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热泵技术应用现状与前景展望
随着全球推进碳中和行动，加快能源结构转型已成为各国共识。国际能源署（IEA）预测，2050年将有26亿人生活在同时需要供暖和制冷的地区，由可再生能源驱动的热泵（Heatpumps）兼具供暖及制冷功能，还有助于温室气体减排，可能成为新建筑和供暖改造的首选[1]。《麻省理工科技评论》评出的“2024年十大突破技术”中就包括热泵[2]，这是一种在高位能（电能、热能）的驱动下，将低位热源的热能转移到高位热能的节能装置，广泛应用于建筑采暖/制冷、工业、农业和交通等领域。按利用热源种类，热泵装置可分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵三大类。目前热泵热效能转换效率（COP）为300%~400%以上，制冷采暖效率是传统燃气锅炉的3~5倍。热泵技术作为绿色低碳的热能供应方案，是供热领域替代化石能源、实现碳中和的必然路径。本文从国内外热泵发展现状、行业情况、技术发展前沿等角度，全方位展示目前全球热泵技术与部署的进展情况。
一、国外热泵发展现状
目前欧美等20多个主要经济体已将热泵提升到国家战略层面，相继制定发展规划、路线图以及相关扶持政策。包括但不限于补贴或减税、低息贷款、能效法规、高碳税、技术禁令等方式，加速热泵推广，提升热泵市场普及率。
美国作为全球最大经济体，不断出台支持热泵相关政策，加速提升能源效率和电气化水平。2023年11月，美国能源部（DOE）宣布提供高达1.69亿美元的资助以加速全国15地的电热泵及其关键部件制造[3]。2024年2月，DOE在此基础上又宣布提供6300万美元的资助，以加速全美住宅电热泵、热泵热水器以及其他组件的国内制造增长[4]。2023年，全美空气源热泵出货量达361.7万台[5]，美国气候联盟提出到2030年联盟内的热泵安装量达到2000万台的目标[6]。
欧洲将热泵作为电气化的重要战略布局，长期渗透率提升趋势较为明确。2022年5月，欧盟委员会推出REPowerEU计划，明确要将热泵的部署速度提高1倍，在5年内累计部署1000万台[7]。根据欧洲热泵协会数据显示，2022年，欧洲21个国家的热泵销量达到300万台，同比增长37%，创下历史新高[8]。2024年2月，欧盟就《净零工业法案》达成临时协议，提出到2050年热泵部署增加6倍[9]。
英国净零排放目标的实现必须提高建筑领域的电气化程度，通过热泵技术电气化供暖，成为其中的重要选择之一。2023年3月，英国碳预算交付计划提出大规模部署热泵，英国气候变化委员会主张迅速增加热泵的部署数量，要从2021年每年部署的5.5万台增加到2028年的60万台[10]。2024年2月，英国公共部门脱碳计划已进行到第四阶段，政府确认向公共部门提供高达11.7亿英镑的资金安装热泵等低碳供暖系统[11]。英国还推出锅炉升级计划，为用热泵取代化石燃料锅炉的住户提供5000英镑补助，补助旨在降低热泵安装成本，并让热泵在家庭取代天然气和石油供暖时成为一种可行的替代方案。
二、我国热泵发展现状
我国热泵行业受益于国家气候安全及能源安全战略的长期性和确定性，有望长期享受政策红利。国家大力支持热泵发展，在可再生能源、建筑节能、新能源技术推广应用等方面颁布了相应的政策文件。2021年10月，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》提出推进终端用能领域以电代煤、以电代油，推广新能源汽车、热泵、电窑炉等新型用能方式。2022年7月，住房和城乡建设部、国家发展改革委出台《城乡建设领域碳达峰实施方案》，指出要推广空气源等各类电动热泵技术，推广热泵热水器、高效电炉灶等替代燃气产品。2023年4月，国家能源局发布《2023年能源工作指导意见》，积极推广地热能、太阳能供热等可再生能源非电利用。各种政策文件直接或间接地推动了地热产业和地源热泵技术的应用发展。
“十四五”期间，我国大部分省份均已提出地区地热能开发或地源热泵行业的发展方向及目标。例如加快浅层地热和中深层地热资源开发利用，打造地热能高效开发利用示范区，加快推广地源热泵及技术应用等，详见表1。
表1“十四”五期间全国各省(市、区)鼓励发展地源热泵政策要点
地区
政策要点
北京
到2025年，全市新增浅层地源热泵供暖面积2000万平方米，新增中深层地热热泵供热面积200万平方米
河北
利用地源热泵，加快推广浅层地温能和中深层地热资源开发利用
河南
扩大浅层地热规模，优先发展土壤源热泵，积极发展再生水源热泵
甘肃
推动地热能分区分类利用、井下换热技术应用和浅层地热能开发利用
陕西
大力推进关中地区中深层地热能供热、浅层供热制冷
山东
推动浅层土壤源能源利用技术升级，形成适宜的、多元化的清洁供热解决方案
贵州
到2025年，浅层地热能利用面积达到2500万平方米；2030年达到5000万平方米
湖南
到2025年，新增浅层地