销量狂飙、节能3倍：热泵为何突然成为减碳“神器”
当地时间4月5日，特斯拉正式发布其可持续性能源发展“宏图计划”第三篇章(Master Plan Part 3)的完整文件。
最新的完整文件重申，实现可持续的能源经济需要达到这些目标：储能240 TWH，可再生电力30 TWH，制造领域投资10万亿美元，能源要求为化石燃料经济的一半，可再生能源生产设施占地面积低于0.2%，占2022年全球GDP的10%，无法克服的资源挑战为零。
为实现这一目标，马斯克在3月1日的特斯拉投资者日上已公布了摆脱化石能源的五个核心步骤：（1）用可再生能源驱动现有的电网；（2）全面转向电动车；（3）将热泵推广至家庭、企业、工业；（4）在工业领域使用高温储能及绿色氢能；（5）在飞机和船舶上应用可持续能源。
除了大家较为熟悉的光伏、储能、电动车和氢能，马斯克此次重点介绍了热泵这项不为大众所熟知的技术。马斯克提出应该在家庭、企业和工业中优先用热泵，热泵并不产生热量而是将外部的能量传递到房屋内部，这将为建筑物供暖减少3倍能耗，且此举可以减少22%化石燃料的使用，并为提高能源效率铺平道路。
热泵在马斯克看来减碳潜力上将超过电动车，将在未来地球的可持续性能源经济发展中占据重要地位。他表示尽管特斯拉暂时没有热泵相关产品，但未来或许会生产家用热泵向市场销售。未来，大规模使用热泵需要3000亿美元的制造投资。
除了马斯克看好热泵，欧盟也在去年5月公布的“RepowerEU” 能源转型行动方案中，明确要求将当前的热泵部署速度提高一倍，未来五年累计安装达到1000万台。
国际能源署（IEA）在去年12月发布的特别报告《热泵的未来》（the Future of Heat Pumps）中也表示，热泵的使用有助于提高能源供应安全，同时有助于对抗气候变化；未来数年，热泵销量有望呈现持续增长态势，热泵生产商也将迎来前所未有的市场机遇。
作为取暖设备，热泵在我国并不为人们所熟悉，它到底神奇在何处，为何一跃成为欧洲人的“取暖神器”并且销量狂飙屡创新高？
01 什么是热泵？
热泵(Heat Pump)是一种在高位能(一般为电能、热能)的驱动下，将低位热源(通常是空气、水或土壤)的热能转移到高位热源的节能装置，从而为生产和生活供暖、供冷及提供热水等服务。
热泵系统包括热泵机组、热分配系统、低位热源采集系统、高位能输配系统。其中，热泵机组主要是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构、辅助设备等部件组成。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。
热泵的本质是热量的输送装置，其热效率通常可达300%-400%以上，即1度电至少搬运3-4度电，其热效率比直接制热的电热水器、燃气锅炉采暖等高出几倍，且几乎无污染。根据中国节能协会数据，若向室内供应10kW热量维持室温20℃，采用燃煤供暖需要消耗14kW的化学能，电阻加热器直接加热空气需要电能10kW，电动热泵仅消耗2.86kW电能。
根据低位热源种类区分，热泵可分为空气源热泵、土壤源热泵和水源热泵等。上述三种热泵系统使用不同的热源，具有不同的优缺点。整体来看，空气源热泵虽然运行效率不及土壤源热泵和水源热泵，并存在冬季除霜的需求，但其在安装和使用操作方面具备明显优势，应用更为普遍。空气源热泵有效利用了空气热能这一可再生能源，节能效果显著，运行中可以做到零污染。
02 热泵有何用途？
热泵具有节能、环保、高效等特点，可用于制冷、供暖、供热水、烘干等多项功能，应用领域广泛。在建筑领域，热泵可为建筑供暖、供冷、除湿和提供热水；在农业领域，热泵可用于干燥工艺，实现农业环境调控，改善农村经济结构；在工业生产方面，高温热泵系统可被应用于石油化工、纸浆加工、陶瓷工业、印刷业等大多数工业生产中。此外，热泵海水淡化技术也取得了技术突破，采用机械压缩式热泵海水淡化，可直接将海水加热到80“C以上，与现有膜法海水淡化技术相比，可节约能源约40%，成本降低约50%，且不会造成环境污染。
全球范围来看，热泵目前更多运用于住宅和商业建筑的空调，除了传统的建筑领域，高温热泵和余热回收正在帮助工业部门脱碳，而且它们的作用正在大大增加。热泵正在被确定为工业脱碳的关键技术。国际能源署已确定，到 2050 年，热泵将占轻工业热需求的 30%，这相当于在未来 30 年内每月推出 500 兆瓦的热泵。
中国节能协会热泵专业委员会在《热泵助力碳中和白皮书（2021）》中列举了热泵在工业中具有较大发展潜力的典型应用：
1/高温工业热泵
能够提供高达150℃的热媒介质，是未来热泵技术研究的重要方向之一，技术突破将导致的性能和可靠性的大幅提升。
2/余热回收
利用中高温热泵技术，不但可减少对环境的热污染，又可把低温余热提高到可直接利用的温度，提高能源的利用率，降低二氧化碳排放。
3/工业干燥
热泵干燥系统有高效节能、干燥过程参数易控制、干燥时间短、无废气排放、环境友好等特点。
4/冷热联供系统
针对既需要制冷冷藏，又需要制备热水的工业场景，可采用冷热联供技术，避免能量的浪费。
03 热泵市场狂飙
热泵是一种高效且气候友好的技术解决方案，可帮助消费者节省能源账单费用，并减少国家对进口化石燃料的依赖。由于成本下降和强有力的政策激励措施，热泵市场近年来一直在强劲增长。2021年，全球热泵销售额增长了近15%，是过去十年平均水平的两倍，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。
2022年，随着俄乌冲突带来的全球能源危机，欧洲热泵市场一路狂飙，创下了约 300 万台的销售新纪录，同比增长80万台（38%），自2019年以来翻了一番。2022 年售出的热泵则替代了大约 40 亿立方米 (bcm) 的天然气，避免了大约 800 万吨 (Mt) 的二氧化碳排放。
据欧洲热泵协会统计，2022年，许多欧盟国家热泵的销量都实现了跨越式增长。例如，德国2022年市场增长了53%，约有23.6万台热泵用于建筑供暖。值得一提的是，德国政府预计2024年热泵的销量将超过50万台（3年内增长3倍以上）。挪威是欧洲气候最冷的国家，目前约有三分之二的家庭拥有热泵，其销售额增长了25%。2022年，芬兰热泵市场增长了50%，瑞士增长了23%。比利时和波兰一样，热泵市场更是在2022年翻了一番。法国目前拥有欧洲最大的热泵市场，2022年增幅也达到了30%。
为降低能源依赖及维护能源安全，欧洲各国出台供暖脱碳政策持续利好热泵销售。除了欧盟整体“REPowerEU”计划明确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。国际能源署也指出，欧盟各国政府如果成功实现温室气体减排和能源安全目标，到2030年热泵的年销售额需要从2021的200万台增至700万台。
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。2021年“碳达峰”相关行动方案出台，2022年各地“十四五”能源规划陆续落地。随相关建筑减碳要求的加速实施，未来中国热泵市场规模有望持续上升。于此同时，财政部预算报告显示2022年大气污染防治方面拨出300亿元，比去年增加25亿元，将进一步增加北方地区清洁取暖补助支持，也将推动国内空气源热泵产业的发展。在相关政策的支持下，国内市场在煤改电逐步趋弱的背景下，将迎来新的发展机遇。
04 热泵成本比化石燃料锅炉还低
目前，购买和安装热泵的成本可能是燃气锅炉的两到四倍，但由于热泵的效率更高，热泵在使用寿命内的成本通常比化石燃料锅炉低。国际能源署指出，以目前的能源价格计算，改用热泵的家庭每年可节省的能源费用从美国的300美元到欧洲的900美元不等，但是政府需要为热泵提供进一步的支持，以帮助消费者克服热泵相对于传统供暖技术额外成本。
与此同时，热泵的快速扩张也带来了一些挑战，例如热泵将不可避免地增加电力需求，可能需要电网的升级。到2030年，全球热泵供应和安装可能需要130多万工人，几乎是目前的三倍，可能会出现技术工人短缺。
国际能源署署长比罗尔博士说：“热泵是碳减排不可或缺的技术。热泵市场的一切都准备就绪，这让人想起我们在太阳能光伏和电动汽车等其他关键气候技术中看到的发展轨迹。热泵是对能源可负担性、供应安全和气候危机等许多最紧迫的解决方案。政策措施今天已经到位，但需要进一步加强，以使热泵发挥其巨大的经济和环境潜力。”
