近日,国际能源署(IEA)发布特别报告称,在能源危机和气候目标的双重刺激下,全球热泵销量正冲向历史新高,其中,欧洲国家热泵销量增速尤为明显。如果各国能够按照既定的气候目标实施供热领域降碳工作,到2030年,热泵的应用有望帮助降低至少5亿吨二氧化碳排放量,这一减排规模相当于欧洲所有汽车一年的二氧化碳排放量。
供热和制冷在能源消费中约占一半,是极其重要的终端能源需求。降低制冷制热耗能,对实现碳中和有重要意义。
热泵技术可应用于工农业,用于工业烘干、温室养殖,也可用于人类生活提供舒适性环境,进行建筑供暖、生活热水使用。它是21世纪全球最具价值的节能减碳技术之一,产业发展前景非常广阔。
近年来,欧盟各国提出碳中和目标,并制定了政策法规,将热泵纳入可再生能源,热泵在欧盟国家蓬勃发展。
欧盟委员会通过了一揽子提案,包括欧盟的气候、能源、土地使用、运输和税收政策,目的是2030年将温室气体净排放量与1990年的水平相比至少减少55%,到2050年实现欧洲碳中和。该提案计划包括新建建筑近零能耗,再生能源利用提升(在供暖制冷每年增加1.1%),建筑翻新降耗等。
法国的MaPrimeRénov的税收减免政策根据家庭收入、产生的能源节约进行评估。从2021年开始,MaPrimeRénov向所有家庭、房东和共有公寓的房主开放。
申请资格房主:前提是该房产是他们的主要住所,并且该房产是两年前建造的。第二套房子不符合条件。
房东:必须在收到补助金后不迟于6个月内将该物业作为主要住宅出租至少5年,且现有租户的租金不得因工程而增加。房东还需要考虑,作为HabiterMieux/HabiterSerein赠款计划下的替代赠款。
共同所有权属性:也有资格居住在共同所有权性质(业主copropriétaires),其中授权通过管理代理。无论共同所有者(居住者和房东)的个人财务状况如何,都可以获得帮助。要符合资格,共有人必须开展至少节能35%的改造工程,并且工程必须基本上由至少75%主要住宅组成。
MaPrimeRénov政策
意大利的Ecobonus2021政策:与建筑物的能源重新认证、更换旧的冬季空调和热水器系统或安装太阳能热系统有关。对购买绿色系统(热泵)的个人进行所得税减免65%热泵费用。安装系统的性能系数(COP,EER)至少等于相关最小值。生产、生活热水的热泵热水器取代传统热水器,COP>2.6。
Ecobonus2021政策
Superbonus110%政策:能源再开发110%费用扣除,制造商需负责提供有关市场上热泵是否符合限值的适当证明。热泵必须符合一系列技术参数,特别是性能系数和能效指标,数值必须等于或大于法律规定的最小值(标准DM6/08/2020(附件F))。对于如果热泵配备了用于改变压缩机速度的逆变器(变频器),最低限制要求降低5%。
Superbonus110%政策
德国高效建筑补贴(BEG):建筑翻新可以获得部分债务减免的赠款或贷款,资助金额为35%,并可以通过各种奖金增加到50%。
时间要求:必须在2023年1月1日之前改装能耗计量和计量电表,以便记录核查电量消耗和所有产生的热量。
适用情况:个人计划部分,如果在至少五年房龄的现有建筑中安装热泵,他们可以获得有吸引力的资金。其中,金额取决于旧供暖的类型,补贴比例介于35%到50%之间。热泵的BEG补贴几乎适用于安装新供暖系统产生的所有费用。这包括拆除和处置旧系统或安装新加热面的费用。住宅建筑中每栋住宅单元最高60000欧元,非住宅建筑中每栋建筑每平方米净建筑面积最高1000欧元(最高1500万欧元)。
节能房补贴
热泵能效要求:对于加热输出≤12kW的空气对空气热泵,要求季节性空间加热效率ƞs>181%。所有超过12kW的空气对空气热泵必须达到季节性空间加热效率ƞs>150%。
热泵能效要求
年度绩效数据要求
英国提出了到2050年实现净零排放的目标,这一计划涵盖英格兰、苏格兰和威尔士经济的所有领域。当前,英国各地都做出了一定程度的行动,为实现净零经济的关键支柱所需要的政策已在积极制订或正在发展中。这些包括低碳电力供应(到2050年需要翻两番)、高效和低碳建筑供暖、电动汽车、CCUS技术和低碳氢、停止可生物降解的垃圾填埋场,逐步淘汰的氟化气体,增加植树,在农场实施减少排放的措施。
1)政策一:RHI(可再生热激励计划),根据每年的热量需求赚取7年的年度付款。补贴金额:7年内赚取高达28000英镑的收入。时间:截止到2022年3月。
2)政策二:CleanHeatGrant2022政策,旨在帮助现有的小型家庭建筑过渡到低碳供暖系统。
时间:该计划于2022年4月生效,取代现有可再生热激励计划(RHI)。
覆盖范围:从2022年4月开始运行3年,总预算4.5亿英镑,90000户家庭将能够从CleanHeatGrant中申请5000英镑。
申请要求:房产必须是现有建筑或定制建筑,并至少提供一份来自认证安装商的报价,才有资格获得补助金。
酒店(公寓)必须提供有效的能源性能证书(EPC)。EPC通过在A(非常高效)到G(效率最低)评级来说明建筑物的能源效率,这有助于了解该物业释放的碳排放量以及为建筑物供暖的成本。
不需要EPC的建筑:宗教场所、使用时间不超过2年的临时建筑、总使用面积小于50m2的单幢式建筑、不消耗大量能源的工业场地、车间和非住宅农业建筑、一些即将拆除的建筑物、每年出租少于4个月或根据许可证出租的度假住宿、拟每年使用少于4个月的住宅楼。
总的来说,欧盟主要国家推进建筑节能立法,给予热泵补贴,引导热泵使用。政策主要引导热泵提高能效值、建筑翻新提升建筑能效水平,来逐步实现净零建筑目标,最终实现碳中和。
能源是一个国家经济社会发展的物质基础,现代能源体系倡导构建以需求为主导、多品种能源融合、多种供能方式协同的能源系统。
在能源危机日益严重的今天,热泵以其节能、环保的优势在全球范围内得到了迅速发展。采用热泵技术将不同能源联合运用,实现了优势互补,可追求能源利用率和系统效率最大化。
俄乌冲突加剧、北溪1号面临断气危机,导致欧洲油气紧缺、价格飙涨。随着摆脱对俄罗斯石油、天然气、煤炭等能化资源的过度依赖的政治意识日益强烈,欧盟终于在2022年的7月初达成了削减天然气用量协议,并在2022年8月9日正式生效。
根据该协议,欧盟成员国同意在2022年8月1日至2023年3月31日期间,根据各自选择的措施,将天然气需求在过去5年平均消费量的基础上消减15%。
欧洲目前采暖手段技术共有5种,直接采暖、电加热、锅炉、热泵、太阳能热系统。欧洲最大市场德国、法国、意大利传统锅炉采暖比例较高,亟待转型。这次能源危机直接促成欧洲采暖市场加速热泵技术的推广,实现跨越式发展。
根据欧洲热泵协会提供的数据,全欧洲人口7.5亿,其供热结构中有约1.2亿户采用传统燃气炉供热,其中近0.67亿采用区域供热或者燃油、煤、液化气供热,热泵的累计安装量不到0.17亿户。
假若欧盟燃气炉供热中有15%转换为热泵供热,新增需求将达到0.18亿户,几乎是目前热泵累计安装量的水平。
根据IEA预计,至2025年欧洲热泵销量达到400万台,市场规模将达到174.7亿美元,2021~2025年CAGR为16%。
从节能降费来看,相比电加热系统/天然气/燃油/液化石油气,欧洲能源协会EHPA认为,推广空气源热泵分别可以为欧洲家庭节省约60%/50%/18%/12%的费用,热泵将成为欧洲家庭突破能耗效率瓶颈的重要途径。从碳中和目标来看,用空气源热泵,相比电加热系统/天然气/燃油/液化石油气,分别可降低碳排放约60%/50%/64%/57%,符合欧洲国家节能降排、建设清洁国家的目标。
至今,欧洲家庭普遍未装空调,然而2022年欧洲气温变暖速度超过世界平均水平,热泵凭借节能省电降费等优势可对空调形成一定程度上的替代,补足欧洲潜在的空调需求。还有,除家用制冷、供暖、热水以外,热泵还可应用于工业、农业、车载等领域,行业前景愈来愈广阔。
反观我国,虽然热泵产业已经有了非常大的发展,但主要仍以出口为主,国内的推广还有很长的一段路要走。
热泵技术作为可再生能源利用的关键技术,得到了我国各级政府的大力支持。以法律法规、专项条例等政策文件形式,约定行政区域、行业类别等范围内的应用要求。这些政策在推动可再生能源热泵技术应用方面起到了关键的作用。
热泵应用推广在各地主要体现于绿色建筑政策、能源政策中,特别是清洁取暖政策体系当中。
政策因地区差异侧重点各有不同,地热能的热泵利用由于其资源的普遍性和可得性高,在大部分地区省市政策中均有提及,空气源热泵鼓励政策则在华北、华东和华中地区较多,长江流域地表水资源丰富的江苏、重庆等有水源热泵鼓励政策。
财政支持机制分两个层级,国家财政部通过2009年的可再生能源示范城市和示范县项目实施,支持了四十余个示范城市级可再生能源应用示范,推动了我国地源热泵迎来了快速增长期。
2017年实施的清洁取暖试点,推动了空气源热泵为主的热泵供暖快速增长,到目前为止已经有六十个清洁取暖试点城市,在其中应用热泵替代散煤供暖,均有国家级财政拨款补贴。
地方财政支持力度各不相同,全国具有地源热泵补贴政策的有北京、上海、重庆和吉林,补贴以政府投资项目或可再生能源示范项目为主。对于空气源热泵,主要是清洁取暖试点城市根据国家政策拨款进行地方政府配套资金支持。
此外部分经济发达省市积极探索绿色金融投资,引导其进行热泵及可再生能源利用方面投资,推动热泵技术应用金融化市场化发展。
热泵在政策支持及需求拉动双重作用下,在我国已经取得了规模化应用,但在进一步推广过程中仍然存在一些障碍和壁垒。
(1)能源结构和价格体系决定的热泵应用经济性竞争力不足问题。
煤是我国北方地区传统供暖能源,尤其是在农村地区分散户用供暖,燃煤以其低廉的价格,供暖炊事两用的便捷,占据主要地位。散煤燃烧是北方冬季雾霾天气成因之一,采用清洁方式代替散煤供暖的方式包括:直热式电采暖、空气源热泵、燃气壁挂炉,小型水地源热泵等。
以北京地区典型单户住宅为例,采暖面积80㎡,全年累计采暖负荷6040kWh,基准折现率取6%,。在不同能源单价下,较之于散煤燃烧供暖,采用空气源热泵是具有经济性竞争优势的。
各类采暖方式的设备初投资随地区和年份相对变化幅度较小,但是能源价格往往在不同地区和不同时间由较大差异,费用年值均随能源价格上升而增加。热泵供暖费用年值会进一步提升,经济竞争力会进一步降低,影响用户选择。
(2)低位热源决定的热泵供能强度,限制了应用场景。
热泵以可再生能源为低位热源,可再生能源通常具有量大质稀的特点,对于需要供能强度高的应用场景,如替代严寒、寒冷地区集中供热热源、用作工业生产热源等,目前的蒸汽压缩式热泵性能仍不理想。
除了受制于制冷剂工作温度区间,压缩机压缩比范围的影响,低品位的低位热源使换热需要更大的面积,更大的换热介质流量等,因此会导致集中换热器布置出现空气冷湖现象,集中地埋管布置出现冷热堆积现象等使热泵系统性能下降,使系统成本显著增加,降低了热泵供能的竞争力。
新型的中深层地埋管地源热泵,从增加埋管深度的角度,提升了换热强度,节省了换热器占地面积,是解决高能量密度供热需求的新技术,但是地质构造变化决定其钻孔难度,对其经济性有着显著影响,全面推广仍竞争力不足。
(3)热泵技术应用政策多为引导示范,强制性不足。
热泵作为可再生能源的有效利用途径,国家及地方政策多从鼓励加大可再生能源利用量的角度提出,作为能源形式的选择之一较少作为强制性技术要求,多与太阳能热水、太阳能光伏等并列作为可选用的可再生能源利用措施之一。
同时部分地区新建建筑有强制应用太阳能条文要求,且相较于近年成本不断降低的太阳能光伏,热泵供能系统投资成本具有较大劣势,因此应用推广受到一定影响。
(4)热泵产品及系统应用水平需要提升,运维水平不高影响其节能效果。
热泵系统投入使用之后的运行和维护水平仍有改善空间,粗放的运维忽视了系统源荷匹配问题,将地源热泵系统简单的当作传统空调系统忽视岩土体冷热堆积问题,忽视自然水体升温降效问题,对于空气源热泵忽视空气短路问题等,造成热泵系统实际运行能效低,甚至导致部分项目无法运行,影响了用户对热泵应用的信心。
部分给予热泵系统补贴的地区,采用前评估方式进行配套资金发放,后续运行效果评估不足,能效监测不到位,使得热泵系统没有发挥其应有的节能减排作用,影响了热泵技术的推广。
(5)热泵技术宣传仍然需要加强,老百姓认识有待提升。
尽管热泵技术在我国已经取得了大量应用,但是在普通百姓中的宣传力度仍需进一步加强,由于地源热泵系统存在大量隐蔽工程,大家可见的集中机房与普通制冷机房差异不大,因此对其系统特性也无深入了解。
对于空气源热泵的理解仍然有相当多人的认识停留在冷暖空调水平,对其是高效采暖装置的认识需要随能源电气化进步同步提升,因此,当前热泵技术宣传力度应该进一步加强,使其成为用户能源系统的优先选项。