2024年,麻省理工科技评论将热泵技术列为十大突破性技术之一,预示着人类正在进入热泵时代。全球超过三十个国家制定了热泵激励计划,其中意大利的补贴力度最高,甚至达到110%。
2021年和2022年,欧洲地区热泵销售增速分别为34%和近38%,德国的装机量增速更是超过50%。不仅如此,科技界大佬也对热泵技术给予了高度评价:雷军认为这是一项神奇的技术,而马斯克则将其视为特斯拉未来重要战略布局。
马斯克在特斯拉首次投资者日活动上公布的宏图计划第三篇章中,提出应该大范围在家庭、企业、工业中推广热泵,认为这是让地球通往完全可持续之路的重要一步。为何热泵技术获得如此多的关注?
首先,俄乌冲突引发的欧洲能源危机推动了热泵安装量的急剧上升。欧洲市场去天然气化已成为长期必然趋势,热泵作为替代方案,对应的市场规模接近万亿。
其次,面对日益频繁的极端天气,新的取暖技术显得尤为重要。例如,去年合肥刷新了2000年以来最低气温记录,新疆也打破了有记录以来的最低气温极值。
空气能热泵有机会显著降低我国南方地区冬季的取暖成本,让更多地区实现大规模采暖。
二、热泵技术原理及优势:高效的“热量搬运工”热泵技术主要通过搬运空气中的热量进行取暖,即使在寒冷的冬季,也能将室外捕获的热能转移到室内。这项技术并非将电能直接转化为热量,而是利用电能与冷媒来收集室外空气中的热能,并将其转移到需要的地方,就像一位热量的“搬运工”。
热泵的应用范围广泛,除了供暖,还可用于烘干、水温加热等。
虽然热泵与便携式空调和冰箱的原理类似,但其在冷媒和核心组件的使用上有所不同,效率更高。空气能热泵使用R32冷媒、变速压缩机和四通换向阀等,即使在零下几十度也能制热,且效率远高于电暖气。
电暖气的电能转化为内能生热的理论转化率可视为100%。而空气能热泵并非将电能转化为热能,而是搬运热能。
任何高于绝对零度的物体都含有热能。空气能热泵利用一部分电力,将外界较冷但仍然存在的热能“搬运”到室内。
因此,空气能热泵搬运能量的效率可以达到300%到400%,未来甚至更高。
三、热泵技术发展及产业影响:中国有望引领全球热泵技术的发展可以追溯到一百多年前,并在海外得到广泛应用。其发展经历了三个上行周期,分别与能源危机、伊拉克战争和俄乌冲突相关。
20世纪70年代是热泵在日本和欧洲的黄金发展期,20世纪80年代日本已普及家用热泵空调。我国的家电龙头企业在2000年左右才开始进军空气能热泵产业,因此直到2007年,我国的市场渗透率仍不足1%。
随着2017年空气能热泵技术入选国家重点节能低碳技术推广目录,我国的空气能产业逐渐发展壮大,并在一些关键技术上积累了优势,出口也表现良好。当空气能热泵供暖成本低于天然气供暖成本时,将一定程度上颠覆现有的能源格局。
热泵使用的电能可以通过太阳能、水能、风能等清洁能源转化而来。目前工业高温热泵已突破150度,未来若继续突破温度上限,将对天然气能源系统产生影响。
此外,热泵在农业大棚恒温、农产品烘干等领域也有广阔的应用场景。
中国和日本合计占全球热泵技术新专利申请的一半以上,我国热泵产业有望在世界范围内取得领先地位。
四、未来三年,热泵技术将如何改变我们的生活?未来三年,热泵技术将在以下领域改变我们的生活:
加速国内电动车渗透率: 热泵技术可以提高电动汽车热管理系统的能量利用效率,解决冬季车内取暖耗电量大的问题。相比PTC电加热器,热泵的能量利用效率更高,是电动汽车热管理系统的长期解决方案。
驱动家用热能系统全面更新: 热泵可以应用于空调、地暖、热水器等,满足不同规模的供暖和热水需求。其安装成本低于电锅炉和燃气锅炉,全生命周期运行费用更低。
智能化的热泵产品可以根据用户习惯优化能源消耗,进一步降低使用成本。
国内热泵市场竞争格局目前比较分散,海尔、美的、格力等家电企业处于第一梯队。未来,热泵将从单一产品发展成集多种功能于一体的系统,拥有完整家电生态链的企业将更有优势。
大型工程安装经验和完善的售后服务也是企业在市场快速拓展期的重要竞争力。
国际能源署的报告指出,中国拥有全球约40%的热泵制造能力,为实现2050年全球零近排放目标,热泵产能仍需大幅提升。这为中国热泵产业链带来了巨大的发展机遇。
国家政策的支持也将推动国内企业在细分领域取得突破,获得国际市场认可。