地源熱泵行業(yè)研究

地源熱泵行業(yè)研究一、地源熱泵是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要技術之一2018年中國建筑全過程的能耗量與碳排放量分別占據(jù)中國總量的46.5%與51.3%。其中，絕大多數(shù)的能耗與碳排放量均來自于建材生產(chǎn)及運輸階段與建筑運行階段，兩者占比相當。建筑運行階段的能耗與碳排放具有持續(xù)性的特點，長期看來，是需要重點關注的對象?？梢?，通過發(fā)展、推廣綠色建筑實現(xiàn)中國建筑領域節(jié)能減排，是中國實現(xiàn)“雙碳”目標的必由之路。目前相關評價體系已逐步建立，政策扶持力度加大。地源熱泵作為調(diào)用優(yōu)質(zhì)清潔能源地熱能的重要技術或?qū)⒂瓉硇碌囊惠啺l(fā)展良機。1、建筑排碳是中國碳排放的重要組成部分（1）建筑能耗量與碳排放量占據(jù)中國總量半壁江山中國2018年的能耗量與碳排放量有半數(shù)來源于建筑全過程消耗與排放。建筑全過程包括建筑材料生產(chǎn)及運輸、建筑施工、建筑運行與建筑拆除四大階段。其中建材生產(chǎn)階段能耗11億tce，占建筑全過程能耗量的比重為51.23%；建筑施工階段能耗0.47億tce，占建筑全過程能耗量的比重為2.19%；建筑運行階段能耗10億tce，占建筑全過程能耗量的比重為46.58%。2018年全國建筑全過程碳排放總量為49.3億tCO2占全國碳排放的比重為51.3%。2其中建材生產(chǎn)階段碳排放27.2億tCO2，占全國碳排放的比重為28.3%；建筑施工階段碳排放1億噸tCO2，占全國碳排放的比重為1%；建筑運行階段碳排放21.1億噸tCO2，占全國碳排放的比重為21.9%。（2）建筑運行階段產(chǎn)生的碳排放量是減排的重點關注對象建筑全過程的能耗量與碳排放量體量大、占比高，其中半數(shù)來源于運行階段，其更是中國實現(xiàn)節(jié)能減排的重要抓手。建筑運行往往長達數(shù)十年，因此建筑具有持續(xù)耗能、排碳的特點。中國要實現(xiàn)“雙碳”目標并在未來保持碳中和水平意味著節(jié)能減排不是一個短期沖刺任務，而是需要建立起可持續(xù)碳中和機制的長期工程。在這樣的要求下，降低建筑運行階段的碳排放將成為中國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要助力。2、綠色建筑是實現(xiàn)“雙碳”目標的必由之路，相關政策日趨成熟（1）綠色建筑已逐步建立起系統(tǒng)標準中國對綠色建筑的定義與國際趨同，并指明五個具體的衡量維度促進綠色建筑發(fā)展，助力“雙碳”目標。世界綠色建筑委員（WorldGBC）定義綠色建筑是指在其設計、建造或運行中，減少或消除對我們的氣候和自然環(huán)境的負面影響，并能創(chuàng)造積極影響的建筑。中國城市科學研究會綠色建筑與節(jié)能委員會（ChinaGBC）定義綠色建筑是在全生命期內(nèi)，節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度得實現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑。中國住建部發(fā)布的國家標準綠色建筑評價標準對綠色建筑建立了的五大性能指標體系：

安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居，另設提高與創(chuàng)新加分項鼓勵綠色建筑的創(chuàng)新發(fā)展。整個評價體系共有40條控制項與60條評分項要求。（2）綠色建筑減排的主要技術路徑中國綠色建筑已經(jīng)發(fā)展出多種節(jié)能減排的技術路徑。根據(jù)住建部發(fā)布的建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范，建筑的節(jié)能設計主要關注圍護結構、供暖、通風、空調(diào)、電氣、給水排水及燃氣方面的設計與可再生能源建筑應用系統(tǒng)。下面簡要介紹裝配式建筑、光伏建筑一體化與地源熱泵。裝配式建筑是指將施工現(xiàn)場需要的預制構件在工廠中進行生產(chǎn)，然后將這些預制構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，在現(xiàn)場進行組裝形成相應的建筑物或構筑物，因其效率高、速度快、污染小，且具有綠色、低碳、環(huán)保等特點得到廣泛關注。相比較傳統(tǒng)建筑模式，裝配式建筑利用計算機技術可以提前對建筑主體結構形態(tài)、材料的選擇、空間布局等進行調(diào)整，并對不同建筑結構的直接成本、間接成本等進行預測，從而達到建筑節(jié)能、環(huán)保等方面的相關要求。裝配式建筑分為木結構、鋼結構、混凝土建筑，均為住建部“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃中繼續(xù)推進建設的節(jié)能建筑類型。裝配式建筑在建材生產(chǎn)與建筑建造環(huán)節(jié)能夠帶來節(jié)能效益，其后續(xù)在建筑運行階段的節(jié)能效果主要取決于建筑本身的節(jié)能設計。光伏建筑一體化，即BIPV，是一種將太陽能發(fā)電產(chǎn)品集成到建筑上的技術。光伏建筑一體化可分為兩大類：一類是光伏方陣與建筑的結合，另一類是光伏方陣與建筑的集成，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)取Ｔ贐IPV系統(tǒng)中，光伏組件不僅可以作為發(fā)電設備，還可以充當部分建筑外圍護結構，使其在發(fā)電的同時還能為建筑節(jié)省傳統(tǒng)的建材，因此，BIPV系統(tǒng)能夠良好應用在密集的城市建筑群中。地熱能建筑通過熱泵等技術，將地熱能轉化為建筑可用的能源。地源熱泵能夠很好地滿足建筑能源的需求和特性，既可供冷又可供熱。地源熱泵的技術特性可以歸納如下：1）能回收和利用低位熱能，充分利用淺層地熱能或自然能源，減少化石能源使用，減少碳排放，保護環(huán)境；2）能夠提高一次能源利用率；3）采用電力驅(qū)動的熱泵機組，電力清潔方便，價格相對穩(wěn)定，經(jīng)濟性好，適合于建筑能源就地應用和大面積推廣。隨著“雙碳”目標的推進，電力的清潔化率會大幅度提高，采用地源熱泵系統(tǒng)為建筑供熱供冷將大量減少建筑的碳排放量。3、應用于地熱能建筑的熱泵技術將成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要技術之一地熱能是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，已經(jīng)成為國家實現(xiàn)“雙碳”目標的重要資源。地熱能可用于供熱、制冷與發(fā)電，其能量利用系數(shù)高達70%以上，能夠全年全天運作，具有很強的競爭力。從全生命周期的理論排放量看，地熱的排放均值為15gCO2E/kWh，小于風電的15.35gCO2E/kWh、光伏的46gCO2E/kWh和生物質(zhì)的25gCO2E/kWh3?！笆濉逼陂g，中國城鎮(zhèn)淺層地能應用面積由2.3億m2增加至5億m2，建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃中要求實施可再生能源清潔供暖工程，利用太陽能、空氣熱能、地熱能等解決建筑供暖需求，逐步修訂現(xiàn)行太陽能、地源熱泵系統(tǒng)工程相關技術規(guī)范并明確提出全國城鎮(zhèn)新增淺層地熱能建筑應用面積2億m2以上，實際實現(xiàn)4億m2左右。在“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃中，地熱能有了量化指標，確立了新增地熱能建筑應用面積1億m2具體目標。可見應用地熱能在實現(xiàn)“雙碳”目標的戰(zhàn)略地位日漸提高，國家對地熱能的利用也更加全面而深入，而地源熱泵作為將地熱能轉化為可利用能源的重要技術也或?qū)砹己玫氖袌鰴C遇。二、地源熱泵技術日趨成熟，節(jié)能減排助力“雙碳”目標地源熱泵可以高效的轉化地熱能為可利用的清潔能源，在中國已經(jīng)有四十余年的發(fā)展積累，具有多樣的形式與豐富的應用場景。地源熱泵可以在建筑供暖制冷、熱水供應方面顯著幫助減排，亦能與其他節(jié)能減排技術耦合，發(fā)揮供熱、儲能等特性，創(chuàng)造更大的價值。已有實例展現(xiàn)出其優(yōu)異的經(jīng)濟價值與生態(tài)效益。地源熱泵一度因為初始投資高、經(jīng)濟效益不顯著而發(fā)展受限，但隨著新技術迭代，輔之以國家利好政策，發(fā)展?jié)摿薮蟆?、地源熱泵細分多樣，發(fā)展迭代四十余年（1）地源熱泵基本概念與發(fā)展簡史熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，在建筑當中有豐富的類型。地源熱泵系統(tǒng)指以巖土體、地下水或地表水為低位熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)，是一種即可供熱又可制冷的地熱能利用系統(tǒng)。根據(jù)開發(fā)利用區(qū)域深度和熱源品位，地熱能分為地下1000m內(nèi)的淺層地熱能資源、1000-5000m的中層地熱能資源與5000m以下的深層地熱能資源。目前地源熱泵技術可根據(jù)利用的地熱能深度分為淺層地熱能地源熱泵技術與中深層地熱能地源熱泵技術。早期的地源熱泵以利用淺層地熱能為主，由于淺層地熱能幾乎完全不受資源限制并且應用技術不斷優(yōu)化更為成熟穩(wěn)定，能量來源于地下能源，系統(tǒng)不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”，可廣泛應用在辦公樓、賓館、學校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領域，這些年來在中國各個地區(qū)得到了廣泛推廣和應用。相比之下，利用中深層地熱能對熱泵技術要求更高，在近幾年才迎來研究熱潮。地源熱泵技術在中國的發(fā)展可大致分為四個階段：起步、推廣、快速增長與平穩(wěn)發(fā)展。1）20世紀80年代至21世紀初為起步階段，地源熱泵技術逐漸進入中國科研工作者、暖通空調(diào)技術屆人士的視野，但尚未被市場接受。2）21世紀初至2004年為推廣階段，地源熱泵系統(tǒng)推廣到全國各個地區(qū)，制造水源熱泵機組的廠家和系統(tǒng)集成商在2004年底達到80余家，相關科學研究劇增，但培訓系統(tǒng)尚未構建，建筑的環(huán)境效益也尚未引起人們重視，地源熱泵系統(tǒng)整體的市場較小。3）2005年至2013年地源熱泵迎來了快速增長階段，受中國節(jié)能減排工作不斷加強的影響，利好地源熱泵技術的政策大量出臺，整個行業(yè)爆發(fā)式增長，相關企業(yè)在2012年底超4000余家，新技術不斷涌現(xiàn)，2013年底地源熱泵應用總面積達到4億m2。4）2013年至今為發(fā)展穩(wěn)定期，相關補貼政策逐步取消，地源熱泵技術缺陷、運行費用高的問題日益突顯，行業(yè)增長放緩，市場趨于理性，但隨著近幾年地源熱泵的技術更迭，“雙碳”目標推動大量利好綠色建筑政策出臺，地源熱泵有望迎來新的發(fā)展機遇。（2）淺層地熱能地源熱泵根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)形式的不同，淺層地熱能地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水源熱泵系統(tǒng)和地表水源熱泵系統(tǒng)。在行業(yè)內(nèi)部，地埋管地源熱泵系統(tǒng)也經(jīng)常被稱為土壤源熱泵系統(tǒng)或大地耦合系統(tǒng)，地下水源熱泵系統(tǒng)和地表水源熱泵系統(tǒng)則有時被直接稱為地下水系統(tǒng)和地表水系統(tǒng)。地埋管地源熱泵系統(tǒng)是由傳熱介質(zhì)通過豎直或水平土壤換熱器與巖土體進行熱交換的地源熱泵系統(tǒng)。其利用巖土體作為熱泵的低位熱源。地表以下20-100m，巖土體的溫度已比較穩(wěn)定，且熱容量大，蓄熱性能好，所以巖土體是很好的熱源和熱匯。與空氣源熱泵相比，地埋管地源熱泵系統(tǒng)機組不需要風機，噪聲小；不需要除霜，從而節(jié)省熱泵的除霜損失，提高地源熱泵運行的可靠性；其適用范圍較廣，受地下水、地表水資源的影響不大，只要有足夠的埋管空間即可，因此地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應用十分廣泛，是對淺層地熱能利用的優(yōu)選方式，在近零能耗建筑與情節(jié)供暖中都有所應用。4但是目前其在技術方面仍有改善空間，需要提高施工質(zhì)量。地下水源熱泵系統(tǒng)是采用地下水作為低品位熱源，并利用熱泵技術，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)冷熱量由低位能向高位能的轉移，實現(xiàn)供熱或供冷的系統(tǒng)。其適用于地下水資源豐富，且具備開采利用地下水許可的區(qū)域。由于地下水水溫常年恒定，傳熱性能好，這類熱泵系統(tǒng)的效率通常較高。然而，為避免產(chǎn)生地下水熱污染、地表凹陷等現(xiàn)象引發(fā)其他環(huán)境問題，回灌地下的水溫需要嚴格控制，相關施工技術也需要升級。同時近年地下水資源緊缺問題也使得地下水開采利用的許可逐漸難以取得。上述諸多因素使得地下水源熱泵系統(tǒng)逐漸減少。地表水源熱泵系統(tǒng)與地下水源熱泵系統(tǒng)相比，其利用的水資源為河流、湖泊、海水、工業(yè)廢水、生活污水等地球表面的水源，對水資源的處理要求更高，但對地下工程的技術要求更低。中國地表水資源豐富，且往往能夠達成幾十至幾百萬m2的大型工程的應用條件，如南京江北新區(qū)的地表水熱泵項目規(guī)劃應用規(guī)模達到1500萬m2。地表水熱泵項目有未來具有廣泛的應用場景。由于淺層地熱能地源熱泵技術已經(jīng)相對成熟，淺層地熱供熱目前在整個地熱供熱中仍占據(jù)較大比重，但該技術地埋管管群占地面積大，并且存在冬夏熱量不平衡問題，實際應用效果仍有提升空間。根據(jù)中國地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀與未來趨勢，全國淺層地熱能開發(fā)利用建筑主要分布在北京、天津、河北、遼寧、山東、湖北、江蘇、上海等省市的城區(qū)。淺層地熱能的開發(fā)優(yōu)勢明顯，總體投資較低、技術成熟、應用范圍廣、審批手續(xù)少兼顧供冷與供熱，但也有初始投資較高、維護不便、占地面積大等缺點，中國地源熱泵技術起步較晚，但近年來發(fā)展迅速，在未來淺層地熱能的研究中應偏向于地下?lián)Q熱方式、效率、減小占地面積的方向。（3）中深層地熱能地源熱泵中深層地熱能屬于較為可靠的可再生資源，藏量豐富且在使用過程中不會產(chǎn)生溫室氣體，隨著相關技術不斷發(fā)展，將有廣闊的應用前景。目前，中深層地熱能主要的利用形式為水熱型地熱能供暖，相關利用技術主要有中深層地熱水梯級利用技術和中深層地熱能無干擾供熱技術，前者的技術形式相對簡單、經(jīng)濟性優(yōu)異，應用較多。現(xiàn)已形成以天津、陜西、河北為代表的一批地熱供暖示范項目。中深層地熱水梯級利用技術是指根據(jù)地熱流體不同溫度進行的地熱逐級利用的技術。其梯級利用的合理性將直接影響其經(jīng)濟性水平，地熱水被抽水泵提升后，經(jīng)板式換熱器換熱可直接供暖，低溫尾水經(jīng)水源熱泵升溫后可再次供暖。其在技術相對簡單，成本相對較低，在“十四五”期間也得到國家的推廣。地熱水的回灌及運移是當前地熱研究的熱點。為保證等量同層回灌，當前常用泵是為加壓、真空無壓回灌，或采用“一采多灌”方式，這無形中增加了地熱投資及運營成本，技術尚待突破。中深層地熱能無干擾供熱技術，亦被稱為干熱巖供熱技術，通過向地下巖層鉆孔并在其中安裝金屬換熱器，利用其中的換熱價值，將地下深處的熱能導出至地面建筑。由于干熱巖中流體很少，埋藏較深，需進行用超長地埋管將熱量換取出來，這個過程依賴于水平鉆井、壓裂技術，新型高效換熱材料，另外還要考慮到地下超長距離傳輸所造成的熱量損失，隨著技術的發(fā)展進步，干熱巖的供暖很快能大范圍利用。中深層地熱能溫度高，中高溫部分經(jīng)過換熱能直接進行供熱利用，其運行成本低，未來有很大發(fā)展空間，但資源量具有明顯地域性。這種技術的特點在于“取熱不取水”，可有效保護地下水資源，同時其鉆孔、機房占地面積小，適合在建筑和人口密集區(qū)域開展，供暖性價比高。目前中深層地熱開發(fā)利用研究上主要集中在成藏原理、勘查開發(fā)、尾水回灌、地熱發(fā)電及管理利用、干熱巖等幾個方向。這項技術近幾年開始發(fā)展，尚不完善，主要需要克服熱平衡問題，并要進一步研發(fā)降低初始投資成本，建立起行業(yè)技術標準，以提高其推廣能力。中國利用中深層地熱能的產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展階段。中國對整體的勘察程度較低，目前僅對北京城區(qū)、天津城區(qū)、河北雄縣、西藏羊八井等少數(shù)地熱田進行了系統(tǒng)勘察，對全國地熱資源前潛力的認識尚停留在估算水平上。另一方面地熱管理主體尚不明晰，地熱管理涉及自然資源、水利、能源等多個部委，目前國家層面的管理分工尚不明確，亦尚未建立產(chǎn)業(yè)信息統(tǒng)計系統(tǒng)，管理工作的支撐材料有所不足。（4）地源熱泵耦合其他系統(tǒng)，相輔相成創(chuàng)造新價值在實務中，地源熱泵常與其他系統(tǒng)耦合，互補優(yōu)劣勢，發(fā)揮更大的生態(tài)效益。地源熱泵的主要功能為利用清潔能源為建筑供熱與制冷，在轉化地熱能時，往往會消耗少量電能。這可以通過與其他節(jié)能減排系統(tǒng)耦合減小其影響。例如，目前已有研究提出地源熱泵-BIPV/T耦合系統(tǒng)的研究。由于太陽光輻射周期性限制，傳統(tǒng)的BIPV/T系統(tǒng)無法保證光熱轉換的連續(xù)進行，而地源熱泵供暖系統(tǒng)有蓄熱模式、放熱模式和直接供暖模式這3種運行方式，地源熱泵BIPV/T耦合系統(tǒng)可將夏季時光伏發(fā)電時產(chǎn)生的充足的余熱用于冬季采暖，這樣既可以降低光伏組件的工作溫度，又可以提高整個耦合系統(tǒng)的熱電綜合效率。但當前地源熱泵-PV/T系統(tǒng)大都是將PV/T組件置于建筑屋面，導致建筑外墻的空間被浪費，這是后續(xù)的研究重點之一，同時，如何因地制宜得設計耦合系統(tǒng)也仍然需要進一步研究探索。2、熱泵碳減排效果可觀，電力負荷問題亦有良方建筑用電和建筑供暖用熱力這兩項構成每年15.5億噸的二氧化碳間接排放，占中國目前二氧化碳排放總量的16%。地源熱泵與其他熱泵技術作為利用清潔能源供暖制冷的技術，正是減少這方面碳排放量的有效途徑。哈工大倪龍教授團隊，模擬熱泵規(guī)模低增速、中增速、高增速的3種情景，量化分析了熱泵技術在建筑供暖、建筑熱水供應等方面的減碳效應。（1）熱泵對建筑供暖減碳中國目前城鄉(xiāng)居住建筑面積約為528億m2，供暖面積約為220億m2。2040年后中國人口將穩(wěn)定在14億，城鄉(xiāng)居住建筑總規(guī)模將達到560億m2，其中北方城鎮(zhèn)需要供暖的建筑面積為200億m2，農(nóng)村供暖建筑面積約為100億m2。北方城鎮(zhèn)建筑每年需要50億GJ的熱量來滿足供暖需求，主要供暖方式為熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤區(qū)域鍋爐房等。5假設供暖方式主要為熱泵、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃氣、其他零碳熱力與其他供暖方式，且其他供暖方式占比保持不變，并默認其他供暖方式的能源均來自于燃煤，預測未來監(jiān)護供暖在不同熱泵增速下的碳排放量與減排量。到2060年，減排量將達到4.81~6.54億t/年，其中需求側減排量為1.67億t/年，電力端減排量為0.41億t/年，熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力規(guī)模擴大也貢獻了1.42億t/年的減排量。在熱泵高增速下，2060年減排量達到6.54億t/年，其中熱泵減排量為3.04億t/年，占比46%；而在熱泵低增速下，熱泵減排量為1.31億t/年，占比27%。（2）熱泵對建筑熱水供應減碳中國目前居民主要通過燃氣熱水器、電熱水器、太陽能熱水器等方式制備生活熱水。未來，隨著生活水平的提高，熱水供應普及率和熱水使用量將增加，熱水供應熱負荷和生活熱水耗能將逐步增加。隨著碳中和的推進，燃氣熱水器和電熱水器逐步被取代，光伏技術的發(fā)展使得太陽能熱水器占比也逐漸降低。2060年減排量達0.76~1.52億t/年，需求側由于需求增加減排量為-2.39億t/年，電力端減排量為2.86億t/年。在熱泵高增速下，2060年減排量達1.52億t/年，其中熱泵減排量為1.05億t/年，占比70%；而在熱泵低增速下，2060年減排量達0.76億t/年，熱泵減排量為0.29億t/年，占比38%。綜合熱泵對建筑供暖與建筑熱水供應的減碳效果，在熱泵高增速下，2060年減排量達到7.65億t/年，其中熱泵減排量為4.09億t/年，達到53%，是熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力貢獻的1.42億t/年減排量的2.8倍；在熱泵低增速下，2060年減排量達到5.57億t/年，其中熱泵減排量為1.6億t/年，達到29%，與熱電聯(lián)產(chǎn)和低碳熱力貢獻的1.42億t/年減排量相當。整體而言，熱泵減排效果顯著。但是因為熱泵大多由電力驅(qū)動，需要依靠清潔電力才能更好的實現(xiàn)減排效果。（3）熱泵的電力消耗與可能的解決措施隨著中國碳中和的推進，零碳電力逐步增多，風電、光電、水電、核電將會成為電力供應的主力軍。未來用能結構會逐步減少對燃料的依賴，盡可能使用電力替代燃料制熱，最終實現(xiàn)電氣化，因此未來電力消耗量將會迅速增加，電網(wǎng)供電負荷增加。熱泵大規(guī)模推廣也會增加電網(wǎng)負荷，尤其是冬季供暖季節(jié)性用電需求的增加，與冬季水電、光電的季節(jié)性削弱正好矛盾，是一個亟待解決的問題。2019年中國電力消費總量達7.49萬億kWh，隨著終端部門電氣化水平提升，2060年全社會總電力需求將達18.70萬億kWh，熱泵在建筑供暖與熱水供應方面在2060年將會消耗4700億kW·h電力，約占電力需求的2.5%。地源熱泵系統(tǒng)可通過增加熱泵容量提升儲能水平、采用間歇運行方式，具有很大的平移電負荷的潛力；熱泵蓄熱式熱水供應方式能利用低谷電制熱。一方面可減小對電力峰值負荷的影響；另一方面，可平衡風電、光電發(fā)電能力與電力負荷需求間的不匹配問題，一定程度緩解了棄風、棄光問題。3、地源熱泵經(jīng)濟性提高，生態(tài)效益進一步彰顯地源熱泵一度因為初始投資過高而推廣受阻，近年隨著技術更迭，其經(jīng)濟性逐漸提高，加上國家對綠色建筑的大力推廣，地源熱泵的生態(tài)效益優(yōu)勢得到彰顯。我們將地源熱泵項目分為建造環(huán)節(jié)與運行環(huán)節(jié)，結合地源熱泵在大型公共建筑中的應用案例去討論其經(jīng)濟可行性與生態(tài)效益。（1）建造環(huán)節(jié)：單位造價波動較大，但已能展現(xiàn)經(jīng)濟性地源熱泵在建造環(huán)節(jié)的主要計價方式為工程造價=設備購置費+安裝費用。具體而言，不同類型的地源熱泵根據(jù)其技術特點會略有不同，如污水源熱泵工程造價包括熱泵機組、循環(huán)泵、管道、末端散熱設備及其相應的安裝費用、修建污水池及重新布置排水管道的材料和安裝費用；地埋管地源熱泵工程造價包括熱泵機組、循環(huán)泵、管道、末端設備及其相應的安裝費、鉆孔和地埋管等材料和安裝費用。部分地源熱泵還需考慮地熱探礦權出讓費。但是在實際工程中，地源熱泵的單位面積造價波動較大，主要集中在100-2000元/m2的區(qū)間，具體需要結合具體項目的地熱資源條件、土地質(zhì)底、建筑服務面積、建筑負荷要求等多方面因素評估。在建造環(huán)節(jié)，地源熱泵的經(jīng)濟性已經(jīng)開始顯現(xiàn)。以地熱井+水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應用案例為例。城市熱網(wǎng)供暖方案的建設費用主要通過供熱工程建設費=建筑面積（m2）×供暖配套費標準(元/m2)，供熱工程建設費按照建筑面積×160元/m2計取，收費面積為26.39萬m2，采用城市熱網(wǎng)供暖方案建設費為4222萬元；采用地熱供暖方案，考慮地熱探礦權出讓費等費用，其中地熱探礦權出讓費為193萬元，地熱井打井工程費用為2139萬元，水源熱泵、真空鍋爐等設備費用為367萬元，共計2699萬元，即可節(jié)約投資1523萬元，節(jié)約率36%。（2）運行環(huán)節(jié)：供熱成本較低，優(yōu)勢顯著地源熱泵在運行環(huán)節(jié)的主要計價方式為運行成本=電費+（耗用的其他燃料費）+水費+設備攤銷費+運行管理費。熱泵耗電，所以其電費是運行成本的重要組成部分，部分研究會直接以電費為供熱成本。以電力熱泵供暖為例，運行電費可以通過下列方法得到：供暖需求（kW）=供暖指標（W/m2）×供暖面積（m2）/1000；熱泵機組需求=供暖需求（kW）/熱泵機組的額定輸入電功率（kW）；耗電量（kWh）=熱泵機組的額定輸入電功率（kW）×運轉時間（h）×熱泵機組數(shù)量；電費（元）=總耗電量kWh×電價（元/kWh）。參考青島市2019年的電費、燃料費價格，天然氣價格按照4.0元/m3計算，峰谷電均價取0.66元/(kWh)，低谷電價取0.32元/(kWh)，生物質(zhì)燃料價格按照1.0元/kg計算。以地熱井+水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應用案例為例，采用城市熱網(wǎng)供暖方案每年供暖費為1356萬元，采用地熱供暖方案，考慮設備攤銷問題，項目運行的第1-2年的年運行費用為607萬元，第3-5年建設費用為647萬元，第5年設備費用攤銷完后，第6年以后每年的運行費用約為574萬元，項目設計運行期為50年，在運營期預計共節(jié)約3.88億元，節(jié)約率57%。該項目建設運營期將節(jié)約4.03億元。（3）清潔電能轉化地熱能，生態(tài)效益突顯以總耗熱量為基準，對比其他供暖方式耗用的標準煤與熱泵耗電折合的標準煤即可得到節(jié)約的標準煤數(shù)量。其他排放物也可以通過類似的方式進行換算對比。以地熱井+水源熱泵供暖系統(tǒng)在大型公共建筑中的應用案例為例，若采用城市熱網(wǎng)供暖，項目每年總耗熱量為7.90萬GJ，折合每年供暖消耗標準煤2696t。該項目采用地熱井+水源熱泵供暖系統(tǒng)，需消耗一定電量與天然氣，每年熱源實際消耗電量442萬kWh，按1kWh電折合0.404kg標準煤計，折合標準煤1786t；每年消耗天然氣6萬m3，按1m3天然氣折合1.4286kg標準煤計，折合標準煤86t。地熱井+水源熱泵供暖系統(tǒng)每年共折合消耗標準煤1872t，與采用城市熱網(wǎng)供暖相比，每年節(jié)約標準煤824t。綜合而言，因地制宜選用合適的地源熱泵形式，有望實現(xiàn)經(jīng)濟效益與生態(tài)效益雙豐收。三、地源熱泵清潔優(yōu)質(zhì)，百億市場蓄勢待發(fā)地熱能儲量豐富，能夠充分滿足中國的能源需求，是優(yōu)質(zhì)的清潔能源。根據(jù)上文分析可知，地源熱泵能夠充分利用地熱能，并帶來經(jīng)濟效益與生態(tài)效益是理想的節(jié)能減排技術。我們預估，地源熱泵以7%的年增速增長，“十四五”

期間年均新增地熱能供暖制冷面積1.12億m2，2025-2030年期間每年平均新增1.57億m2。我們估計2020年單位面積綜合平均工程造價360元/m2，以造價年均下降2%的速度估算，地源熱泵在“十四五”期間每年將有約379億市場空間，2026-2030年間每年將有約481億市場空間。地熱資源存量豐富，據(jù)粗略估算，全球地熱資源是化石能源所提供能量的5萬倍。地熱儲量為140×106EJ/年，相當于4968×1012t標準煤，可滿足人類數(shù)十萬年的能源需要。6中國的地熱能也非常豐富，年儲量達到11×106EJ，占世界總儲量7.9%。具體來說，根據(jù)中國勘查統(tǒng)計，中國淺層地熱資源可達94.86億t標準煤，水熱型地熱能資源可達8.53×103億t標淮煤，而干熱型地熱資源可達8.6×106億t標準煤，相當于中國大陸2014年能源消耗總量的20萬倍。地源熱泵已經(jīng)得到國家層面的認可，在十四五期間成為明確推廣對象。在國家住建部最新出臺的“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃（下文簡稱“規(guī)劃”）中明確提出加強地熱能等可再生能源利用，推廣應用地熱能、空氣熱能等解決建筑采暖、生活熱水、炊事等用能需求。鼓勵各地根據(jù)地熱能資源及建筑需求，因地制宜推廣使用地源熱泵技術。對地表水資源豐富的長江流域等地區(qū)，積極發(fā)展地表水源熱泵，在確保100%回灌的前提下穩(wěn)妥推廣地下水源熱泵。在滿足土壤冷熱平衡及不影響地下空間開發(fā)利用的情況下，推廣淺層土壤源熱泵技術。在進行資源評估、環(huán)境影響評價基礎上，采用梯級利用方式開展中深層地熱能開發(fā)利用。規(guī)劃明確設立要在“十四五”期間新增地熱能建筑應用面積1億m2以上的具體指標。現(xiàn)階段，地熱能利用仍以供暖制冷為主。國家發(fā)改委等八部門聯(lián)合發(fā)布關于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見提出，到2025年，各地基本建立起完善規(guī)范的地熱能開發(fā)利用管理流程，全國地熱能開發(fā)利用信息統(tǒng)計和監(jiān)測體系基本完善，地熱能供暖制冷面積比2020年增加50%，到2035年，地熱能供暖制冷面積及地熱能發(fā)電裝機容量力爭比2025年翻一番。亦有主要地熱能利用省市的行業(yè)專家在年初預測，“十四五”期間，地熱能供暖增長速度為7%~10%，總量增加幅度40%~60%。2021年10月27日，國家地熱能中心第四屆“兩委會”公布，截至2020年底，中國地熱能供暖制冷面積累計達到13.9億m2。其中水熱型地熱能供暖5.8億m2，淺層地熱能供暖制冷8.1億m2。但是最新出臺的規(guī)劃卻將增長目標定在1億m2，主要是統(tǒng)計的口徑問題，未統(tǒng)計工、商、物流業(yè)等的部分。綜合上述信息，我們以13.9億m2為2020年的基數(shù)，保守取7%的年增長率，估算2020-2030的地熱能供暖制冷面積，預計十四五期間平均每年新增1.12億m2供暖制冷面積，2025-2030年期間每年平均新增1.57億m2供暖制冷面積。如前所述，地源熱泵的造價波動較大，往往需要結合具體項目進行考察評估。我們參考節(jié)能門窗工程防水工程地源熱泵工程造價指標（下文簡稱“造價指標”）列示的地源熱泵典型工程造價進行估算。造價指標中列示的可計算單位面積造價的項目有22個，涵蓋辦公樓、工業(yè)建筑、公共建筑與居住建筑多種項目類型，地源熱泵服務建筑面積小至328m2，大至13.43萬m2，總造價在12萬元至4200萬元之間不等，其中居住建筑的平均造價為490元/m2，非居住建筑的平均造價為278元/m2?？紤]到初始投資成本過高是影響地源熱泵經(jīng)濟型的重要因素，未來隨著技術革新有望逐步壓縮成本，我們估計地源熱泵造價以平均每年3%的速度下降。我們以360元/m2為2020年地源熱泵造價基數(shù)，每年以3%的速度下降，根據(jù)前文估算的面積，可估算地源熱泵在“十四五”期間，將催生出每年約379億的市場，2026年到2030年碳達峰，每年將有約481億的市場前景。四、地源熱泵暖風吹拂，對應標的迎來機遇1、啟迪設計：深耕綠色節(jié)能，與嘉力達熱泵攜手致力減排啟迪設計作為國內(nèi)領先的綜合型工程技術服務供應商，長期致力于為客戶提供覆蓋工程建設產(chǎn)業(yè)鏈全過程的綜合性工程技術服務、全過程咨詢服務。早在2006年，公司就開始專注于建筑綠色節(jié)能工程技術的研究和推廣，在綠色節(jié)能領域取得了相當?shù)某晒跇I(yè)內(nèi)具有很高的知名度和美譽度。公司辦公大樓獲得綠色三星健康三星及LEED金級認證，設有雨水回收、太陽能熱水、光導管、地源熱泵、屋頂綠化等多種節(jié)能環(huán)保、資源節(jié)約的措施。公司2021年實現(xiàn)收入23.01億元，同比增長24.4%。公司早有地源熱泵相關的投入，2014年已經(jīng)開始研發(fā)地源熱泵為熱源的住宅小區(qū)生活熱水系統(tǒng)節(jié)能技術，通過給排水專業(yè)與暖通專業(yè)合作，實現(xiàn)住戶的供冷、采暖和生活熱水均由小型水-水地源熱泵機組供給，地源熱泵機組采用化整為零、分戶布機、分戶控制、分戶計費的方式。此后公司繼續(xù)布局熱泵技術，2017年收購深圳市嘉力達節(jié)能科技股份有限公司。嘉力達專注于建筑節(jié)能20年，為8萬余家客戶提供能源信息化服務，經(jīng)營范圍包含開發(fā)熱泵技術、電力熱泵應用技術，有空氣能熱泵熱水機，具有深厚的技術與經(jīng)驗積累。隨后公司與公司內(nèi)江蘇省賽德綠色建筑工程技術研究中心共同打造了綠色建筑節(jié)能減排咨詢、策劃、設計、改造、后期運維及能源管理的整體技術服務產(chǎn)業(yè)鏈“建筑綠色節(jié)能科技服務業(yè)務”。2021年，深圳市嘉力達節(jié)能科技股份有限公司實現(xiàn)營業(yè)收入6.07億元，同增45.11%，營業(yè)利潤7645.76萬元，同增18.