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天然气工业锅炉

热泵行业专题分析:欧洲能源危机下的新市场机遇

发布时间:2022-09-25 05:40:02 来源:雷竞技官网欢迎 作者:雷竞技登录

  高纬度、冬长夏短等地理特征使得欧洲对供暖设备需求较大。欧洲属于海洋性气候,北欧 例如冰岛、挪威、瑞典以及东北欧例如白俄罗斯、波兰、俄罗斯这些地方冬季时间约为半 年,南欧例如希腊以及意大利、西班牙、葡萄牙等地约为三个月,英国、法国、德国等约 为四个多月。 热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。它通过消耗少量的逆循环 净功,得到较大的供热量,从而有效地利用把难以应用的低品位热能,达到节能目的。热 泵一套系统可替代供暖、供冷、供生活热水,可以替代锅炉和空调两套装置。

  作为节能环保的高效供暖装置,热泵的发展历经初具雏形、迅速发展、顺势重生三个阶段。

  1) 第一阶段(19 世纪早期至 20 世纪早期):热泵系统初具雏型。1824 年,法国科学家萨 迪.卡诺(Sadi karnot)首次提出的“卡诺循环”理论成为热泵技术的起源。1852 年, 英国科学家开尔文(L.Kelvin)第一个提出了正式的热泵系统,称为“热量倍增器”。1912 年,瑞士苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖,是世界上第一 套热泵系统。

  2) 第二阶段(20 世纪 40 年代至 21 世纪):热泵工业得到迅速发展,家用热泵和工业建 筑用的热泵开始进入市场。20 世纪 40 至 50 年代早期,热泵进入了早期发展阶段。20 世纪 70 年代以来,热泵工业进入了黄金时期,世界各国对热泵的研究工作都十分重视, 诸如国际能源机构和欧洲共同体,都制定了大型热泵发展计划,热泵新技术层出不穷, 热泵的用途也在不断的开拓,广泛应用于空调和工业领域。

  3) 第三阶段(21 世纪 “能源危机 ”至今):热泵重新登上历史舞台,成为当前最有价值 的新能源科技。能源危机使得燃油价格忽升,经过改进发展成熟的热泵以其高效回收低 温环境热能,节能环保的特点,重新获得青睐。前国际热能署专门成立国际热泵中心, 设立热泵推广工程(Heat Pump Programme),向世界上各国推广协调热泵技术的应用 和发展。2022 年,俄乌冲突、REpowerEU 的颁发再次推动热泵的发展。

  目前市面上热泵主要分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵。主要品牌有丹佛斯(Danfoss)、 大金(Daikin)和威能(Vaillant)等。

  空气源热泵就是利用少量的电能,把热空气从一个地方移动到另一个地方。冬季, 系统中 的制冷剂吸收室外冷空气中的热量, 转移到室内;夏季,热泵吸收室内的热量,转移到室 外。

  空气源热泵具有易安装、不占位、易维护等特点。不像燃气锅炉或生物质锅炉,空气源热 泵安置在室外,不占用家里的任何空间。同时,它们只需要几天的安装时间以及很少的维 护,寿命超过 20 年。

  由于高可靠性和低运行成本,热泵在住宅和商业机构中的广泛接受将使需求激增。热泵使 用电力运行时,虽然仍会有燃料费用支付,但效率更高,成本更低。

  相比传统壁挂炉,热泵具有更高的供暖效率、更低的供暖费用和更长的寿命。以热泵地暖 机和传统壁挂炉为例:前者采用热量倍增技术,压缩加热冷空气,利用空气中的热量加热 水,再让热水流进屋中从而取暖;后者主要通过将燃气与空气预混后点火燃烧,利用换热 系统加热生活热水,进而通过散热末端加热空气从而取暖。 1)供暖效率:根据热立方实验室数据,热泵热效率高达 425%,要得到 1000 瓦的发热功 率,只需要使用 200 多瓦的能源。而壁挂炉采暖分为三等:一级能效热效率值 99%~95%; 二级能效热效率为 89%~85%;三级能效热效率为 86%~82%。 2)供暖费用:根据热立方实验室对使用热泵地暖机用户的跟踪调查数据测算,以建筑面积 100 ㎡为例,假设冬季采暖时间 110 天左右,冬季采暖供水温度为 48℃,回水温度 40℃, 开启地暖之后,地表温度为 28℃左右,室内温度将能达到 21℃左右。若全天 24 小时运行 地暖,则每个月采暖费用在 500 元左右。壁挂炉以热效率最高的冷凝式为测试对象,以建 筑面积 100 ㎡为例,壁挂炉一天需要燃烧 17 立方米左右的燃气;以 2.5 元/立方米来算, 一个月需要 1275 元。 3)使用寿命:热泵地暖机作为一个新型家庭采暖设备,设计寿命是在 25 年左右;而根据 2009 年 11 月实施的《家用燃气燃烧器具安全管理规则》,燃气具从售出当日起,天然气热 水器、采暖热水炉的判废年限为 8 年。

  当用于驱动热泵的电力来自低碳源时,所有热量也是低碳的。而热泵系统在运行中无需燃 烧,不会产生有毒气体,不会发生爆炸,大大降低了温室气体的排放来减轻温室效应,有 利于创造绿色环保的环境。正是这种高效、清洁地输送热量的简单能力,使热泵成为净零 排放途径中的关键技术。 由于运作原理的不同,空气源热泵、水源热泵和地源热泵存在各自的优缺点。其中空气源 热泵:具有环保、使用灵活、节能等优点,但在极端情况下可转化的热能有限。空气源热 泵加热将水、电完全分离,无需燃煤或天然气,不会对环境造成污染;相比燃气、水地源 等,它不受地质、燃气供应的限制,可全年四季使用;同时,空气源热泵高效环保,稳定 的电力价格使它可为用户节省电费。然而,由于热泵利用的能量来源于空气,故在-10℃或 更低的极低温环境中,它能转换的热能有限,工作效能大打折扣,影响机组整体运作。

  根据欧洲热泵协会(EHPA)披露数据,2021 年欧洲热泵销售额+34%,创历史新高。同时, 根据欧洲热泵协会,2020 年受疫情影响,热泵销售量同比仅+7%;2021 年,热泵市场明 显复苏,在欧洲以前所未有的速度增长,在 21 个国家售出 218 万台热泵机组,同比增加近 56 万台。2021 年欧盟安装的热泵总数达到 1698 万台,占供暖市场 14%左右。

  同时,欧洲热泵市场集中度较高。2021 年欧洲五大热泵市场(热泵和热水机组)的销售量 分别为法国(537000 台,同比增长 36%)、意大利(382000 台,同比增长 64%)、德国(177000 台,同比增长 26%)、西班牙(148000 台,同比增长 16%)和瑞典(135000 台,同比增 长 19%)。其中 87%的欧洲市场销量仅在十个国家(法国、意大利、德国、西班牙、瑞典、 芬兰、挪威、波兰、丹麦和荷兰)销售。排名前三位的国家,法国、德国、意大利占了年 销售额的一半。分产品而言,欧洲热泵市场销售产品以空气源热泵为主。根据 EurObserver Heat pumps barometer 2020,2020 年欧洲热泵市场空气源热泵占比为 86.0%。

  为实现气候中和目标,欧洲各国政府制定了一系列政策手段,直接或间接推动热泵在供暖 领域的广泛应用。以德国为例,它分别在 2000 年、2007 年、2020 年和 2021 年出台《市 场激励计划》、《节能条例》、《建筑能源法》和《联邦建筑能效经费计划》,在提供财政支持 的同时提高建筑和能效标准,大力推动热泵的安装普及。根据《热泵助力碳中和白皮书 (2021)》,预计到 2026 年,德国热泵市场的复合年增长率将超过 8%。

  欧洲各国也在逐步或者计划出台燃油和燃气锅炉的销售禁令,并发放补贴。根据国际能源 署于 2021 年 11 月发布的《能效 2021》:作为实施零碳建筑标准计划的一部分,英国计划 逐步停止销售燃气锅炉;爱尔兰计划从 2022 年起禁止在新建筑中安装燃油锅炉,从 2025 年起禁止在新建筑中安装燃气锅炉;荷兰计划从 2024 年起每年安装 10 万台热泵,到 2030 年安装 200 万台热泵,并计划发放补贴;挪威于 2020 年通过 ENOVA 计划向 2300 多个 家庭发放补贴,并重点关注用于区域供热领域的高温热泵市场。

  同时,国际能源署(IEA)于 2022 年 3 月 3 日表示,欧盟的制裁措施将会使得该集团从俄 罗斯进口的天然气减少三分之一以上,并给出 10 项建议以增强欧盟天然气网络的弹性,并 最大限度地减少弱势消费者可能遇到的困难。其中提到加快热泵替代燃气锅炉的进程,IEA 推荐欧盟加快部署热泵,将当前欧盟热泵的安装率提高一倍。

  根据欧洲热泵协会(EHPA):2015 年起,欧洲部分国家开始停止销售常规壁挂炉;2025 年左右,欧洲主要国家(英国,德国)计划停止销售包含燃气冷凝炉在内的锅炉;至 2045 年,欧洲主要国家 50%的供热需求由热泵来满足,其中德国计划安装 1400 万套热泵采暖 产品。

  随着各国先后制定和颁布清洁能源政策,热泵正迅速成为新建筑的标准解决方案,热泵市 场将迎来历史性的发展机遇。根据欧盟热泵协会(EHPA)的预测,2026 年,欧盟热泵市场规 模将超过 150 亿美元,热泵销量将实现翻倍,达到 400 万台;2031 年,欧盟热泵销量预计 达到 1400 多万台,复合增长率将达到 15%。根据 IEA 的场景测算,住宅建筑中的空间供 暖电气化份额将从 2015 年的 4%左右增加到 2030 年的 12%左右,2050 年的最大比例将达 到 34%,在服务业,这一比例将从 2015 年的 12%左右上升到 2030 年的 29%左右,2050 年的最大值约为 51%。

  虽然热泵在欧洲已经取得较快的发展,但热泵仍只是供暖市场的一小部分,以天然气为主 的供暖设备占比超过 70%。IEA 报告显示欧洲 40%的天然气用于建筑供暖。俄乌冲突发生 以来,欧洲主要国家面临越来越严重的俄气“断供”局面。但与此同时欧洲国家也在加快 能源结构转型,希望摆脱对俄罗斯的能源依赖,并提出一揽子计划。在此背景下,加快推 广热泵、取代天然气供暖不仅是缓解今年冬季取暖的需要,更是中长期内欧洲加快能源结 构转型的重要一环。我们认为,热泵在欧洲的发展将按下加速键,政策红利可期。

  欧洲主要国家对化石能源的依赖度仍较高。虽然近年来欧洲主要国家重点发展风能、太阳 能等可再生能源,但石油、天然气仍是最主要的能源。根据 BP 世界能源统计年鉴的数据, 2021 年欧洲石油、天然气的消费占比分别为 35%、24%,居前两位。短中期来看,欧洲还 无法摆脱对化石能源的依赖。

  其中,作为化石类清洁能源的代表,天然气在欧洲的消费量总体保持稳定,是该地区电力 生产和供暖的主要燃料。2021 年欧洲天然气消费量 5711 亿立方米,较 2020 年增长 5.4%。 从欧洲天然气的消费结构看,电力、住宅和商业部门一直是天然气消费的“大户”,消费占 比之和超 60%。 在电力部门,可再生能源电力供应不稳定情况下,天然气发挥着大作用。2021 年北半球极 端天气造成风电、水电的输出不稳定,为弥补电力供应缺口,欧洲电力系统增加对天然气 的消费。EnAppSys Ltd 的数据显示,2021 年天然气发电量占总量的 18%,煤炭和褐煤占 15%。即使是在欧洲天然气价格创新高的背景下,2021 年天然气发电量仍实现小幅增长。 (核能 27%,包括风电和水电的可再生能源 40%)。

  虽然欧洲对天然气的消费量巨大,但本土天然气产量少,非常依赖进口,其中俄罗斯占到 欧洲天然气进口量的 50%以上。2020 年欧洲天然气进口量 3261 亿立方米,其中从俄罗斯 进口的天然气约 1850 亿立方米,占进口总量的 56.7%。2021 年欧洲从俄罗斯进口的天然 气增长至 1886 亿立方米,占进口总量的比重进一步提升。所以俄罗斯对欧洲天然气供应有 着至关重要的影响。

  德国、土耳其等国对俄罗斯天然气的依赖度居前。欧洲进口的天然气以管道天然气为主, 2020 年管道天然气占到进口总量的 65%。从欧洲各国对俄罗斯管道天然气的依赖度看,德 国、土耳其、意大利对俄气的依赖度分别为 55%、49%、39%,位居前三。其次是荷兰、 英国、法国等国。而据欧洲统计局的数据,斯洛文尼亚、拉脱维亚等十个国家的天然气更 是全部来自俄罗斯。

  俄罗斯管道气是欧洲地区天然气进口的主要来源:“北溪 1 号”管道经波罗的海到德国,年 输送能力 550 亿立方米;亚马尔—欧洲管道经白俄罗斯和波兰到德国,年输送能力 330 亿 立方米;乌克兰的各条管道通往斯洛伐克、匈牙利、罗马尼亚和波兰;土耳其管道(蓝溪 和土溪)连接到保加利亚、塞尔维亚和匈牙利。

  俄乌冲突发生以来,俄气供应问题频发,短中期内欧洲面临“断气”危机。自 2022 年 6 月 16 日起,经“北溪-1 号”管道对西北欧地区的天然气输送量骤降至约 700GWh/日,仅为 原输气量的 40%。7 月 11 日-21 日,“北溪-1 号”管道进行年度维护,期间更是暂停了天 然气输送。7 月 21 日,该管道恢复送气,但目前输气量仍仅为原输气量的 40%。受此影响, 自俄乌冲突发生以来欧洲天然气价格已经出现 2 轮飙涨。

  虽然欧洲在对俄气的进口替代上采取多种措施,但短期内天然气短缺的困境在所难免。而 在天然气短缺的情况下,冬季取暖和电价飙升将会是欧洲面临的首要问题,尤其是电价飙 升,不仅增加家庭能源支出,还影响工业生产。7 月 26 日欧盟成员国就一项经过较大调整 的“节气”方案达成共识,同意在自愿基础上将天然气使用量减少 15%,以应对欧盟面临 的天然气短缺问题。

  从中长期看,新的地缘政治风险和能源市场现实要求欧盟大力加速可再生能源转型。欧委 会于今年 5 月正式通过 RePowerEU 能源转型行动方案,旨在“摆脱对俄能源依赖”和“快 速推进能源转型”。该方案计划在 2030 年前投资 3000 亿欧元,通过加快可再生能源产能 部署、能源供应多样化、提高能效三大支柱措施,实现欧洲能源独立和绿色转型。

  需要特别指出的是,该方案将节能放在首位,其次是加速推进可再生能源的转型。欧盟认 为节能是解决当前能源危机最快且成本最低的方法。欧盟鼓励成员国宣传节能理念,并采 用财政手段鼓励节能行动,例如降低对节能供暖系统、建筑绝缘设备等产品的增值税率。 此外,欧盟还计划将 2030 年的可再生能源目标从目前的占比 40%提高到 45%。

  在居民领域,供热(主要指冬季取暖和热水)是欧洲最大的终端能源消费,但该领域的节 能和可再生能源使用未被重视。欧洲大部分区域地处北半球高纬度高寒地区,冬季时间漫 长且气候较寒冷,所以欧洲国家都有较高的冬季供暖需求。采用壁挂炉取暖则是目前欧洲 家庭最常见的冬季取暖方式,其中天然气是主要能源。

  IEA 报告指出,2020 年欧洲约 40%的天然气用于建筑供暖,相比之下约 1/3 用于发电,约 1/4 用于工业。同时,就全球范围而言,2020 年化石燃料技术占全球供暖设备销售额的近 50%,可再生能源的使用仅占一小部分。 热泵技术被认为是减少供热体系对化石能源依赖的最佳方式之一。热泵主要消耗电能,利 用热循环过程,将低温热源(如空气、水或地热)传递到高温物体中,用来加热水或采暖。 与化石能源相比,电能是清洁、高效的二次能源,而且通过使用绿色电力,热泵技术在供 热领域的大规模应用(又称为供热电气化)可有效减少对天然气等化石能源的依赖。

  热泵还是高效节能产品,热效率高。提高能源效率、节能一直是供热领域的重点,尤其是 在欧洲发达国家。与化石燃料供热方案相比,热泵在变频技术和喷气增焓技术的应用下热 效率最高可达 400%,相当于 1 度电可以产生 4 份热量,而锅炉的热效率不会超过 100%。

  不过,虽然热泵技术具备多重优势,但热泵在全球的应用仅占一小部分,主要系存量建筑 市场尚未启动。IEA 指出 2020 年热泵仅提供着全球近 7%的供热需求。我们认为这主要系 大多数热泵安装在新建建筑中,而庞大的老旧建筑仍延用天然气壁挂炉进行取暖。如果仅 是看新建建筑,热泵已经占据一定市场份额。例如,在美国新建建筑的热泵销售份额在单 户住宅中超过 40%,在新建多户建筑中接近 50%。

  加快推广热泵、提升供热的电气化水平不仅缓解今年冬季取暖压力的关键,更是在中长期 内推动欧洲能源结构转型的重要一环。今年 3 月 3 日,IEA 在《减少欧盟对俄罗斯天然气 依赖的 10 点计划》中提出“加快热泵替代燃气锅炉”等建议,通过将当前欧盟热泵的安装 率提高一倍来加快预期部署,将在第一年内额外节省 20 亿 m³的天然气使用量。

  今年 5 月公布的 RePowerEU 能源转型行动方案也多次提及热泵。首先,欧盟鼓励热泵等 高效设备的使用。其次,在具体举措中欧盟提出将当前的热泵部署速度提高一倍,未来五 年累计达到 1000 万台,并采取措施将地热、太阳能供热集成到现代公共供暖系统中。在其 附带的《欧洲节能通讯》中,委员会提出了一系列措施,以加快和激励热泵的推广,如对 建筑物提出更严格的能源效率要求,到 2029 年应结束 独立的 化石燃料锅炉的使用。 虽然不论是 IEA 的建议还是欧盟的 RePowerEU 能源转型行动方案,它们都没有就如何实 现热泵推广目标提出整体战略或具体措施,但我们认为随着俄气“断供”的发酵,欧洲主 要国家或将加快出台诸如能源补贴的政策。以美国和德国为例,7 月 28 日美国参议 院舒曼松口支持《2022 年通胀削减法案》,不久后该法案有望获得美国国会的批准。该一 揽子计划旨在降低消费者能源成本,提高能源安全,推动美国 2030 年减排约 40%,其中 就包括 90 亿美元的消费者家庭能源回扣计划,实现家用电器的电气化和节能改造;10 年 的消费者税收抵免,覆盖屋顶太阳能、热泵、热水器等。

  德国宣布一揽子能源安全计划。7 月 27 日德国经济部指出,“明年是该计划施行的第一年, 将支出 354 亿欧元,其中约三分之二的支出,即接近 170 亿欧元将用于提高旧建筑的能源 使用效率”。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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