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热泵,让芬兰找到家庭取暖的答案
发布日期:2021/8/14 15:31:48


英文原标题:The jump to pumps: how Finland found an answer to heating homes

作者:Rapid Transition Alliance Staff

出版:Rapid Transition Alliance

 

以下为中文翻译:

 

  如何在不依赖化石燃料的情况下为家庭和工作场所供暖是快速转向零碳经济的更艰巨的挑战之一。在欧盟 (EU) 内,供暖行业是能源和碳密集度最高的行业,占欧盟能源需求总量的近 50%,其中 75% 是通过燃烧化石燃料来满足的。2017 年在全球范围内,只有 10% 的热量需求得到了可再生能源的满足。但是,当英国宣布打算 拆除家用燃气锅炉时,在寒冷的斯堪的纳维亚半岛,芬兰展示了一种鲜为人知的可再生能源技术——热泵的非凡潜力。

  个别住户很早就确定了这项技术的适用性,并投资于相互学习。当政府法规赶上并开始通过立法支持该技术时,市场已经很发达,当地的供暖工程师也相对熟练。这说明了许多其他国家/地区将面临的一个问题——工程师和安装人员拥有足够的知识,使供暖快速过渡成为可能。

  芬兰历史上一直依靠燃烧生物质和石油来取暖,这是一个人口相对较少、人口稀少和森林大的国家。1970 年,其 90% 的空间供暖供应来自木材和石油。然而,到 2012 年,供暖供应结构几乎无法辨认。区域供热,即热量通过绝缘管道网络从集中源传输到多个建筑物,占供应结构的 40%,其中电力提供 21%,生物质 21%,石油 11%,热泵 6%,以及天然气仅占 1%。

  尽管监管推动了这种转变的规模,但个体家庭也发挥了关键作用。在芬兰购买和安装热泵的巨额投资大部分来自使用自己现金的普通房主,政府支持有限或没有。1990年代初期,空气源热泵开始从瑞典引进,技术成功,政府支持市场。芬兰国家热泵协会 (SULPU) 于 1999 年由热泵企业家和热泵研究人员在政府能效机构 Motiva 的支持下成立。这位企业家的目标是到 2020 年在芬兰销售 100 万台热泵,但到 2000 年,市场仍然很小——大约只有 10-15 家热泵经销商。他们仍然因缺乏培训而受到阻碍,

  然而,通过 SULPU 实践知识的有机增长导致安装培训和标准在整个 2000 年代不断改进,提高了该行业的声誉并导致销售额增加。互联网带来了以用户为主导的在线热泵论坛,用户和安装人员在此交流知识,在信任的环境中产生巨大的影响。这些在线论坛在表明热泵适用于芬兰寒冷气候和开发以用户为主导的创新方面发挥了特别重要的作用。2009 年,芬兰终于被欧洲热泵协会 (EHPA) 的质量控制委员会接受,成立了自己的国家质量委员会以确保标准的一致性。SULPU 收集芬兰国家统计局也使用的部门统计数据,已报告销售额同比稳步增长。2018年,SULPU数据显示,70%的新建小户型选择热泵,每年约有5000台燃油锅炉更换热泵。

  从外部热源(空气、水、地热能等)转换能量的热泵在过去十年中增长尤其强劲——当用于驱动它们的能源来自可再生能源时,它们变得低碳。芬兰热泵的总能量输出目前约为 10 TWh,可满足芬兰住宅和商业建筑存量约 15% 的供暖需求。仅在 2018 年,销售额就增长了 22%,投资超过 10 亿欧元,安装了 75,000 台热泵。这意味着一个拥有约 270 万户家庭的国家拥有 100 万台热泵。自 2000 年以来,芬兰家庭用于取暖的能源量相应下降了约 15%。

  在芬兰,热泵更有广泛性和相关性

  芬兰热泵技术的快速部署和安装特别有趣,因为建筑中的热量脱碳对于工业化国家来说仍然是一个难题,否则实现净零碳排放将只是一个梦想。在供暖方面(而不是纯粹的制冷,这是另一种能源密集型行动),这一挑战在北欧最为明显,那里现有的大型天然气网络和陈旧的建筑存量相结合,造成了需要大量投资、规划和强大技能的情况修复的基础。

  例如,英国的供暖在包括工业用途在内的碳排放总量中占 37%,其中 17% 可归因于建筑物的供暖和制冷,13-14% 可归因于住宅的供暖。只有 5% 的家庭拥有低碳供暖,其中 85%(2450 万个家庭)仍然以天然气为主。同一项研究显示,48% 的调查样本声称他们不知道他们的燃气锅炉有环境成本。

  在全球范围内,热泵仅占建筑物供暖的 3% 左右,这突显了在打破化石燃料在供暖行业的主导地位方面面临的挑战的规模。芬兰的例子是有先见之明的,因为它展示了在适当水平的鼓励、监管、财政激励和财政政策的情况下,低碳供暖方案的推出是如何发生的。热泵仅占建筑物供暖的 3% 左右,这突显了在打破化石燃料在供暖行业的主导地位方面面临的挑战的规模。芬兰的例子是有先见之明的,因为它展示了在适当水平的鼓励、监管、财政激励和财政政策的情况下,低碳供暖方案的推出是如何发生的。热泵仅占建筑物供暖的 3% 左右,这突显了在打破化石燃料在供暖行业的主导地位方面面临的挑战的规模。芬兰的例子是有先见之明的,因为它展示了在适当水平的鼓励、监管、财政激励和财政政策的情况下,低碳供暖方案的推出是如何发生的。

  许多针对这个问题的低碳解决方案已经得到证明并且今天已经存在,但扩大和安装它们是问题所在。其中一些问题是经济问题,例如在较小的、不太成熟的市场中价格太高而无法使热泵可行。其他与基础设施有关,例如在英国,现有住房的能源效率如此之低,以至于大规模改造计划是安装热泵的先决条件。其他一些是历史性的,例如在荷兰等地,天然气等所谓的传统燃料占主导地位。这无数的障碍强调需要一种适合当地条件的混合、灵活的方法。寻求提供一揽子解决方案的严格自上而下的措施最终可能比具有本地意识的方法花费更多,事实上,减慢过渡。这一论点可以适用于英国,在英国,自上而下的“毯子”全电动或全氢脱碳加热和冷却方法的成本可能分别比本地意识高出两倍或三倍半。 ,灵活的方法逐地计划。芬兰提供了一个清晰的例子,说明如何通过政府提供更多的支持作用来创建成熟的市场和产生大量的本地投资。

  芬兰的例子具有更广泛的相关性,它揭示了其他国家快速转型的潜在问题:低碳技能差距。安装近 100 万台热泵不是一蹴而就的,也不是由一家公司完成的——它需要大量承包商、贸易商和供应链运营商来大规模完成。在许多国家,人们真正担心的是——尽管政府投资、赠款和激励措施根据净零目标来追求低碳选择和技术——但实际实现它的技能基础是有限的。因此,脱碳热不仅仅是一种技术修复:它需要一种工业和职业方法,以发展制造能力、建立安装技能基础和创造专业。

 

历史原因

  芬兰在 1970 年代的石油危机中被迫寻找替代技术。由于冬季漫长而寒冷,芬兰的供暖需求是欧洲最高的国家之一,这使得供暖脱碳的挑战更加紧迫。全国各地的天然气网也非常有限,因此必须使用替代的住宅供暖来源。热泵适合该国相对便宜的电力和缺乏天然气基础设施的许多偏远社区,但此时的质量不可靠,它们仍然是一种利基技术。市场在 2000 年代才开始迅速扩张,

  芬兰目前的目标是到 2035 年实现碳中和——比英国、欧盟和韩国提前 15 年。这意味着它现在拥有扩大热泵规模的有利政策环境以及其丰富的地热能资源。与此同时,SULPU 在向公众和政策制定者宣传热泵的好处、游说、开展调查和提供数据以支持转型方面发挥了并将继续发挥重要作用。

  如今,热泵​已成为住宅和商业供暖的首选来源,受到实惠的价格、以服务为主导的新商业模式和退税的支持。2018年空气源热泵销量4.7万台,地源热泵8000台,空气源热泵4000台,废气热泵3000台。芬兰大约 40% 的住房是独立的,这使得安装地源热泵变得更加容易,因为您必须在室外铺设地下管道。独立屋占芬兰非工业初级热泵输出的85%,地源热泵占总输出的三分之一以上。热泵是电网需求侧管理的绝佳手段,具有灵活性,能够利用水量、建筑物、地热井等特征作为能源。

 

有利因素

  芬兰热泵安装速度惊人的增长首先得益于地理和环境条件——这些可能使其继续扩张。当前市场以空气源热泵为主,但地源热泵也扮演着主角:芬兰有超过 100,000 口地热井,总深度达 20,000 公里——地球周长的一半。这使得热泵成为对工业、房地产开发商和房主有吸引力的投资,其资本回报率在 10% 到 15% 之间。在芬兰,电力也相对便宜,对于那些希望更换碳密集型供暖系统的房主来说,这是一个明智的选择。热泵很受欢迎,因为它们需要的空间小且方便——不需要像油或木头那样重新填充燃料。在住宅供暖和行为改变方面,研究表明,让低碳选择尽可能简单可以提高吸收率,利用消费者“随波逐流”的自然倾向。

  该国稳健的政策环境提供了帮助,一系列能源效率、减排和支持建筑法规政策。广泛的政府政策、目标和税收越来越鼓励从 2000 年左右开始从基于化石燃料的供暖系统转向可再生能源,包括 2005 年、2008 年、2013 年和 2017 年的国家气候和能源战略。自 2011 年以来,化石燃料税收增加了两倍(税收2004 年至 2017 年间取暖油成本增加了一倍多),并且国家建筑规范 (SRMK) 提供了严格的能源性能标准,其中包括建筑物的供热。

  自 2014 年以来,每个新房都必须安装热泵,而政府补贴最多可覆盖转换成本的 20%:此外,家庭装修成本的 45%-60%,扩建和热泵装置可以免税。这也有助于在劳动力市场内培养绿色建筑技能,目前估计有 3000 人在该行业就业。由于早期采用、通过在线论坛进行点对点学习以及国家热泵协会 (SULPU) 的成立,出现了一个准备好的、自我启动的市场,尽管政府创造了有利条件。

  因此,安装的培训和标准在整个 2000 年代得到改善,提升了该行业的声誉,增加了本土创新并导致销售额增加。其专业知识的深度和广度随后能够发展成为一个全面的产品和安装人员网络,并由受信任的认证计划覆盖。估计有 3000 人现在在该部门工作。由于早期采用、通过在线论坛进行点对点学习以及国家热泵协会 (SULPU) 的成立,出现了一个准备好的、自我启动的市场,尽管政府创造了有利条件。因此,安装的培训和标准在整个 2000 年代得到改善,提升了该行业的声誉,增加了本土创新并导致销售额增加。其专业知识的深度和广度随后能够发展成为一个全面的产品和安装人员网络,并由受信任的认证计划覆盖。估计有 3000 人现在在该部门工作。

  由于早期采用、通过在线论坛进行点对点学习以及国家热泵协会 (SULPU) 的成立,出现了一个准备好的、自我启动的市场,尽管政府创造了有利条件。因此,安装的培训和标准在整个 2000 年代得到改善,提升了该行业的声誉,增加了本土创新并导致销售额增加。其专业知识的深度和广度随后能够发展成为一个全面的产品和安装人员网络,并由受信任的认证计划覆盖。尽管政府创造了有利条件,但还是出现了自启动市场。

  因此,安装的培训和标准在整个 2000 年代得到改善,提升了该行业的声誉,增加了本土创新并导致销售额增加。其专业知识的深度和广度随后能够发展成为一个全面的产品和安装人员网络,并由受信任的认证计划覆盖。尽管政府创造了有利条件,但还是出现了自启动市场。因此,安装的培训和标准在整个 2000 年代得到改善,提升了该行业的声誉,增加了本土创新并导致销售额增加。其专业知识的深度和广度随后能够发展成为一个全面的产品和安装人员网络,并由受信任的认证计划覆盖。

  芬兰热泵市场的势头正在产生各种创新和颠覆性的商业模式,这些模式可能会进一步加快安装速度。例如,“热泵热销模式”,通常称为服务模式,涉及服务提供者为热泵付费,然后将供暖作为服务提供。客户按月就他们使用的能源开具发票,所有维护工作均由服务提供商处理。这种模式特别适用于业主可能不太可能自己投资的服务式公寓楼、公共住宅区和商业办公空间。

 

时间线整理

  1970 年,芬兰 90% 的供暖供应来自木材和石油。该国在 1970 年代的石油危机中被迫早期专注于热泵技术,但质量不可靠,他们仍然是一个小众的概念。

  1990年代初期,空气源热泵开始从瑞典引进,技术成功,政府支持市场。

  芬兰国家热泵协会 (SULPU) 于 1999 年由一位热泵企业家和一位热泵研究员在政府能效机构 Motiva 的支持下成立,但到 2000 年市场仍然很小,只有大约 10-15 个热泵经销商.

  2000 年代初,随着一系列建筑法规的出台,芬兰热泵市场的增长开始加快。建筑法规的变化(2003 年、2007 年、2010 年、2012 年)意味着建筑行业面临着越来越高的绝缘和能效法规。

  欧盟法规,如 2010 年建筑能源性能指令 (EPBD) 和 2012 年能源效率指令,在更高的建筑标准方向上增加了权重。到 2012 年,供热供应结构几乎面目全非,区域供热占 40%,电力占 21%,生物质能占 21%,石油占 11%,热泵占 6%,天然气占 1%。仅在 2018 年,销售额就增长了 22%,投资超过 10 亿欧元,安装了 75,000 台热泵。

  芬兰的 270 万户家庭拥有超过 100 万台热泵。自 2000 年以来,芬兰家庭的取暖消费量相应下降了约 15%。安装退税和鼓励安装不同类型热泵的信息措施 (2000) – 家庭装修和扩建的劳动力成本的 45% 至 60% 可以免税。

  芬兰目前的目标是到 2035 年实现碳中和——比英国、欧盟和韩国提前 15 年。

  芬兰热泵的总能量输出目前约为 10 TWh,可满足芬兰住宅和商业建筑存量约 15% 的供暖需求。

  研究表明,30 亿欧元的初始支出可以使 10,000 个额外公寓楼(容纳近 100,000 名芬兰人)中的热泵每年额外增加 5 TWh 的无排放热量,并从该国的碳足迹中减少数百万吨的碳排放。

 

启发

  点对点的非正式学习有助于传播新的低碳技术。 通过将国家主导的参数设置与自下而上的创新和企业相结合,可以从邻居和其他人的成功中学习并迅速创造一个积极的监管环境,并提供财政激励。如果政府为他们提供便利,消费者可以提供帮助。

  清洁能源解决方案需要根据一个地区的自然优势量身定制 ——不同的技术和不同的可再生能源平衡将最适合不同的国家和地区。

  与大规模集中式能源系统相比,混合规模的可再生技术可以创造相对更多的就业机会。 但这也意味着您需要通过主要培训计划建立技能基础,以提供低碳热量——没有它,热泵将仍然是一个梦想。

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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