銷量狂飆、節(jié)能3倍：熱泵為何突然成為減碳“神器”

撰文 | Penn；編輯 | 郭郭

這是《環(huán)球零碳》的第590篇原創(chuàng)

當?shù)貢r間4月5日，特斯拉正式發(fā)布其可持續(xù)性能源發(fā)展“宏圖計劃”第三篇章(Master Plan Part 3)的完整文件。

最新的完整文件重申，實現(xiàn)可持續(xù)的能源經(jīng)濟需要達到這些目標：儲能240 TWH，可再生電力30 TWH，制造領域投資10萬億美元，能源要求為化石燃料經(jīng)濟的一半，可再生能源生產(chǎn)設施占地面積低于0.2%，占2022年全球GDP的10%，無法克服的資源挑戰(zhàn)為零。

為實現(xiàn)這一目標，馬斯克在3月1日的特斯拉投資者日上已公布了擺脫化石能源的五個核心步驟：（1）用可再生能源驅(qū)動現(xiàn)有的電網(wǎng)；（2）全面轉向電動車；（3）將熱泵推廣至家庭、企業(yè)、工業(yè)；（4）在工業(yè)領域使用高溫儲能及綠色氫能；（5）在飛機和船舶上應用可持續(xù)能源。

除了大家較為熟悉的光伏、儲能、電動車和氫能，馬斯克此次重點介紹了熱泵這項不為大眾所熟知的技術。馬斯克提出應該在家庭、企業(yè)和工業(yè)中優(yōu)先用熱泵，熱泵并不產(chǎn)生熱量而是將外部的能量傳遞到房屋內(nèi)部，這將為建筑物供暖減少3倍能耗，且此舉可以減少22%化石燃料的使用，并為提高能源效率鋪平道路。

熱泵在馬斯克看來減碳潛力上將超過電動車，將在未來地球的可持續(xù)性能源經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位。他表示盡管特斯拉暫時沒有熱泵相關產(chǎn)品，但未來或許會生產(chǎn)家用熱泵向市場銷售。未來，大規(guī)模使用熱泵需要3000億美元的制造投資。

除了馬斯克看好熱泵，歐盟也在去年5月公布的“RepowerEU” 能源轉型行動方案中，明確要求將當前的熱泵部署速度提高一倍，未來五年累計安裝達到1000萬臺。

國際能源署（IEA）在去年12月發(fā)布的特別報告《熱泵的未來》（the Future of Heat Pumps）中也表示，熱泵的使用有助于提高能源供應安全，同時有助于對抗氣候變化；未來數(shù)年，熱泵銷量有望呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢，熱泵生產(chǎn)商也將迎來前所未有的市場機遇。

作為取暖設備，熱泵在我國并不為人們所熟悉，它到底神奇在何處，為何一躍成為歐洲人的“取暖神器”并且銷量狂飆屢創(chuàng)新高？

01 什么是熱泵？

熱泵(Heat Pump)是一種在高位能(一般為電能、熱能)的驅(qū)動下，將低位熱源(通常是空氣、水或土壤)的熱能轉移到高位熱源的節(jié)能裝置，從而為生產(chǎn)和生活供暖、供冷及提供熱水等服務。

熱泵系統(tǒng)包括熱泵機組、熱分配系統(tǒng)、低位熱源采集系統(tǒng)、高位能輸配系統(tǒng)。其中，熱泵機組主要是由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機構、輔助設備等部件組成。熱泵供熱基本原理為“逆卡諾循環(huán)”即：壓縮機運轉做工消耗電能，使不斷循環(huán)的制冷劑在不同的系統(tǒng)中產(chǎn)生不同的變化狀態(tài)和不同的效果（蒸發(fā)吸熱或冷凝放熱），從而達到了回收低溫熱源制取高溫熱源的作用和目的。

熱泵的本質(zhì)是熱量的輸送裝置，其熱效率通?？蛇_300%-400%以上，即1度電至少搬運3-4度電，其熱效率比直接制熱的電熱水器、燃氣鍋爐采暖等高出幾倍，且?guī)缀鯚o污染。根據(jù)中國節(jié)能協(xié)會數(shù)據(jù)，若向室內(nèi)供應10kW熱量維持室溫20℃，采用燃煤供暖需要消耗14kW的化學能，電阻加熱器直接加熱空氣需要電能10kW，電動熱泵僅消耗2.86kW電能。

根據(jù)低位熱源種類區(qū)分，熱泵可分為空氣源熱泵、土壤源熱泵和水源熱泵等。上述三種熱泵系統(tǒng)使用不同的熱源，具有不同的優(yōu)缺點。整體來看，空氣源熱泵雖然運行效率不及土壤源熱泵和水源熱泵，并存在冬季除霜的需求，但其在安裝和使用操作方面具備明顯優(yōu)勢，應用更為普遍。空氣源熱泵有效利用了空氣熱能這一可再生能源，節(jié)能效果顯著，運行中可以做到零污染。

02 熱泵有何用途？

熱泵具有節(jié)能、環(huán)保、高效等特點，可用于制冷、供暖、供熱水、烘干等多項功能，應用領域廣泛。在建筑領域，熱泵可為建筑供暖、供冷、除濕和提供熱水；在農(nóng)業(yè)領域，熱泵可用于干燥工藝，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控，改善農(nóng)村經(jīng)濟結構；在工業(yè)生產(chǎn)方面，高溫熱泵系統(tǒng)可被應用于石油化工、紙漿加工、陶瓷工業(yè)、印刷業(yè)等大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中。此外，熱泵海水淡化技術也取得了技術突破，采用機械壓縮式熱泵海水淡化，可直接將海水加熱到80“C以上，與現(xiàn)有膜法海水淡化技術相比，可節(jié)約能源約40%，成本降低約50%，且不會造成環(huán)境污染。

全球范圍來看，熱泵目前更多運用于住宅和商業(yè)建筑的空調(diào)，除了傳統(tǒng)的建筑領域，高溫熱泵和余熱回收正在幫助工業(yè)部門脫碳，而且它們的作用正在大大增加。熱泵正在被確定為工業(yè)脫碳的關鍵技術。國際能源署已確定，到 2050 年，熱泵將占輕工業(yè)熱需求的 30%，這相當于在未來 30 年內(nèi)每月推出 500 兆瓦的熱泵。

中國節(jié)能協(xié)會熱泵專業(yè)委員會在《熱泵助力碳中和白皮書（2021）》中列舉了熱泵在工業(yè)中具有較大發(fā)展?jié)摿Φ牡湫蛻茫?/p>

1/高溫工業(yè)熱泵

能夠提供高達150℃的熱媒介質(zhì)，是未來熱泵技術研究的重要方向之一，技術突破將導致的性能和可靠性的大幅提升。

2/余熱回收

利用中高溫熱泵技術，不但可減少對環(huán)境的熱污染，又可把低溫余熱提高到可直接利用的溫度，提高能源的利用率，降低二氧化碳排放。

3/工業(yè)干燥

熱泵干燥系統(tǒng)有高效節(jié)能、干燥過程參數(shù)易控制、干燥時間短、無廢氣排放、環(huán)境友好等特點。

4/冷熱聯(lián)供系統(tǒng)

針對既需要制冷冷藏，又需要制備熱水的工業(yè)場景，可采用冷熱聯(lián)供技術，避免能量的浪費。

03 熱泵市場狂飆

熱泵是一種高效且氣候友好的技術解決方案，可幫助消費者節(jié)省能源賬單費用，并減少國家對進口化石燃料的依賴。由于成本下降和強有力的政策激勵措施，熱泵市場近年來一直在強勁增長。2021年，全球熱泵銷售額增長了近15%，是過去十年平均水平的兩倍，其中歐盟/北美/中國（僅空氣源）/日本熱泵同比分別+35%/+15%/+13%/+13%，歐盟在熱泵政策刺激下增速較快，美國、日本熱泵發(fā)展歷史較早，熱泵滲透率相對較高。

2022年，隨著俄烏沖突帶來的全球能源危機，歐洲熱泵市場一路狂飆，創(chuàng)下了約 300 萬臺的銷售新紀錄，同比增長80萬臺（38%），自2019年以來翻了一番。2022 年售出的熱泵則替代了大約 40 億立方米 (bcm) 的天然氣，避免了大約 800 萬噸 (Mt) 的二氧化碳排放。

據(jù)歐洲熱泵協(xié)會統(tǒng)計，2022年，許多歐盟國家熱泵的銷量都實現(xiàn)了跨越式增長。例如，德國2022年市場增長了53%，約有23.6萬臺熱泵用于建筑供暖。值得一提的是，德國政府預計2024年熱泵的銷量將超過50萬臺（3年內(nèi)增長3倍以上）。挪威是歐洲氣候最冷的國家，目前約有三分之二的家庭擁有熱泵，其銷售額增長了25%。2022年，芬蘭熱泵市場增長了50%，瑞士增長了23%。比利時和波蘭一樣，熱泵市場更是在2022年翻了一番。法國目前擁有歐洲最大的熱泵市場，2022年增幅也達到了30%。

為降低能源依賴及維護能源安全，歐洲各國出臺供暖脫碳政策持續(xù)利好熱泵銷售。除了歐盟整體“REPowerEU”計劃明確將熱泵的部署速度提高一倍，未來五年累計部署1000 萬臺。英國、德國、法國等國家亦出臺政策明確未來熱泵部署目標，熱泵長期高增確定性強。國際能源署也指出，歐盟各國政府如果成功實現(xiàn)溫室氣體減排和能源安全目標，到2030年熱泵的年銷售額需要從2021的200萬臺增至700萬臺。

雙碳背景下我國加快低碳轉型的步伐，各省份連續(xù)發(fā)布一系列政策鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)，大力推行供暖領域電氣化。2021年“碳達峰”相關行動方案出臺，2022年各地“十四五”能源規(guī)劃陸續(xù)落地。隨相關建筑減碳要求的加速實施，未來中國熱泵市場規(guī)模有望持續(xù)上升。于此同時，財政部預算報告顯示2022年大氣污染防治方面撥出300億元，比去年增加25億元，將進一步增加北方地區(qū)清潔取暖補助支持，也將推動國內(nèi)空氣源熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在相關政策的支持下，國內(nèi)市場在煤改電逐步趨弱的背景下，將迎來新的發(fā)展機遇。

04 熱泵成本比化石燃料鍋爐還低

目前，購買和安裝熱泵的成本可能是燃氣鍋爐的兩到四倍，但由于熱泵的效率更高，熱泵在使用壽命內(nèi)的成本通常比化石燃料鍋爐低。國際能源署指出，以目前的能源價格計算，改用熱泵的家庭每年可節(jié)省的能源費用從美國的300美元到歐洲的900美元不等，但是政府需要為熱泵提供進一步的支持，以幫助消費者克服熱泵相對于傳統(tǒng)供暖技術額外成本。

與此同時，熱泵的快速擴張也帶來了一些挑戰(zhàn)，例如熱泵將不可避免地增加電力需求，可能需要電網(wǎng)的升級。到2030年，全球熱泵供應和安裝可能需要130多萬工人，幾乎是目前的三倍，可能會出現(xiàn)技術工人短缺。

國際能源署署長比羅爾博士說：“熱泵是碳減排不可或缺的技術。熱泵市場的一切都準備就緒，這讓人想起我們在太陽能光伏和電動汽車等其他關鍵氣候技術中看到的發(fā)展軌跡。熱泵是對能源可負擔性、供應安全和氣候危機等許多最緊迫的解決方案。政策措施今天已經(jīng)到位，但需要進一步加強，以使熱泵發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟和環(huán)境潛力。”

（參考文獻詳見公眾號環(huán)球零碳）

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