IEA2050年凈零排放情景（NZE情景）分析顯示，采用高效電驅(qū)動(dòng)熱泵是減少建筑供暖碳排放的主要技術(shù)路徑。根據(jù)預(yù)測，全球熱泵數(shù)量將從2020年的1.8億臺(tái)增加到2030年的約6億臺(tái)。熱泵的能源效率至少是傳統(tǒng)化石燃料鍋爐的三倍，預(yù)計(jì)到2030年，在建筑中安裝的熱泵將從目前的每月150萬臺(tái)增加到500萬臺(tái)左右。 

NZE情景分析中的一個(gè)關(guān)鍵成果是發(fā)現(xiàn)熱泵的快速增長有助于在2025年完全淘汰化石燃料鍋爐。熱泵與儲(chǔ)能相結(jié)合可以解決可再生能源發(fā)電的波動(dòng)影響。到2030年，太陽能光伏和風(fēng)能將產(chǎn)生約40%的電力。既有建筑的零碳改造可以進(jìn)一步提升熱泵的使用。

01相關(guān)性

熱泵比其他可再生和傳統(tǒng)建筑技術(shù)（包括低排放氫能和生物質(zhì)鍋爐等）更加節(jié)能。只要安裝和運(yùn)行得當(dāng)，在供暖季節(jié)熱泵每使用一個(gè)單位的電力，即可提供三至五個(gè)單位的熱量。相比之下，電解設(shè)備使用一個(gè)單位的電來生產(chǎn)氫氣并燃燒，只能產(chǎn)生0.6-0.8個(gè)單位的熱量。高效生物質(zhì)鍋爐的效率約為0.9。通過研發(fā)、競爭、能效標(biāo)準(zhǔn)(MEPS) 和能效標(biāo)識(shí)，熱泵的效率在過去幾十年中穩(wěn)步提高。此外，熱泵可以在多種工作模式下工作，滿足加熱、制冷和除濕等需求。不同類型的熱泵產(chǎn)品適合不同的應(yīng)用場景和地區(qū)，有空氣-空氣型、空氣-熱水型、水源及地源熱泵。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可進(jìn)一步提高其能源效率。例如，在商業(yè)建筑的供暖和制冷系統(tǒng)中，其季節(jié)能源效率可以達(dá)到500%~1000%。

熱泵還有助于實(shí)現(xiàn)增加可再生能源在能源系統(tǒng)中所占份額的國家目標(biāo)。與建筑集成光伏電力或離網(wǎng)可再生電力相結(jié)合后，將是一種完全的可再生能源解決方案，使建筑電氣化成為逐步淘汰化石燃料的重要路徑。熱泵已經(jīng)可以在整合到區(qū)域和城市層面。智能恒溫器和主動(dòng)控制可以提升電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)潛力，并有助于支持可再生能源在電網(wǎng)中占有更高份額。

02現(xiàn)狀

在很多地區(qū)，由于其較低的的生命周期成本，熱泵具有相當(dāng)大的市場份額，特別是在北歐國家（例如挪威、瑞典、丹麥和芬蘭）和法國。在瑞典， 29%的建筑供暖由熱泵提供，芬蘭的比例為15%。在其他地區(qū)（例如美國和日本的部分地區(qū)），熱泵已經(jīng)占據(jù)了供暖市場的很大份額，同時(shí)還可滿足制冷需求。在日本，與制冷需求相比，其供暖量適中，熱泵型空調(diào)通常是唯一的供暖設(shè)備。在美國，大約40%的新建獨(dú)戶住宅采用熱泵供暖。在這些國家，由于市場和價(jià)值鏈成熟，終端用戶的認(rèn)知度和接受度都很高。在其他國家，新建房屋中采用熱泵份額也很大。熱泵通常是滿足新建建筑法規(guī)設(shè)定的能效標(biāo)準(zhǔn)的最佳選擇。

盡管整體滲透率正在增長，但由于前期投入成本較高、安裝和設(shè)計(jì)人員意識(shí)不足及專業(yè)知識(shí)缺乏，采用熱泵替代現(xiàn)有供暖系統(tǒng)仍然是不常見的解決方案。在德國、意大利、英國、美國和中國等一些國家，正在鼓勵(lì)和支持購買熱泵。為了高終端用戶的意識(shí)和接受程度，應(yīng)開展經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施，并宣傳熱泵對消費(fèi)者的效益。

熱泵是一種工作穩(wěn)定且成熟的技術(shù)。然而，仍需要通過技術(shù)和系統(tǒng)優(yōu)化來集成，以在凈零排放能源系統(tǒng)中充分發(fā)揮它們的潛力。通過智能系統(tǒng)與光伏、儲(chǔ)能、控制和電動(dòng)汽車的集成，可以提高熱泵系統(tǒng)效率及其效果。在某些情況下，熱泵系統(tǒng)靈活運(yùn)行的能力比達(dá)到最高效率更為重要。

在持續(xù)的全球能源危機(jī)中，熱泵已被確定為加強(qiáng)能源安全的解決方案。在歐洲，歐盟委員會(huì)提出的歐盟再生能源計(jì)劃 (REPowerEU)建議在未來幾年內(nèi)將熱泵的安裝率提高一倍，以減少對俄羅斯天然氣的依賴。在美國，熱泵已被確定為國防生產(chǎn)法 (DPA)中的一項(xiàng)優(yōu)先技術(shù)，以使該國擁有其清潔能源獨(dú)立性。

03挑戰(zhàn)

與基于化石燃料的供暖方案相比，熱泵技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是較高的前期投入成本。在某些地區(qū)，可以通過降低運(yùn)行成本和較低的壽命周期成本來彌補(bǔ)。與化石燃料供暖相比，現(xiàn)實(shí)中熱泵的盈利能力還與石油、天然氣、煤炭和電力的價(jià)格有關(guān)。此外，熱泵的競爭力還取決于發(fā)電系統(tǒng)中不同燃料的稅收和補(bǔ)貼差異。稅收和補(bǔ)貼的不同將影響采用熱泵的優(yōu)先性。與其他零排放技術(shù)相比，在大多數(shù)時(shí)候，熱泵在壽命周期基礎(chǔ)上是最具成本效益的方案。

除了經(jīng)濟(jì)原因之外，供暖系統(tǒng)的空間限制或尺寸也是一個(gè)挑戰(zhàn)。在某些情況下，更大的散熱器效率會(huì)更高。這是因?yàn)闊岜玫男嗜Q于散熱器的輸出溫度，也與它們的尺寸大小相關(guān)。如果熱泵的輸出與能效較差建筑物的改造計(jì)劃相匹配，就可以用較低的輸出溫度來滿足供暖需求，從而使得熱泵以更高的效率水平運(yùn)行。即使對于較冷的室外溫度，熱泵的效率仍然可以提高。

另一個(gè)挑戰(zhàn)可能與安裝外部設(shè)備的噪音、外觀等相關(guān)許可有關(guān)。

此外，盡管熱泵在一些成熟市場為終端用戶所熟知和采用，但在其他很多國家的認(rèn)知度和接受度仍然較低。為了能夠大幅度增加熱泵的安裝數(shù)量，制造商需要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，安裝人員需要接受足夠數(shù)量和質(zhì)量的培訓(xùn)。這方面的責(zé)任應(yīng)由公共部門和私營部門共同承擔(dān)。公共部門應(yīng)支持和鼓勵(lì)從業(yè)人員（包括安裝人員、規(guī)劃師、建筑師、工程師和企業(yè)家）的技能再培訓(xùn)和技能提升，并支持私營部門組織培訓(xùn)。

IEA 技術(shù)合作項(xiàng)目（TCP） 相關(guān)的創(chuàng)新主題

• 在建筑中，將靈活操作、智能控制，與建筑物內(nèi)波動(dòng)的發(fā)電和其他產(chǎn)銷者系統(tǒng)（例如電動(dòng)汽車充電、太陽能光伏和儲(chǔ)能（電力和熱力））集成。

• 進(jìn)一步將熱泵集成應(yīng)用到高效建筑、改造建筑和多戶建筑中。

• 挖掘數(shù)字化和可再生能源的應(yīng)用潛力，包括地源熱泵在商業(yè)建筑和多戶建筑中的應(yīng)用。通過能源系統(tǒng)集成，提高寒冷氣候條件下系統(tǒng)的能源效率。

• 加速氣候和舒適共同解決方案的市場應(yīng)用，這是 IEA TCP 的熱泵技術(shù)(HPT) 和儲(chǔ)能(ES) 的聯(lián)合項(xiàng)目，旨在通過集成熱泵和儲(chǔ)能、連網(wǎng)設(shè)備，將不同的智能技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中，并提供更緊湊的熱存儲(chǔ)集成。

• 利用行業(yè)耦合、熱泵技術(shù)和終端用戶的協(xié)同效應(yīng)（特別是在區(qū)域和城市層面），通過熱泵提高能源效率和運(yùn)行的靈活性。在區(qū)域供熱和制冷、多能網(wǎng)絡(luò)中安裝熱泵。

• 評(píng)估宣傳活動(dòng)的影響，支持提高用戶意識(shí)和接受度。

• 提高熱泵價(jià)值鏈（通過數(shù)字化、回收和再利用以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)）。

• 降低熱泵的噪音并改善外觀以增加其接受度。

• 安全和高效使用低全球變暖潛勢(GWP)的制冷劑。

• 熱泵替代方案和新的商業(yè)模式的研究和示范，從而克服前期成本高的問題，并促進(jìn)靈活運(yùn)行以使電力系統(tǒng)受益。

內(nèi)容節(jié)選自：IEA技術(shù)報(bào)告，原文題目：installation of about 600 million heat pumps covering 20 of buildings heating needs required by 2030