撰文 | Penn；編輯 | 郭郭

→這是《環(huán)球零碳》的第590篇原創(chuàng)

當(dāng)?shù)貢r(shí)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(jì)劃”第三篇章(Master Plan Part 3)的完整文件。

最新的完整文件重申，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的能源經(jīng)濟(jì)需要達(dá)到這些目標(biāo)：儲(chǔ)能240 TWH，可再生電力30 TWH，制造領(lǐng)域投資10萬(wàn)億美元，能源要求為化石燃料經(jīng)濟(jì)的一半，可再生能源生產(chǎn)設(shè)施占地面積低于0.2%，占2022年全球GDP的10%，無(wú)法克服的資源挑戰(zhàn)為零。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，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(gè)核心步驟：（1）用可再生能源驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有的電網(wǎng)；（2）全面轉(zhuǎn)向電動(dòng)車；（3）將熱泵推廣至家庭、企業(yè)、工業(yè)；（4）在工業(yè)領(lǐng)域使用高溫儲(chǔ)能及綠色氫能；（5）在飛機(jī)和船舶上應(yīng)用可持續(xù)能源。

除了大家較為熟悉的光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)車和氫能，馬斯克此次重點(diǎn)介紹了熱泵這項(xiàng)不為大眾所熟知的技術(shù)。馬斯克提出應(yīng)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(lái)減碳潛力上將超過(guò)電動(dòng)車，將在未來(lái)地球的可持續(xù)性能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。他表示盡管特斯拉暫時(shí)沒有熱泵相關(guān)產(chǎn)品，但未來(lái)或許會(huì)生產(chǎn)家用熱泵向市場(chǎng)銷售。未來(lái)，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(zhuǎn)型行動(dòng)方案中，明確要求將當(dāng)前的熱泵部署速度提高一倍，未來(lái)五年累計(jì)安裝達(dá)到1000萬(wàn)臺(tái)。

國(guó)際能源署（IEA）在去年12月發(fā)布的特別報(bào)告《熱泵的未來(lái)》（the Future of Heat Pumps）中也表示，熱泵的使用有助于提高能源供應(yīng)安全，同時(shí)有助于對(duì)抗氣候變化；未來(lái)數(shù)年，熱泵銷量有望呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，熱泵生產(chǎn)商也將迎來(lái)前所未有的市場(chǎng)機(jī)遇。

作為取暖設(shè)備，熱泵在我國(guó)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(dòng)下，將低位熱源(通常是空氣、水或土壤)的熱能轉(zhuǎn)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(wù)。

熱泵系統(tǒng)包括熱泵機(jī)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(jī)組主要是由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)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(dá)到了回收低溫?zé)嵩粗迫「邷責(zé)嵩吹淖饔煤湍康摹?/p>

熱泵的本質(zhì)是熱量的輸送裝置，其熱效率通?？蛇_(dá)300%-400%以上，即1度電至少搬運(yùn)3-4度電，其熱效率比直接制熱的電熱水器、燃?xì)忮仩t采暖等高出幾倍，且?guī)缀鯚o(wú)污染。根據(jù)中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，若向室內(nèi)供應(yīng)10kW熱量維持室溫20℃，采用燃煤供暖需要消耗14kW的化學(xué)能，電阻加熱器直接加熱空氣需要電能10kW，電動(dòng)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(diǎn)。整體來(lái)看，空氣源熱泵雖然運(yùn)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(shì)，應(yīng)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(yùn)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(diǎn)，可用于制冷、供暖、供熱水、烘干等多項(xiàng)功能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在建筑領(lǐng)域，熱泵可為建筑供暖、供冷、除濕和提供熱水；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，熱泵可用于干燥工藝，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控，改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)；在工業(yè)生產(chǎn)方面，高溫?zé)岜孟到y(tǒng)可被應(yīng)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(shù)也取得了技術(shù)突破，采用機(jī)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(shù)相比，可節(jié)約能源約40%，成本降低約50%，且不會(huì)造成環(huán)境污染。

全球范圍來(lái)看，熱泵目前更多運(yùn)用于住宅和商業(yè)建筑的空調(diào)，除了傳統(tǒng)的建筑領(lǐng)域，高溫?zé)岜煤陀酂峄厥照趲椭I(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(guān)鍵技術(shù)。國(guó)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(dāng)于在未來(lái) 30 年內(nèi)每月推出 500 兆瓦的熱泵。

中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)熱泵專業(yè)委員會(huì)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?yīng)用：

1/高溫工業(yè)熱泵

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

2/余熱回收

利用中高溫?zé)岜眉夹g(shù)，不但可減少對(duì)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(guò)程參數(shù)易控制、干燥時(shí)間短、無(wú)廢氣排放、環(huán)境友好等特點(diǎn)。

4/冷熱聯(lián)供系統(tǒng)

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

03 熱泵市場(chǎng)狂飆

熱泵是一種高效且氣候友好的技術(shù)解決方案，可幫助消費(fèi)者節(jié)省能源賬單費(fèi)用，并減少國(guó)家對(duì)進(jìn)口化石燃料的依賴。由于成本下降和強(qiáng)有力的政策激勵(lì)措施，熱泵市場(chǎng)近年來(lái)一直在強(qiáng)勁增長(zhǎng)。2021年，全球熱泵銷售額增長(zhǎng)了近15%，是過(guò)去十年平均水平的兩倍，其中歐盟/北美/中國(guó)（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(guó)、日本熱泵發(fā)展歷史較早，熱泵滲透率相對(duì)較高。

2022年，隨著俄烏沖突帶來(lái)的全球能源危機(jī)，歐洲熱泵市場(chǎng)一路狂飆，創(chuàng)下了約 300 萬(wàn)臺(tái)的銷售新紀(jì)錄，同比增長(zhǎng)80萬(wàn)臺(tái)（38%），自2019年以來(lái)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(wàn)噸 (Mt) 的二氧化碳排放。

據(jù)歐洲熱泵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年，許多歐盟國(guó)家熱泵的銷量都實(shí)現(xiàn)了跨越式增長(zhǎng)。例如，德國(guó)2022年市場(chǎng)增長(zhǎng)了53%，約有23.6萬(wàn)臺(tái)熱泵用于建筑供暖。值得一提的是，德國(guó)政府預(yù)計(jì)2024年熱泵的銷量將超過(guò)50萬(wàn)臺(tái)（3年內(nèi)增長(zhǎng)3倍以上）。挪威是歐洲氣候最冷的國(guó)家，目前約有三分之二的家庭擁有熱泵，其銷售額增長(zhǎng)了25%。2022年，芬蘭熱泵市場(chǎng)增長(zhǎng)了50%，瑞士增長(zhǎng)了23%。比利時(shí)和波蘭一樣，熱泵市場(chǎng)更是在2022年翻了一番。法國(guó)目前擁有歐洲最大的熱泵市場(chǎng)，2022年增幅也達(dá)到了30%。

為降低能源依賴及維護(hù)能源安全，歐洲各國(guó)出臺(tái)供暖脫碳政策持續(xù)利好熱泵銷售。除了歐盟整體“REPowerEU”計(jì)劃明確將熱泵的部署速度提高一倍，未來(lái)五年累計(jì)部署1000 萬(wàn)臺(tái)。英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家亦出臺(tái)政策明確未來(lái)熱泵部署目標(biāo)，熱泵長(zhǎng)期高增確定性強(qiáng)。國(guó)際能源署也指出，歐盟各國(guó)政府如果成功實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排和能源安全目標(biāo)，到2030年熱泵的年銷售額需要從2021的200萬(wàn)臺(tái)增至700萬(wàn)臺(tái)。

雙碳背景下我國(guó)加快低碳轉(zhuǎn)型的步伐，各省份連續(xù)發(fā)布一系列政策鼓勵(lì)新能源產(chǎn)業(yè)，大力推行供暖領(lǐng)域電氣化。2021年“碳達(dá)峰”相關(guān)行動(dòng)方案出臺(tái)，2022年各地“十四五”能源規(guī)劃陸續(xù)落地。隨相關(guān)建筑減碳要求的加速實(shí)施，未來(lái)中國(guó)熱泵市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)上升。于此同時(shí)，財(cái)政部預(yù)算報(bào)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(jìn)一步增加北方地區(qū)清潔取暖補(bǔ)助支持，也將推動(dòng)國(guó)內(nèi)空氣源熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在相關(guān)政策的支持下，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在煤改電逐步趨弱的背景下，將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

04 熱泵成本比化石燃料鍋爐還低

目前，購(gòu)買和安裝熱泵的成本可能是燃?xì)忮仩t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(guó)際能源署指出，以目前的能源價(jià)格計(jì)算，改用熱泵的家庭每年可節(jié)省的能源費(fèi)用從美國(guó)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(jìn)一步的支持，以幫助消費(fèi)者克服熱泵相對(duì)于傳統(tǒng)供暖技術(shù)額外成本。

與此同時(shí)，熱泵的快速擴(kuò)張也帶來(lái)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(jí)。到2030年，全球熱泵供應(yīng)和安裝可能需要130多萬(wàn)工人，幾乎是目前的三倍，可能會(huì)出現(xiàn)技術(shù)工人短缺。

國(guó)際能源署署長(zhǎng)比羅爾博士說(shuō)：“熱泵是碳減排不可或缺的技術(shù)。熱泵市場(chǎng)的一切都準(zhǔn)備就緒，這讓人想起我們?cè)谔?yáng)能光伏和電動(dòng)汽車等其他關(guān)鍵氣候技術(shù)中看到的發(fā)展軌跡。熱泵是對(duì)能源可負(fù)擔(dān)性、供應(yīng)安全和氣候危機(jī)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(jìn)一步加強(qiáng)，以使熱泵發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境潛力?！?/p>

（參考文獻(xiàn)詳見公眾號(hào)環(huán)球零碳）

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