第二章 全球地源熱泵市場概覽

縱觀全球

地源熱泵（地源熱泵）是全球空調(diào)設(shè)備安裝基地的一小部分。 全球裝機(jī)容量已達(dá)15,400兆瓦特，年能源使用量估計(jì)為87,500噸（Lund，2005年）。 全球地源熱泵的能力近年來出現(xiàn)了巨大的增長。 過去十年的年增長率超過10％（Le Feuvre 2008），主要在北美和歐洲。 圖2-1顯示，從1995年的1900兆瓦增加到2000年的5300兆瓦和2005年的15,400兆瓦特。

截至2005年，已有33個(gè)國家安裝了至少100兆瓦特的地源熱泵能力。

如圖所示，圖2-2中，北美地區(qū)地源熱泵裝機(jī)容量達(dá)到56％，其次是歐洲39％，亞洲5％。

圖2-1：地源熱泵全球MWt裝機(jī)容量

資料來源：Lund，et al。 “地?zé)崮苤苯討?yīng)用：2005年全球調(diào)查”（2005年）。

圖2-2：全球各大洲地源熱泵裝機(jī)容量 (MWt)

Source: Lund, et al. “Direct application of geothermal energy: 2005 Worldwide review” (2005).

圖2-3顯示了以容量的MWt為單位的按國家安裝的地源熱泵。 美國約占安裝基地的三分之二，瑞典是歐洲優(yōu)與的國家，占五分之一。 截至2005年，共計(jì)有90萬個(gè)單位。

總裝機(jī)容量 = 10,100 MWt

圖2-3：按國家分列的全球地源熱泵裝機(jī)容量（MWt）

資料來源：Curtis，et al。 世界地?zé)岽髸?/span>2005年。

設(shè)備描述

地源熱泵通常根據(jù)接地回路的類型分類（見圖2-4）。 每種類型的市場份額因國家/地區(qū)的特點(diǎn)，推廣和應(yīng)用而異。

如圖2-4（a）所示的開環(huán)系統(tǒng)或“地下水源”熱泵是假定地下水適合使用的比較古老和比較便宜的地源熱泵系統(tǒng)類型。 自20世紀(jì)70年代以來，開環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)普遍使用，目前占美國市場的約10-20％（隆德2005）。 在這樣的系統(tǒng)中，地下水被用作熱載體并被直接帶到熱泵。 水被排放回井內(nèi)或進(jìn)入地表水體內(nèi)。 這些系統(tǒng)需要充足，淺層和純凈的地下水供應(yīng)。 由于它們對社區(qū)地下水的影響，市政法規(guī)有時(shí)禁止安裝開環(huán)系統(tǒng)。

閉環(huán)或接地耦合的系統(tǒng)通過接地回路使用含有水或二醇溶液的回路，并使用制冷劑回路將熱量傳遞到熱泵（圖2-4b）。 地面環(huán)路可以垂直或水平放置在地面上，或偶爾放置在池塘或湖泊中。

垂直配置涉及鉆井深度為150至220英尺/噸的鉆孔（Rafferty 2008）。 垂直回路具有較小的地表面積要求，通常為200-400平方英尺（5-10平方米/千瓦），這使得小型特性變得更加可行，但卻增加了系統(tǒng)總安裝成本的顯著鉆井成本（ ASHRAE 1995）。

水平回路通常是一個(gè)較便宜的選擇，因?yàn)樗簧婕巴诰?/span>4-5英尺的溝槽而不是深井。 然而，它需要更多的空間，地面溫度受淺層深度的季節(jié)性波動的影響。 水平溝槽長度范圍為每噸容量125至300英尺（Rafferty 2008）。 管道長度是系統(tǒng)尺寸，氣候，土壤/巖石熱特性和回路類型的函數(shù)。 典型水平回路所需的地面面積范圍從2000 ft2到3500 ft2 / ton（50-90 m2 / kW）（ASHRAE 1995）。

水平回路的變化是螺旋形或“緊”狀的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中管道以重疊的圓形方式布置。 與基本水平設(shè)置相比，這種配置需要較少的接地面積，但管道長度和泵送能量更多。

在池塘環(huán)路中，地面環(huán)路淹沒在湖泊或池塘中。 如果有適合的水源，這種設(shè)計(jì)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的選擇，因?yàn)樗婕暗奖容^小的挖掘。

直接交換系統(tǒng)通過接地回路運(yùn)行制冷劑直接進(jìn)行熱交換。 這種系統(tǒng)不需要使用泵，但需要更大的銅管長度和制冷劑充注。 它們不常用。

地源熱泵可應(yīng)用于各種住宅，商業(yè)和制度環(huán)境。 此外，世界各國已經(jīng)安裝了一些基于社區(qū)的系統(tǒng)。 個(gè)別單位的規(guī)模從小型住宅用地約1.5噸到商業(yè)和機(jī)構(gòu)應(yīng)用的40多噸。 如圖2-5所示，較大的商業(yè)應(yīng)用可能涉及多排串聯(lián)或并聯(lián)連接的管道。

在美國，除了在主要負(fù)載是加熱負(fù)載的北方氣候之外，大多數(shù)機(jī)組的容量大小適用于制冷負(fù)荷，因此加熱負(fù)荷過大。 在歐洲，容量通常用于加熱負(fù)載，通常提供基本負(fù)荷，并具有由化石燃料提供的峰值負(fù)載。

圖2-4：住宅地面環(huán)路

a)    開式循環(huán)

資料來源：Water Furnace 2008

b)閉式循環(huán)

資料來源：KCPL 2008.

圖2-5：商業(yè)運(yùn)用的地下循環(huán)

資料來源：NRCan 2008

歐洲

過去十年來，歐洲地源熱泵行業(yè)出現(xiàn)了顯著的增長。 地源熱泵占?xì)W洲銷售熱泵的25％（Forsén2008）。 到2006年，已經(jīng)在歐洲安裝了超過69萬臺的容量，達(dá)到7300兆瓦的能力（EUObserv'ER 2007，EHPO 2008）。

2008年歐洲地源熱泵展望

圖2-8顯示了2004年至2006年間八個(gè)歐洲國家年銷售地源熱泵的增長。這一時(shí)期的復(fù)合年增長率約為30％。

資料來源：GroundReach 2007（市場現(xiàn)況）

圖2-9顯示了同樣8個(gè)歐洲國家對新建筑和改建市場的市場滲透率。 這些國家沿著這兩條曲線繪制，盡管只有瑞典，瑞士，芬蘭和挪威才有重大改裝市場。 該圖顯示了瑞典在超過75％市場滲透率方面進(jìn)入改造市場的成功。 此外，很明顯，地源熱泵在瑞士新建筑市場上占有非常大的份額。

圖2-9：2006年8個(gè)歐洲國家地源熱泵s市場滲透率

資料來源：GroundReach 2007（市場現(xiàn)況）

重點(diǎn)歐洲國家

奧地利在全球擁有第五高的產(chǎn)能密度，安裝了23,000臺熱泵（Le Feuvre 2008）。 奧地利房屋市場中使用的大約95％的熱泵是地源（Le Feuvre 2008）。 與1970年代末和80年代初期的許多國家一樣，熱泵市場也受到業(yè)績和可靠性的困擾，一度經(jīng)驗(yàn)不足的公司在石油危機(jī)期間開始進(jìn)入爆炸式市場。 1990年LGW（LeistungsgemeinschaftW?rmepumpe）貿(mào)易協(xié)會成立，旨在推動熱泵，開展教育培訓(xùn)項(xiàng)目，幫助市場實(shí)現(xiàn)新的增長。

法國熱泵市場在石油危機(jī)期間在1975年至1985年期間首次發(fā)展。 經(jīng)過這一初步的繁榮，由于缺乏熟練的安裝人員和設(shè)備質(zhì)量差，市場基本消失。 1997年，法國電力法國（EDF），法國全國電力公司（法國環(huán)境與能源管理機(jī)構(gòu)）和法國采礦與地質(zhì)研究委員會（BRGM）聯(lián)合舉辦了一個(gè)市場。 2005年，包括法國電力委員會，法國環(huán)境與能源管理局在內(nèi)的公共機(jī)構(gòu)已經(jīng)實(shí)施了一個(gè)大型的熱泵補(bǔ)貼計(jì)劃，將在2009年之前持續(xù)下去。

這一補(bǔ)貼有助于將改造后的地源熱泵市場從補(bǔ)貼前的2％增加到2007年的13％。此外，法國已經(jīng)制定了2010年的目標(biāo)，為所有新建單戶住宅的20％提供地源熱泵（? 每年40,000個(gè)單位）。

德國是歐洲第二大安裝基地。 圖2-10顯示了1997年以來德國年熱泵銷量的增長。電力公司通過推廣熱泵利益已成為行業(yè)的盟友。 一些公用事業(yè)公司提供了對消費(fèi)者有利的特殊熱泵關(guān)稅（EHPO 2008）。 2008年，德國政府制定了新的市場激勵(lì)計(jì)劃，以支持可再生能源系統(tǒng)，德國政府將其納入地源熱泵。 2005年至2006年間，銷售額急劇上漲是由于2005-2006年冬季特別長，能源價(jià)格進(jìn)一步上漲以及媒體對氣候變化的關(guān)注。

圖2-10：德國熱泵市場開發(fā)1997-2007

資料來源：2008年歐洲熱泵展望

注意：熱泵熱水器（HPWH）僅用于加熱，而不是空間加熱。 空氣水熱泵加熱水力循環(huán)。

瑞典作為全歐洲國家比較發(fā)達(dá)的市場，人均國內(nèi)生產(chǎn)能力比較高（Le Feuvre，2008年）。 國內(nèi)市場的急劇增長可歸因于石油和電力價(jià)格上漲以及能源稅相關(guān)稅收的增加。 在瑞典，熱泵是新建筑中比較常見的空間加熱。

改造單身家庭住房約為34％（2008年國際醫(yī)院展望）。 與其他歐洲國家不同，瑞典在搶占大部分改裝市場方面取得了相當(dāng)大的成功。 地源熱泵銷售額在2006年達(dá)到高峰，2007年下降了30％，2008年銷售額預(yù)計(jì)下降20％（圖2-11），主要是由于全球經(jīng)濟(jì)增長放緩。

圖2-11：瑞典熱泵市場發(fā)展1997-2007

資料來源：2008年歐洲熱泵展望

瑞士擁有超過25,000個(gè)地源熱泵系統(tǒng)，估計(jì)世界上的安裝密度比較高，平均每2平方公里有一個(gè)以上的單位（Curtis，2005年）。 圖2-12顯示了自1980年以來裝機(jī)容量的增長。瑞士公共事業(yè)部門使用了一種名為“能源承包”的系統(tǒng)，有效地提供了采用地源熱泵的動機(jī)，包括規(guī)劃，安裝，運(yùn)行和維護(hù)地源熱泵系統(tǒng) 以自己的代價(jià)，以每千瓦時(shí)的合同價(jià)格（Curtis 2005）向業(yè)主出售熱（或冷）。 一般來說，地源熱泵主要以分散的方式安裝，以滿足個(gè)人需求，避免與區(qū)域供熱有關(guān)的配熱成本。

圖2-12：瑞士地源熱泵裝機(jī)容量（MWt）（1980 - 2001年）

資料來源：Curtis 2005