1. 热泵行业:高效清洁的供暖高景气赛道
热泵是一种清洁高效的热量输送装置,主要应用领域有采暖(作用类似空调)、热 水(作用类似热水器)和烘干(应用于农业粮食烘干等)。热泵具有更为节能、使用体验 更优、适用范围更广、运行费用较低的优点,局限性主要体现在前期购买及安装成本较 高、低温下制热效率低、设备体积大。根据 IEA 数据,2010-2020 年全球热泵安装量(含 空气源、水源、地源热泵)CAGR 为 6.4%,2020 年全球热泵共安装 1.77 亿台、其中中 国/北美/欧洲安装量占比分别为 33%/23%/12%。从产业链角度看,热泵产业链包含较多 环节,品牌端来源较为广泛,制造端可分为整机、零部件,我国是热泵主要的整机生产 基地,零部件配套较为齐全。
1.1. 热泵原理及分类:热量输送装置,可用于采暖、热水、烘干多领域
清洁高效的热量输送装置。热泵是通过消耗少量电能、将热能从自然界的低温物体 (如空气、水、土壤)转移到高温物体的装置,具备环保节能、能效比高等优势,可广 泛应用于农业、工商业及生活等领域。热泵供热基本原理为“逆卡诺循环”即:压缩机 运转做工消耗电能,使不断循环的制冷剂在不同的系统中产生不同的变化状态和不同的 效果(蒸发吸热或冷凝放热),从而达到了回收低温热源制取高温热源的作用和目的。
热泵分类方式主要有三种:应用领域、低位能来源、功能。1)按应用领域:主要 分为采暖、热水及烘干三个方面,采暖及热水销售占比较高,2021 年我国热泵采暖/热 水/烘干销售额占比分别为 44.2%/44.3%/11.5%。2)按低位能来源:分为空气源热泵、水 源热泵、地源热泵,空气源热泵占主体、2021 年我国空气源热泵占比约 91%。3)按照 功能不同:分为单功能、二联供、三联供,其中二联供功能较为丰富、综合稳定性较好, 成为国内外空气源热泵主流发展趋势。
1.2. 优劣势分析:热泵节能环保、运行费用低,但初始投资高
热泵相较于空调、热水器等优势显著:供暖更为节能、适用范围更广、运行费用较 低。由于空气源热泵市场占比较高,下文均以空气源热泵为例进行阐述。①能耗情况:热泵使用少量电能将空气中的能量转换为可供使用的热能,平均 COP(热效率)超过 3.3、 即消耗 1 单位电能可以获得 3.3 倍热能,传统燃气壁挂炉 COP 约为 1、燃煤锅炉约为 0.5,热泵近传统燃气壁挂炉 3 倍、电采暖 6.6 倍。②使用体验:虽然都是以逆卡诺循环 原理运行,但相较空调,热泵采用了水系统使用户使用体验更优,吹出来的凉风更柔和、 体感更加舒适;而空调直接将氟利昂的冷气吹出来,使用者有明显刺骨感觉。③运行费 用:热泵制热的效率远远高于其他制热方式,如空气源热泵从空气中吸收热量,全年平 均热泵总耗能比常规太阳能辅助系统比更低,其它采暖方式仅由天然气、煤、纯电等方 式制热、运行费用较高。
但热泵局限性亦较为明显,主要体现在前期投入成本较高、低温下制热效率低、设 备体积大。①投入成本:对于消费者而言,热泵前期投入成本过高是限制其选择热泵的 最主要原因,虽然后期运行费用能够节省较多成本,但若无补贴、热泵前期购买安装价 格将会数倍于锅炉、空调、热水器等产品。②适用范围:此前热泵使用受到环境温度的 限制,供热能力和性能系数随室外温度降低而降低,因此在我国北方和欧盟地区使用较 为受限。2010 年以来,随着低温喷气增焓技术和新型制冷剂等在热泵的应用,热泵最低 使用温度降至-25℃,逐渐在欧盟等北方地区普及。③热泵机组外形相对较大,安装过程 中涉及水泵等零部件,需要合适安装位置和具备较大安装空间,安装热泵难度大、通常 需要专业的工人。
1.3. 市场规模:海外率先发展,政策催化下我国热泵发展迅速
站在全球角度上看,海外热泵技术较为成熟。热泵理论最早起源于 19 世纪早期法 国科学家卡诺。1927-1928 年,物理学家霍尔丹已经突破了空气源热泵供暖技术。20 世 纪 30 年代,热泵开始进入商用阶段、海外率先迅速发展,20 世纪 50 年代,美国已经开 始批量生产空气源热泵,80 年代起,能源匮乏的日本开始大规模生产空气源热泵产品。但受限于热泵前期投入成本较高,根据 IEA 数据,2010-2020 年全球热泵安装量(含空 气源、水源、地源热泵)CAGR 为 6.4%,2020 年全球热泵共安装 1.77 亿台、其中中国 /北美/欧洲安装量占比分别为 33%/23%/12%。
站在国内角度上看,我国热泵行业受政策驱动特征较为明显。2000 年空气源热泵热 水器引入我国,但受限于初始投入成本过高、技术并不成熟,空气源热泵热水器在我国 缓慢发展,直到 2007 年,我国空气源热泵热水器占全国家用热水器市场还低于 1%,而 在同期日本、该比率已达到 70%。2008 年开始,由于节能环保效果突出,空气源热泵开 始得到国家政策大力支持。2013 年起我国北方农村开始推广“煤改电”,一系列政策补 贴也相应出炉,在政策保护、资金扶持下,热泵前期投入成本较高的缺点得到有效弥补, 我国热泵得到快速发展,13-17 年我国热泵销售规模 CAGR 达 32%、远高于我国同期空 调/燃气热水器/电热水器的 5.5%/11.9%/2.9%。但由于煤改电政策补贴逐渐退坡,18 年后 热泵规模维持在 180 亿元左右,同期空调/热水器由于发展较为成熟、销量亦基本持平。21 年双碳政策推动下,我国热泵市场规模同比+24%、达 227 亿元、创下历史新高,超 过空调/燃气热水器/电热水器增速。
1.4. 产业链:贯穿品牌和制造,品牌来源广泛,我国为热泵主要生产地
热泵产业链主要可以分为下游品牌商及上游制造商,其中制造商包括整机制造商及 零部件制造商。由于热泵应用领域较为广泛、与其他制冷制热行业具有相通性,因此热 泵品牌商来源较为广泛、分布于制冷空调、热水器等多行业。整机制造商主要分布于我 国、占全球产量超 60%。热泵零部件包含压缩机、换热器、阀件、水泵、控制器等,我 国零部件配套较为齐全。
品牌商:热泵应用及技术具备共通性,企业来源广泛。由于热泵供暖涉及的应用领 域较为广泛,不仅应用于家用、商用热水,还与地暖、散热器等末端结合大量用于供暖, 因此从企业来源上看,很多企业从传统的制冷空调、太阳能热水器、电热水器和燃气热 水器行业切入空气源热泵行业,如国际品牌博世、三菱等,同时也有专门从事热泵产品 研发制造的企业,如德国地源热泵专业品牌 Waterkotte。以我国为例,制冷空调/空气源 热 泵 / 太 阳 能 光 热 / 电 热 水 器 / 燃 气 热 水 器 企 业 分 别 占 热 泵 企 业 来 源 的 32%/30%/18%/12%/8%。
整机制造商:我国是全球热泵主要的生产地。据中国节能协会等数据统计,2020 年 我国热泵产量占全球热泵产量近 60%,热泵产能集中于华东、华南等地区,热泵从业企 业超 500 家,成为全球热泵生产安装大国。
零部件制造商:热泵产品零部件组成较多,我国零部件配套较为齐全。热泵主要是 由压缩机、换热器、阀件、水泵、控制器等核心零部件构成,占热泵总价值最重要的部 件分别为换热器(17%)、压缩机(16%)、电子控制(15%)、钣金(11%)。由于零部件 并不特定用于热泵,通常与空调、锅炉等相关行业的零部件重合度较高,我国空调产业 趋势成熟,因此热泵零部件配备较为完善。
2. 短期增长驱动:能源危机催化下,热泵成为欧洲首选供暖方式
俄乌冲突后导致欧洲天然气能源价格高企,能源危机压力下采暖需求增长。同时由 于热泵节能减排优势显著、且满足各国对能源安全的需求,因此成为欧洲各国首选的供 暖方式、并出台热泵补贴政策以解决热泵前期安装成本过高的痛点,2021 年以来欧洲热 泵需求快速增长、行业维持较高景气度。
2.1. 俄乌冲突后欧洲能源加速转型,热泵有望核心受益
俄乌冲突下天然气能源紧缺,能源价格大幅上涨。欧盟地区能源结构以传统能源为 主,2021 年原油/天然气/煤炭占比分别为 42.3%/11.6%/8.9%。俄罗斯为世界第一大天然 气出口国,也是石油、煤炭出口市场的重要参与者。据欧洲统计局统计,2021 年欧盟天 然气进口中 48.4%来自于俄罗斯,能源依赖度较强。俄乌冲突后能源危机加深,能源价 格开始大幅上涨。欧洲天然气主要运输管道北溪 1 号和 2 号爆炸,叠加欧洲极端高温干 旱天气导致欧洲部分主要水道如莱茵河等接近断航,进一步催化天然气价格上行。据世 界银行统计,截至 2022 年 6 月底欧洲天然气价格同比上涨 233%、达 34.4 美元/百万英 热。截至 2022 年 12 月中,IPE 英国天然气期货价格高企,较 2022 年初上涨 65%、较 2021 年初上涨 479%。据 RSER 统计,欧洲供暖能耗占社会总能耗 40%以上,能源危机 压力下未来几年采暖成为欧洲亟待解决的问题。
能源价格高企加速欧洲地区能源转型,热泵有望核心受益。分析欧洲各国采暖结构, 由于地理位置近北极,空调作为制冷设备在欧洲普及度不高、仅为 4%,锅炉为欧洲主 流的采暖设备。近年来出于环保需求,欧洲采暖经历了由“传统燃气/燃油/燃煤锅炉— 高效供热设备”的替换和更新的过程,其中高效供热设备主要包括燃气/燃油冷凝炉、热 泵、生物质锅炉等产品。由于此前燃气冷凝炉具备易操作、供应稳定的特点,因此欧盟 高效供热设备中燃气冷凝炉发展较为迅速、占比约超 70%,而热泵供暖占比不足 10%。但地缘政治冲突后,燃气锅炉无法保证欧洲长期能源供应安全,热泵相较于其他供暖方 式节能减排优势显著、且满足各国对能源安全的需求,因此热泵成为欧洲各国首选的供 暖方式。
2.2. 政策补贴解决热泵投入过高缺陷,热泵经济性优势凸显
欧洲各国政府出台热泵安装补贴政策,解决热泵推广主要缺陷。对于使用者而言, 热泵的经济性主要体现在较低的运行成本中,但是由于安装初始投资较燃气、燃油等设 备高 2-3 倍,因此较为依赖初期政府安装补贴、以弥补热泵产品前期安装成本过高的缺 点。复盘德国热泵历年销售情况,政策补贴是刺激行业需求增长的主要催化因素,2007 年颁布的《节能条例》(EnEV)前后,2005-2008 年热泵销量 CAGR 达 45%,2015 年 /2016 年改革《市场激励计划》、加大了补贴力度,当年德国热泵整体销售分别增长15.8%/16.1%。2020 年起欧盟各国纷纷出台热泵相关安装补贴政策,热泵前期安装成本 降低超 1/3,有望进一步刺激热泵需求增长。
政策补贴下热泵经济性凸显,综合使用成本较低。我们以英国为例,基于 10 月英 国能源监管机构 Ofgen 公布的天然气/电力价格上限和清洁能源补贴政策,对空气源热 泵、燃气锅炉、燃油锅炉、电锅炉、生物质锅炉的 10 年综合成本(含购买、安装、期间 运行费用)及进行测算,结果显示热泵的运行成本最低、约为 1.39 万英镑,较燃气/燃 油/电锅炉/生物质锅炉成本分别降低 16%/41%/164%/17%。考虑政策补贴后,与当下主 流技术燃气锅炉相比,热泵综合使用成本转折点约在 3.1 年,即成本转折点前因初始投 资高、热泵综合使用成本高于燃气锅炉等产品,但转折点后受益于运行费用较低、热泵 综合使用成本最低,若各国政府补贴政策力度加大,热泵经济性将会更加突出。
敏感性测算下,天然气价格若持续高企、热泵综合使用成本转折点将小于 3 年。若 天然气价格维持高位、但电力单价下降,那么热泵综合使用成本转折点将会更短。上文 是在 22 年 10 月的天然气/电力价格基础上进行的热泵投资回收期测算、结果为 3.1 年, 但由于当前欧洲各地发电结构仍以化石燃料等非可再生能源为主、价格相对较低的可再 生能源占比较小。欧洲各国大力支持可再生能源发展,未来随着发电成本较低的可再生 能源提高、电价有望持续下行。在地缘冲突的背景下,受到供给端的影响,欧洲天然气 的价格出现较大回落的概率较小。经过我们敏感性测算,长期来看,在天然气保持高位、 电价下行的情况下,相对于其他初始成本较低的取暖方式,热泵综合使用成本转折点有 望小于 3 年,约在 1.3-2.4 年之间,即使用时间达 1.3-2.4 年后,热泵综合使用成本成为 所有采暖方式中最低。
2.3. 能源转型+政策补贴刺激下,热泵需求持续升温
打破成长瓶颈,欧洲热泵销量实现快速增长。据欧洲热泵协会 EHPA 统计,2021 年 以来欧洲热泵销量增速较快,2021 年欧盟 21 个国家热泵年销售 218 万台、同增 34%, 高于锅炉增速(21 年销量同比 20%左右)。分类型来看,空气源热泵的销售额占比最大、 达 89.6%,分国家来看,法国、意大利和德国需求在欧洲领先、销售额占比为 51%,排 名前十的国家销售额占比达 86%。22 年在 21 年高基数基础上延续高速增长态势,从欧 洲最大的独立热泵厂家 NIBE INDUSTRIER 财报披露数据看,21 年增长势头延续至今、 22 年气候分部(含热泵业务)保持 20%以上收入增速。
3. 长期成长空间:能源安全+碳中和目标加速热泵渗透率提升,至 2030 年欧洲/中国销量 CAGR 达 26%/15%+
3.1. 政策明确未来热泵部署目标,长期增长确定性强
全球:在能源转型的大背景下,各国积极布局热泵。2021 年全球热泵销量增速约为 13%,其中欧盟/北美/中国(仅空气源)/日本热泵同比分别+35%/+15%/+13%/+13%,欧 盟在热泵政策刺激下增速较快,美国、日本热泵发展历史较早,热泵渗透率相对较高。至 1998 年美国已经实现 40%以上空调均采用地源热泵,2020 年美国热泵家用采暖渗透 率达 15.28%。2009 年日本热泵技术已被评为世界先进水平,据日本总省统计局、2020 年日本热泵热水器渗透率已达 12%。
欧洲:各国供暖脱碳政策加速热泵部署,政策规划下长期增长确定性强。为降低能 源依赖及维护能源安全,各国出台供暖脱碳政策持续利好热泵销售。22 年 5 月欧盟委员 会提出“REPowerEU”计划并于 6 月正式通过,加速推进可再生能源替代化石能源,实 现能源独立并向绿色转型。“REPowerEU”计划提出的几项行动包括:2030 年可再生能 源在能源结构中占比目标从 40%提高到 45%;将热泵的部署速度提高一倍,未来五年累 计部署 1000 万台,英国、德国、法国等国家亦出台政策明确未来热泵部署目标,热泵 长期高增确定性强。
中国:双碳目标推动能源向低碳转型,政策支持驱动热泵快速发展。双碳背景下我 国加快低碳转型的步伐,各省份连续发布一系列政策鼓励新能源产业,大力推行供暖领 域电气化。2022/10/14 北京市出台《北京市碳达峰实施方案》明确提出逐步削减对燃气 供暖等化石能源消费的政策补贴,释放出推动热泵发展的积极信号。
3.2. 热泵应用领域持续拓宽,市场需求长期向好
随着热泵技术不断成熟,其节能优势在各领域得到验证,应用领域持续拓宽。光伏 热泵、新能源车热管理系统、烘干等领域行业空间广阔、前景较好,伴随热泵在相关场 景渗透率持续提升、需求长期向好。“光伏+热泵”产品类型多样化,助力热泵市场快速打开。光伏热泵即能够实现光 伏电站、空气能热泵适配组合,光伏电站将太阳能转化为电能、补充空气能热泵所需的 电力,空气能热泵消耗电能进行供暖,光伏发电量基本覆盖热泵耗电量,从而实现清洁 取暖和能源投资的双重目标。同时欧洲如丹麦等国家热泵租赁业务兴起,热泵租赁与融 资租赁业务类型较为相似,热泵使用者可以根据合同在相应的时间内支付供暖和产品费 用,能够实现减少用户安装问题及节约热泵前期开发成本,从而快速打开热泵销售市场。
热泵应用于新能源车热管理系统,大幅提升新能源车整体续航水平。据新浪汽车发 起的续航比赛,模拟正常冬季用车环境下搭载热泵技术的电动车每 100km 实测耗电量 较之其他电动汽车降低 10%以上,节电效果显著。随着消费者对经济性及续航里程需求 的提高,热泵逐渐成为新能源汽车热管理的升级趋势之一,比亚迪海豚、大众 ID.3、特 斯拉 Model Y 等新能源车已经配备热泵空调。上市公司三花智控、盾安环境等积极布局 新能源车热管理业务,21 年相关业务收入分别同增+166%/+136%。热泵节能优势显著,有望在烘干领域进一步发展。2020 年工业干燥能耗占我国国民 经济总能耗 12%左右,涵盖农业、食品、化工、制陶业、医药、矿产加工、制浆造纸、 木材加工等众多行业。热泵烘干机热效率高达 400%,较传统干燥方式热效率 40%,节 能效率达 90%,此前受限于成本较高、发展较慢、热泵烘干市场较小,长期来看受益于 节能优势,热泵有望在烘干市场获得长足发展。热泵家用干燥场景亦逐步拓宽,热泵干 衣机因烘干温度较低(60-70℃)减少对衣物的损伤、且用电量仅为普通冷凝干衣机的50%,成为南方潮湿多雨气候下的新宠。