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1、 雙碳目標下的熱泵供暖路線研究 建科環能科技有限公司建科環能科技有限公司 20232023 年年 6 6 月月 !熱泵技術的發展始終同能源與環境問題息息相關，作為可再生能源利用的有效途徑，是聯合國能源署認定的節能減碳關鍵技術，在我國獲得了廣泛的應用。2020 年 9 月，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布，中國將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和。雙碳戰略下推動我國的能源領域將發生革命性變化，熱泵將如何在我國的建筑領域能源結構調整中發揮更大的作用尚存在一系列待解問題：1）多樣性需求下，熱泵供暖典型應用場景有待梳

2、理；2）碳中和目標下，熱泵供暖在 2030 和 2060 將發揮怎樣的減碳替代作用，未來發展應用情景尚不清晰，減碳貢獻缺乏科學預測；3）為推動熱泵供暖高速應用，我國的現有政策標準體系仍有待提升。為了針對性解決以上問題，開展雙碳目標下中國熱泵供暖路線研究，辨識熱泵應用典型場景，開展熱泵供暖的減碳潛力預測，對影響熱泵供暖的技術、產業、政策方面因素進行分析，提出推動熱泵供暖高速發展需要克服的障礙和問題，為使熱泵供暖在中國發揮更大的減碳貢獻提供支撐。1!#$%&1.1!#$%&()*我國國土面積廣闊，跨多個氣候帶，由北到南季節溫度差異顯著，建筑供暖是北方地區人民冬季過冬的剛性需求。我國建筑集中供暖以秦

3、嶺淮河為界，如圖 1-1 所示，分為南北區域，集中供暖仍然集中在北方地區，南方地區分散供暖。我國的供暖產業發展分為四個時期：供熱產業起步期（1949-1979 年），供熱產業發展期（1980-1999 年），供熱產業轉型期（2000-2016 年），清潔供熱新時代（2017 年至今），2021 年北方地區清潔供熱面積為 158 億平方米，清潔供暖變化曲線如圖 1-2 所示。圖 1-1 我國南北供暖線示意圖 圖 1-2 北方地區清潔供暖面積變化曲線 1.2$+,-./012 熱泵是在高位能驅動下，通過熱力學逆循環連續地將熱量從低位熱源轉移到高溫物體或者介質，并用于制取熱量的裝置。根據熱泵利用的低

4、位熱源不同劃分的分類示意如圖 1-3 所示。為了區分熱泵與空調產品的差異，項目組基于我國的產品國標，對熱泵空調產品分類進行梳理，如圖 1-4 所示?？梢钥闯鰺岜靡怨┡鳛橹饕δ芤虼似溥m用溫度范圍更低，更加注意氣溫環境下制熱運行?？照{產品則主要以供冷工況為主，熱泵型空調作為其可選機型，最低應用溫度多為-7。產品技術標準中名稱，往往根據產品應用場景和功能確定，在市場銷售中明目過于繁瑣，因此，熱泵空調行業通常根據國家質檢總局的制冷設備產品生產許可及強制性產品認證目錄，對于空氣源熱泵產品以 35kW 為界，分為家用熱泵和商用熱泵兩類，空調產品則以 24.36kW 為界，分為家用空調和商用空調，在后續

5、的熱泵產業數據分析中均以此為據。圖 1-3 熱泵分類示意圖 圖 1-4 熱泵產品雙側換熱類別劃分示意圖 圖 1-5 我國熱泵市場變化曲線圖 圖 1-6 我國熱泵內銷部分變化曲線圖 長江流域及以南地區供暖以分散式熱源為主，為各類熱泵技術提供了良好的應用條件，新增供熱需求 95%以上也是由熱泵型空調滿足，此區域應用的空氣源熱泵仍以普通機型為主，近年來主要增長為低溫型產品。我國熱泵市場變化如圖1-5 所示，我國的熱泵市場規模已經接近 250 億，出口市場的迅猛增長拉高了整體行業規模，國內銷售部分變化曲線如圖 1-6 所示，雖然三年疫情對熱泵銷售及應用造成了一定沖擊，但整體市場仍然呈現逐年上升的態勢。

6、1.3$+#345.67-8,9 我國嚴寒、寒冷地區是我國設置集中采暖的區域，夏熱冬冷地區室外平均溫度低于 5的天數低于 90 天，對應無集中采暖區域，這個地區是居民熱舒適要求日益強烈的區域。夏熱冬暖地區，對供暖系統的要求也無明確要求，由建筑使用性質及業主需求確定。溫和地區全年溫度最低月氣溫 0-13，僅部分地區需要考慮采用供暖裝置和系統進行補充。熱泵根據其低位熱源的來源可以劃分為不同的技術類型，包括：淺層地埋管地源熱泵、中深層地埋管地源熱泵、地下水源熱泵、地表水源熱泵、污水源熱泵、中深層地熱水熱泵、空氣源熱泵等，根據技術形式不同具有其不同的技術特點及難點。對應不同氣候區負荷需求特點，對應可采

7、用的熱泵典型技術類型如圖 1-7所示。圖 1-7 我國不同氣候區熱泵適用類型劃分示意圖 2!#$()*+,-)./2.1$+#3:7(;(?$+#3ABCDE,9 本文采用碳排放因子法計算碳排放。排放因子法是目前應用最廣泛的碳排放計算方法，適合任何尺度的計算，有全面的排放因子數據庫作為參考。碳排放量的公式為：(2)()1btKy tAe-=+y=iiCAEF式中，Ai為不同種類能源的消耗量，對于直接碳排放一般為用戶消耗的煤炭、燃氣等，而間接碳排放一般是消耗的熱力、電力等，GJ 或 kWh；EFi為不同種類能源的碳排放因子，tCO2/GJ 或 gCO2/kWh。熱泵在建筑供暖中的使用，減排量需要

8、綜合考慮未來熱泵應用規模合理擴大及與之同時改變的電力生產方式變革、用熱需求變化的影響，潛在減排量是指當前情景碳排放量與未來推廣熱泵、進行電力生產方式變革、需求側變化之后的碳排放量的差值，可進一步細分為熱泵減排量、電力端減排量和需求側減排量三部分，如圖 1-9 所示。圖 1-9 各減排量核算示意 在熱泵建筑供暖逐步推進過程中，優先替代化石燃料直接燃燒供暖形式，并在新建建筑中優先采用。北方城鎮及農村地區仍有燃煤使用，因此在熱泵逐步替代化石燃料的過程中是被替代的主要對象；南方居住建筑和公共建筑的熱源比例各有不同，南方居住建筑的熱源有燃氣，燃煤，電加熱等，因此在熱泵替代的過程中，先替代化石能源煤，再替

9、代電直接加熱。南方公共建筑初始仍有部分使用燃油作為熱源，沒有燃煤，因此在替代過程中，先替代燃油再替代燃氣。經調研得到現有各類供暖占比，以及未來可替代空間，得到熱泵不同增速下的碳排放量及減排量如圖 1-10 所示，由需求側、電力端和熱泵帶來的細分減排量如圖 1-11所示。當前情景（2020）需求變化需求變化需求側減排量需求側減排量電力端減排量電力端減排量電力生產方式改革電力生產方式改革熱泵減排量熱泵減排量潛在減排量熱泵占熱泵占比比增大、增大、平均平均COP升高等升高等2060年情景潛在減排量=需求側減排量+電力端減排量+熱泵減排量C0Cd-iCe-iCh-iCiCd-iCe-iCh-i 圖 1-

10、10 建筑面積低增速下碳排量與減排量計算 圖 1-11 建筑面積低增速下減排量細分圖 由圖可知，對 2060 年可以實現的理想熱泵供暖應用狀態、保守狀態和中間狀態三類進行分析，得到不同熱泵增速情景下建筑供暖減碳潛力在 6.048 億t/a7.703 億 t/a 之間，其中由建筑需求側降低減少的碳排放量為 1.963 億 t/a，由電力側清潔化減少的碳排放為 0.726 億 t/a，單純由熱泵應用量增加和熱泵能效提升減少的碳排放為 2.357 億 t/a3.738 億 t/a。分區域來看，無論需求側、電力側及熱泵應用推廣側，未來的重點是北方城鎮地區，其次是北方農村。從需求側和電力側提升兩個方面，

11、南方地區碳減排量貢獻大的是居住建筑，從熱泵應用推廣側而言，南方地區公共建筑貢獻量大于居住建筑。3!#$01234567 3.1!$+#3FGHI,9 熱泵技術作為可再生能源利用的關鍵技術，得到了我國各級政府給與的大力政策支持。國家級政策奠定可再生能源利用的法律基礎，在國家重大發展戰略中多次明確可再生能源利用在我國能源體系中的重要作用，隨著熱泵技術在可再生能源利用領域及節能減排方面的貢獻不斷擴大，政策機制從可再生能源應用支持進一步明確為支持熱泵技術應用，說明熱泵技術的低碳高效特性在我國得到了更進一步的認可，在雙碳目標的引領下，未來的推廣力度會持續加強。各級地方政府政策綜述可知，熱泵應用推廣政策在

12、各地主要體現于綠色建筑政策、能源政策特別是清潔取暖政策體系當中，因地區差異側重點各有不同，地熱能的熱泵利用由于其資源的普遍性和可得性高，在大部分地區省市政策中均有提及，空氣源熱泵鼓勵政策則在華北、華東和華中地區較多，長江流域地表水資源豐富的江蘇、重慶等有水源熱泵鼓勵政策。財政支持機制分兩個層級，國家財政部通過 2009 年的可再生能源示范城市和示范縣項目實施，支持了四十余個示范城市級可再生能源應用示范，推動了我國地源熱泵迎來了快速增長期。2017 年實施的清潔取暖試點，推動了空氣源熱泵供暖的快速增長，到目前為止已經有 88個清潔取暖試點城市，在清潔取暖試點城市應用空氣源熱泵替代散煤供暖，均有國

13、家級財政撥款補貼。地方財政支持力度各不相同，全國具有地源熱泵補貼政策的有北京、上海、重慶和吉林，根據地方財政能力給予不同的補貼，補貼以政府投資項目，或者可再生能源示范項目為主。對于空氣源熱泵，清潔取暖試點城市均根據國家政策撥款進行地方政府配套資金支持，補貼范圍也是在清潔取暖改造范圍內項目。另外部分經濟發達省市積極探索綠色金融投資，引導其進行熱泵及可再生能源利用相關方面投資，探索熱泵技術應用金融化市場化發展。3.2!$+#3JK.LMNO,9 熱泵在政策支持及需求拉動雙重作用下，在我國已經取得了規?；瘧?，但在進一步推廣過程中仍然存在一些障礙和壁壘。主要有以下幾個方面：（1）能源結構和價格體系決

14、定的熱泵應用經濟性競爭力不足；（2）低位熱源決定的熱泵供能強度，限制了應用場景；（3）熱泵技術應用政策多為引導示范，強制性不足；（4）熱泵產品及系統應用水平需要提升，運維水平不高影響其節能效果；（5）相關行政管理體系在大規模推廣熱泵應用中需要提升協同；（6）熱泵供暖市場活力有待進一步激發；（7）熱泵技術宣傳仍然需要加強，群眾認識有待提升。為克服以上的障礙和問題，需要從政策、經濟和技術三方面提供支持措施，推動熱泵供暖高速應用。l 政策支持（1）基于地方電網能力及用電特性，結合政府財政情況，給予熱泵供能優惠電價。電能作為熱泵主要的驅動能源，其價格是影響熱泵供能經濟性的主要因素，電價優惠是提升熱泵供

15、能經濟性競爭力的有效保障措施。（2）加強產品和工程標準建設，引導提升熱泵供暖水平。提高熱泵產品及系統能效是擴大熱泵供暖系統競爭力的另一個關鍵點，需要通過不斷提升標準規范要求引導技術發展，推動能效水平提升，加強熱泵技術的競爭力。（3）政策從引導性向強制性轉換。在適用地區對熱泵技術應用成熟的領域，逐步嘗試從推薦性應用技術政策上升為強制性應用技術政策，提升熱泵應用比例。（4）加強宣傳，使熱泵技術節能環保減碳深入人心。加強媒體宣傳，提高熱泵技術的傳播度和認知度，改變傳統能源文化，使熱泵從概念到身邊，成為用戶解決用能需求的必然選擇。l 經濟扶持（1）直接給與經濟補貼。對于農村地區采用分散式熱泵供暖替代傳

16、統化石能源燃燒取暖的類型，針對農戶對熱泵認知度低，收入差，需要給與直接的經濟補貼，來彌補熱泵產品初投資與傳統簡易燃燒爐之間的價格差，使用戶逐步接收供暖方式的轉變，熱泵供暖也將獲得更大的推廣應用。（2）對熱力公司或者電力公司實施以獎代補。分散式熱泵供暖，需要有電力公司的電力增容進行輔助配套，對于部分升級成本高的改造，應給予一定的獎勵，以獎代補推動熱力及電力公司的積極性。（3）優化政府管理機制，給新能源熱泵應用相關企業給予稅收優惠，給自配熱源的地產項目容積率政策。調動市場積極性，從管理機制出發，采用多種措施鼓勵應用熱泵供暖，使具備應用條件的項目優先選用熱泵供暖。（4）大力發展綠色金融。擴大綠色金融

17、對熱泵供暖的支持力度和支持范圍，通過金融領域創新，探索適合促進熱泵供暖發展的新舉措，有力的推動熱泵供暖的發展。l 技術進步（1）提升熱泵產品和系統供暖能效。技術的推動主要從兩個方面著手，一方面是核心產品能效提升，另一方面是關鍵技術的提升，可發揮更大的節能減排作用，有效提升熱泵供暖競爭力。（2）鼓勵多能互補系統應用，提升系統供能可靠性。多能互補的熱泵系統可以有效彌補單一系統不足，解決可再生能源的不穩定性、受資源性條件限制等問題，提升系統的可靠性，進一步推動擴大熱泵供暖的范圍。（3）開發滿足用戶需求的熱泵產品。擴大熱泵應用，要充分與用戶需求想結合，要符合風俗習慣，注重不同熱泵產品的適用地區。細分類

18、別的熱泵供暖復合產品出現，將會進一步擴大熱泵應用場景和應用范圍。（4）加強應用效果監測和項目后評估，推動熱泵持續高效使用。加強熱泵運行能效后評估，積極推廣高效運行管理系統，使熱泵供能向按需供能方向發展，引導市場從重建設向重運行轉變，將熱泵高效運行落到實處，提振用戶信心，會進一步擴大熱泵供暖市場份額。4 89 通過本項目研究，對我國供暖沿革進行了梳理，明確在我國當前進入清潔取暖階段。根據我國氣候和可再生能源特點，進行了區域熱泵適宜技術類型分析，對當前熱泵產業發展成果進行匯總，總結熱泵供暖取得的成果和發揮的作用。以熱泵供暖當前發展成果為基礎，考慮建筑面積低增速變化條件下，熱泵應用分高、中、低三種情景，預測熱泵供暖在 2030 和 2060 的減碳潛力和減碳量，分為北方城鎮、北方農村、南方居住和南方公共四個區塊進行預測分析，從需求側、電力側和應用側三個層面進行減碳量累加，得到熱泵供暖減碳潛力在 6.048 億t/a7.703 億 t/a 之間，可見熱泵供暖是我國雙碳目標實現的重要支撐。最后對我國現有熱泵支持政策進行了匯總分析，提出了當前熱泵供暖應用中仍然存在的障礙和壁壘，并從政策、經濟和技術三個層面提出針對性技術措施，為熱泵供暖工作進一步深入推廣提供思路。