分既有建筑已接入集中供暖系统。不过，对未接入集中供暖系统的新建建筑，或为居住或商业建筑提供生活热水而言，热泵可能是不错的选择。

  如图3所示，既定政策情景下，受到当前政策（如中国北方的煤改电政策）的影响，建筑领域中热泵的保有量将翻两番，预计到2050年将超过11亿千瓦。在承诺目标情景（与碳中和目标相符的情景）下，额外的政策支持将促使热泵的销量到2050年增加到每年约1.2亿千瓦，2050年建筑部门的总装机容量将增加到目前的5.6倍，达到近14亿千瓦。热泵能够很好的满足的建筑用热的需求，将从2022年的4%上升到2050年的25%。

  图3 2022-2050年既定政策情景与承诺目标情景下，中国建筑热泵的存量（左）和销量（右）

  按建筑应用场景划分，在两种情景下，热泵在城市和农村地区均发挥及其重要的作用。到2050年，约35%的热泵装机容量将在农村地区（图4），其余机组则位于城市地区。在承诺目标情景下，到2050年，空气-空气热泵预计仍是热泵市场的主流产品，产品装机将超过7.5亿千瓦，空气-水系统热泵将超过5亿千瓦（其中热泵热水器将超过2.5亿千瓦，满足12%的热水需求），地源热泵将占剩余的10%的存量。

  图4 2022-2050年既定政策情景和承诺目标情景下，中国不同气候区的建筑热泵存量

  此外，在北方城镇的集中热力管网中，热泵也是对各种余热进行回收和再利用的关键。据报告分析，到2050年，安装在集中热力管网中回收利用余热资源的热泵可达6.5亿千瓦（图5）。

  图5 2030和2050年，对中国发电厂和工业所产生的余热进行回收和再利用的热泵的部署潜力

  在工业领域中，热泵在不同子行业的应用前景各有不同。据报告分析，中国的造纸行业目前约55%的供热需求从技术上可由工业热泵满足，按照2022年的能源需求计算，这相当于部署2000-3000万千瓦的热泵容量。化工行业目前约18%的供热需求可由热泵满足，这在某种程度上预示着热泵装机容量将要达到5500-8500万千瓦（假设利用率为50-80%）（图6）。此外，与能源密集型产业相比，轻工业的平均工艺温度较低，集成热泵的潜力最大。平均而言，轻工业45%的供热需求适合热泵，在机械及食品等细分部门中的比例可高达50%左右。若使用热泵来满足这些供热需求，则需要现在部署0.85-1.35亿千瓦的热泵。

  图6 中国部分工业部门不一样的温度水平和热泵部署潜力范围下，工业热泵可满足的供热需求比例

  对于轻工业领域，满足供热需求所需的热泵装机容量取决于多种变量，如工作班次、利用率或不同工艺的优化。假设利用率为80%，那么在承诺目标情景下，到2050年，所需的热泵装机容量将为3000万千瓦（图7）。这些容量大多应用于饮食业，将占2050年热泵存量的约40%；其次是机械以及纺织和皮革行业，分别占存量的30%和15%。要逐步建立这一存量，2025至2050年间，每年要安设约150万千瓦的热泵，以满足到2050年20%左右的供热需求。

  图7 2030-2050年，既定政策情景和承诺目标情景下，中国轻工业不一样的温度水平的工业热泵装机容量

  虽然热泵在中国扩大应用具有巨大潜力，但也不可以忽视一些制约因素。例如，它面临着太阳能热、地热和生物能等其他供热技术的竞争。若条件适合，这些技术在成本上极具竞争力。此外，还有空间限制、融资困难、缺乏专业相关知识，甚至特定工艺的不兼容性，也可能阻碍热泵的推广。尽管如此，热泵在2050年仍将是重要的低碳技术。

  报告发现，在建筑和工业领域加速热泵的应用、加大热泵的部署，将对中国“双碳”目标、环境和公众健康、产业及就业产生重要的协同效应。

  建筑领域在承诺目标情景下，热泵的广泛应用可以将供热直接用煤在2040年几乎完全淘汰，天然气直接供热的比例也将减半。到2050年，热泵将贡献中国建筑供热领域直接减排量的约30%，协同建筑能效提升、电气化和电力系统脱碳，建筑供热的二氧化碳直接排放量有望于2050年降至7000万吨。

  图8 2022-2050年既定政策情景和承诺目标情景下，中国空间供暖和热水的二氧化碳直接减排情况

  承诺目标情景下，轻工业供热产生的二氧化碳直接排放量将从目前的1.1亿吨急剧减少至2050年的仅1000万吨，降幅达95%；到2050年，在电气化的助力下，热泵将贡献轻工业领域用热减排量的三分之一，成为该领域脱碳的关键工具。

  图9 2022-2050年既定政策情景和承诺目标情景下，中国轻工业供热二氧化碳直接排放变化

  随着国家对节能环保政策的不断推进，慢慢的变多的公司开始重视绿色发展，积极寻求高效、环保的能源解决方案。在这一背景下，蓝焰高科燃气热泵凭借其卓越的能效表现，成为了市场上的一颗新星。

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