中国长三角地区零碳家庭供暖 ： 热泵作为核心解决方案

中国长三角地区的零碳家庭供暖 热泵作为核心解决方案 报告/2024年1月 关于RMI RMI是一家独立的非营利组织，成立于1982年，通过市场驱动的解决方案转变全球能源系统，以适应1.5°C的未来，并为所有人确保清洁，繁荣，零碳的未来。我们在世界上最关键的地区工作，并与企业，政策制定者，社区和非政府组织合作，以确定和扩大能源系统干预措施，到2030年将减少至少50％的温室气体排放。RMI在科罗拉多州的玄武岩和博尔德设有办事处；纽约市；加利福尼亚州奥克兰；华盛顿特区C.；在中华人民共和国北京。 作者和致谢 Authors 一汉郝欣欣胡婷李 光绪王梦王 其他贡献者 爱德华·陈，前身为RMI吴念英 作者按字母顺序列出。除非另有说明，否则所有来自RMI的作者。 联系人 王蒙,mwang@rmi.org王光旭, gwang@rmi.org 版权和引文 郝一汉,胡欣欣,李婷,王光旭,王孟华,中国零碳家庭供暖’长江三角洲地区：热泵作为核心解决方案，RMI，2023年，https://rmi.org/ insight/零碳-中国家庭供暖-长三角地区/。 RMI重视协作，旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许感兴趣的各方通过知识共享CCBY-SA4.0许可证来参考、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/。 除非另有说明，否则所有使用的图像均来自iStock.com。 Acknowledgements 作者感谢以下个人提供他们的见解和观点。出现在此列表中并不表示对报告发现的认可。 布雷特布里奇兰，RMI 高一峰，中国节能协会热泵委员会斯蒂芬妮·格林，RMI 施文兴，清华大学建筑学院 目录 缩写5 中国长三角地区迫切需要更好和更零度6 碳加热 长三角地区家庭供暖面临的挑战9 家用暖气的发展趋势9 分布式家庭供暖系统的比较分析11 长江三角洲地区 YRD地区主要的分布式家庭供暖设备11 多维比较14 Conclusions23 长三角地区规模化热泵的零碳途径23 在YRD地区推广热泵的主要挑战与建议27 主要挑战27 建议28 中国及其他地区的热泵31 附录A：建筑模拟输入参数33 附录B：经济分析的概念和假设34 尾注35 缩写 ASHP空气源热泵 EFH电地暖 GSHP地源热泵 HPFH热泵循环地板采暖 迷你拆分无管、迷你分体式系统空调 PERH便携式电阻加热器 WSHP水源热泵 YRD长江三角洲 中国长三角地区迫切需要更好的零碳供暖 空间供暖提高了人们的生活质量，但也是能源消耗和碳排放的主要来源。2021年，空间供暖和生活热水占全球最终能源消耗的近15%，导致约24.5亿吨二氧化碳排放量。鉴于全球人口的增长和生活水平的提高，建筑供暖面积预计将在2021年至2030年间增加12%。1由于供暖所需的能源主要由天然气等化石燃料提供，因此受热面积的增加将导致建筑行业的CO2排放量大幅增加，这对全球气候目标构成了巨大挑战。 在我国,北方地区的居民都有政府提供的区域供热服务,而我国南方地区的居民在供热设施方面还存在明显的不足,气候变化导致的极端天气频发。i这些变化，加上经济快速增长带来的更高的生活水平，意味着中国南方冬季更迫切需要为室内环境提供有效的供暖设施。根据中国雄心勃勃的气候目标，各省已开始制定计划，以实现自己的碳峰值和碳中和目标。有必要在广大的南部地区开发定制的零碳供热途径。 附件1:长江三角洲地区的位置 资料来源：郑等人，2022年2 i与2021年2月德克萨斯州毁灭性的寒潮类似，上海2021年1月前10天的平均气温达到1.2°C，是1987年以来的最低气温。 rmi.org/6 中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖：热泵作为核心解决方案 长江三角洲（YRD）地区是位于中国东部沿海地区长江下游的三角形都市圈（见图表1，第6页）。它的总面积为35.8万平方公里，大约相当于德国的大小，涵盖了上海以及江苏，浙江和安徽等省。总结YRD区域基本信息的快照显示在图表2中。YRD地区作为中国南方地区人口最稠密、经济最发达的城市群之一，具有典型的气候特征，最有潜力探索零碳供热途径，成为中国南方其他地区的榜样。 由于YRD地区缺乏足够的供暖设施，冬季室内环境不佳，迫切需要对家庭供暖系统进行改进。尽管冬季的室外温度不如北方的低（请参阅图表3，第8页），但高空气湿度使人们在冬季感觉明显更冷。ii然而,目前在YRD区域中使用的大多数家庭加热设备,主要是无管迷你分体式系统空调(迷你分体式)和小电阻加热器,不足以创造舒适的室内热环境。 此外，该地区10%-30%的居民不使用任何取暖设备。3因此，YRD地区冬季室内环境较差，冬季最冷月份的室内平均温度低于15℃。相比之下，发达国家类似气候地区近90%的家庭冬季室内温度超过20℃。4 附件2:YRD区域的快照 人口：2.18亿（2020年） 面积:358,000公里2 GDP:36700亿美元（2020年） 气候: o根据柯本气候分类的潮湿亚热带气候 o极端炎热和潮湿的夏天，寒冷的冬天o全年空气湿度高 住宅建筑类型：YRD地区的大多数居民都住在高层公寓中。 家庭供暖系统： o分布式家庭供暖系统（由房主或房地产开发商安装在公寓中的设备或系统）是YRD地区的常态。（区域供暖是中国北方的主要供暖方式。） o超过60％的居民在冬季使用微型分离器（具有加热功能）进行空间加热，小型电阻加热器也被广泛使用；冬季仍有10％-30％的居民没有热量。5 ii寒冷天气下的高空气湿度会增加身体的热传导，并削弱衣服的绝缘质量。 中国长江三角洲地区的零碳家庭供暖：热泵作为核心解决方案 rmi.org/7 附件3:上海的平均每小时气温 来源：WeatherSpark.com YRD地区先进的经济发展为升级家庭供暖系统奠定了基础。YRD地区是中国最大的经济中心，对全国GDP的贡献超过24％。2021年，人均可支配收入达到每年7,350美元（每年49,000人民币），是全国平均水平的1.5倍。YRD地区的居民能够并愿意为更好的家庭供暖系统付费。YRD地区人口超过2亿，占中国人口的15％，是世界上人口最稠密的地区之一。对更好的空间供暖的巨大需求也可能有助于家用供暖制造业的快速发展。 零碳家庭供暖的发展对于YRD地区的零碳转型至关重要。作为中国的经济中心和全球制造业中心之一，该地区具有高消费和高比例的化石能源，其中大部分是从中国其他地区进口的。YRD地区最终能源消费量占全国总量的17%，化石能源占能源消费总量的89.4%。YRD地区家庭供暖的快速发展必然导致能源需求的加速增长。要实现区域零碳转型，发展YRD地区的零碳供热至关重要。 简而言之，YRD地区结合了收入增加，缺乏供暖设施以及对更好的家庭供暖系统的强烈渴望。YRD地区发展零碳家庭供暖路径至关重要，这不仅有助于区域零碳能源转型，也为中国南方其他省份和全球气候特征相似的地区树立了良好的榜样。 家庭供暖面临的挑战 长三角地区 家用暖气的发展趋势 显然，在极端天气频繁，对更好的室内环境的需求增加以及人口涌入等多种因素的推动下，YRD地区的家庭供暖正在快速增长。供暖设施正在成为所有新建筑的标准，现有建筑的居民越来越多地购买新的供暖设备。在YRD地区，单独的家庭加热设备而不是区域加热系统将继续成为主要方法。iii图4说明了YRD地区家庭供暖的发展趋势。 附件4:YRD地区家庭供暖发展趋势（2020-2060） 住宅建筑 2020年后 住宅建筑面积（十亿米2) 住宅建筑 2020年之前 Year 待建房屋 没有暖气的房屋没有暖气的房屋带暖气的房屋 系统升级系统升级2020年至2030年 来源：RMI分析 在短期内（2020-2030年），YRD地区的住宅建筑建筑面积预计将增加25亿m2，目前住宅建筑面积的20%。超过2000万居民，目前没有家庭供暖系统，将配备新的供暖设施。到2030年，YRD地区将增加超过5亿千焦耳的供暖需求，相当于2020年总供暖需求的40%。iv用于新建筑物和目前没有供暖的现有房屋的家庭供暖设备对增长贡献最大。 从长远来看（2030-2060年），随着新建筑的建设高峰和现有建筑的改造加速，现有住宅建筑中加热装置的升级将为加热装置的购买创造主要动力。根据RMI的预测，约100亿m2住宅建筑面积有望通过升级家庭供暖设施得到改善。 iii多项研究表明，由于基础设施建设所需的高投资和对化石能源的强烈依赖，集中供热对于中国南方的大规模开发既不具有成本效益，也不具有能源效率。 iv加热需求是指在冬季保持舒适的室内热环境所需的热量。 挑战1：化石燃料加热设备是YRD市场上的普遍产品 根据RMI的研究，供暖设施已成为YRD地区新建住宅的标准。燃气锅炉很普遍，这些新建的住宅建筑中约有80 ％使用燃气锅炉。在现有的住宅建筑中，越来越多的居民正在使用燃气锅炉升级他们的家庭供暖。天然气设备的广泛使用将给YRD地区的能源供应稳定性和省级气候目标带来挑战。 根据RMI的分析，YRD地区的年度居民用气总量可能达到260亿m3到2030年，如果该地区的新供暖需求完全由燃气设备满足，则约为2020年总消费量的2.5倍。中国限制了国内天然气生产，因此依赖进口。由于北部农村地区实施“煤炭转换”政策，天然气需求也在增加v。YRD地区大规模使用燃气供暖将因此加剧国内燃气供应紧张。此外，冬季燃气消费激增可能对YRD地区燃气基础设施的延伸构成重大挑战。 此外，天然气设备的应用越来越多，将导致建筑业更直接的二氧化碳排放。如果目前YRD家庭供暖中的天然气占主导地位的趋势继续下去，那么住宅建筑的排放量将增加，到2030年，住宅使用燃气导致建筑物的直接二氧化碳排放量将达到5600万吨。从长远来看，从2060年的角度来看，如果建筑围护结构保持在目前的效率水平，由燃气设备在家庭取暖造成的二氧化碳排放量将急剧增加到1.2亿吨。如果对建筑围护结构进行翻新，则可以显着减少建筑物的供暖需求，到2060年，使用燃气设备将导致4,500万吨二氧化碳排放量。因此，建筑物仍然是实现区域气候目标的巨大障碍。 挑战2：加热设施具有锁定效果 供暖设施的锁定效应意味着采用某种类型的供暖设施(如燃气锅炉、热泵或区域供热系统)将导致此类设备长期使用 。这种效应有两个方面: 加热装置使用寿命内能耗和碳排放的锁定：加热装置的使用寿命一般为10年,一旦采用加热装置,能源使用和CO2排放将基本固定十年,电加热装置的CO2排放可能会随着电网的脱碳而减少,但燃气锅炉在整个使用寿命内会造成高碳排放。 加热路径的锁定意味着由于产品意识的提高，相应的政策支持和基础设施的发展，大规模采用一种供暖设施将导致路径依赖。路径依赖性还将增加切换到另一加热路径的成本。例如，燃气锅炉的大规模采用将导致燃气基 础设施和服务的扩展，燃气锅炉成本的降低，更多的配套政策以及更高的产品认知度。这些事情反过来将使燃气锅炉在几十年内主导供暖市场，加剧对能源供应和区域碳中和目标的负面影响。 综上所述，在当前YRD地区家庭供暖需求快速增长的趋势下，燃气锅炉的广泛应用及其锁定效应将给当地能源供应和区域气候目标带来挑战。由于在YRD地区，家庭供暖的发展仍处于初期阶段，因此开发和推广节能低碳的供暖设备将是应对这一挑战的关键。 V“煤炭开关”是中央政府–引导政策，旨在通过推广以天然气和电力为燃料的设备来替代小型燃煤锅炉和家用燃煤供暖和烹饪系统，从而减少煤炭消耗并改善空气质量，这些系统通常在中国北方的农村地区使用。 YRD地区分布式家庭供暖系统对比分析 理想情况下，家庭供暖系统应该能够提供安全健康的室内环境，同时减少温室气体排放和成本。但是，由于缺乏能效标签等统一的评估方法，消费者（包括房主和房地产公司）和相关政策制定者很难从市场上多样化的产品中选择最合适的家庭供暖系统。拥有一套统一的标准对于比较和评