Будущее тепловых насосов: краткие итоги

Источник

Тепловые насосы – проверенный способ обеспечения надежного и устойчивого отопления

Тепловые насосы, работающие на электроэнергии с низким уровнем выбросов СО2, являются центральной технологией в глобальном переходе к безопасному и устойчивому отоплению. Тепловые насосы, представленные в настоящее время на рынке, в три-пять раз более энергоэффективны, чем газовые котлы. Они снижают зависимость домохозяйств от скачков цен на ископаемое топливо, что становится все более актуальным в связи с продолжающимся глобальным энергетическим кризисом. Более одной шестой части мирового спроса на природный газ приходится на отопление зданий – в Европейском Союзе эта цифра составляет одну треть. Многие тепловые насосы могут также обеспечивать охлаждение, что устраняет необходимость в отдельном кондиционере для 2,6 миллиарда человек, которые к 2050 году будут жить в регионах, требующих отопления и охлаждения. На отопление зданий ежегодно приходится 4 гигатонны (Гт) выбросов CO2 – 10% глобальных выбросов. Установка тепловых насосов вместо котлов на ископаемом топливе значительно сокращает выбросы парниковых газов на всех основных рынках отопления, даже при нынешней структуре производства электроэнергии – преимущество, которое еще заметнее возрастет по мере декарбонизации электроэнергетических систем.

Темпы роста продаж тепловых насосов, 2020-2021 гг.

В 2021 году около 10% потребностей в отоплении помещений во всем мире удовлетворялось с помощью тепловых насосов, при этом темпы их внедрения быстро растут. Доля тепловых насосов сопоставима с долей мазута для отопления и других видов электрообогрева, но ниже доли (более 40% потребления тепла) газового отопления, и доли в 15% – централизованного теплоснабжения. В некоторых странах тепловые насосы уже являются крупнейшим источником отопления. В Норвегии 60% зданий оборудованы тепловыми насосами, а в Швеции и Финляндии – более 40%, что опровергает аргумент о том, что тепловые насосы не подходят для холодного климата. В 2021 году мировые продажи выросли почти на 15%, что вдвое больше, чем в среднем за последнее десятилетие. Рост в Европейском Союзе составил около 35%, и в свете энергетического кризиса ожидается его дальнейшее ускорение: в первой половине 2022 года продажи в Польше, Нидерландах, Италии и Австрии примерно удвоятся по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Китай остается крупнейшим рынком для новых продаж, а в Северной Америке сегодня самое большое количество домов с тепловыми насосами. Вместе эти регионы, а также Япония и Корея являются основными производственными центрами, где работают крупнейшие представители отрасли.

Мощность тепловых насосов в зданиях по странам и регионам в сценарии “Объявленные обязательства”, 2021-2030 гг.

Государственные проблемы энергетической безопасности и климатические обязательства сделают тепловые насосы основным средством декарбонизации отопления помещений и нагрева воды. В данном отчете рассматривается сценарий, в котором правительства по всему миру полностью и своевременно выполняют все объявленные ими обязательства в области энергетики и климата. В качестве проверенной технологии выбора для декарбонизации отопления, глобальная мощность тепловых насосов увеличится с 1 000 ГВт в 2021 году до почти 2 600 ГВт к 2030 году в этом сценарии, увеличивая их долю в общих потребностях отопления зданий с одной десятой до почти одной пятой.

Изменение спроса на энергию для отопления зданий по сценарию “Объявленные обязательства”, 2021-2030 гг.

В результате спрос на природный газ снижается на 80 миллиардов кубометров, на печное топливо – на 1 миллион баррелей в день, а на уголь – на 55 миллионов тонн в угольном эквиваленте. В совокупности это означает, что на тепловые насосы приходится почти половина глобального сокращения использования ископаемого топлива для отопления зданий к 2030 году, а остальная часть приходится на другие меры по повышению эффективности. В сценарии, соответствующем глобальной климатической цели в 1,5 °C, тепловые насосы ускоряются быстрее – их мощность почти утроится к 2030 году, а их доля в отоплении достигнет одной четверти.

Экономия выбросов CO2 в сценарии “Объявленные обязательства”, 2021-2030 гг.

Тепловые насосы могут также удовлетворять потребности в отоплении в промышленности и централизованном теплоснабжении. Крупные тепловые насосы сегодня могут обеспечивать тепло до 140-160 °C, а более высокие температуры возможны благодаря инновациям и усовершенствованным конструкциям. Наиболее распространенные сегодня промышленные тепловые насосы обеспечивают тепло более низкой температуры. Бумажная, пищевая и химическая промышленность имеют крупнейшие возможности в ближайшем будущем, поскольку почти 30% их совокупных потребностей в тепле могут быть удовлетворены с помощью тепловых насосов. Только в Европе 15 ГВт тепловых насосов могут быть установлены на 3 000 предприятий этих трех отраслей, которые сильно пострадали от недавнего роста цен на природный газ.

Тепловые насосы способствуют быстрому сокращению импорта газа, особенно в Европе

Потенциал тепловых насосов по снижению зависимости от природного газа для отопления особенно велик в Европейском Союзе, где природный газ является наиболее используемым топливом при отоплении и где цены на газ выросли больше всего.

Годовые установки тепловых насосов в Европейском Союзе, 2021-2030 гг.

В сценарии, соответствующем климатическим амбициям ЕС, продажи тепловых насосов вырастут до 7 миллионов к 2030 году – по сравнению с 2 миллионами в 2021 году, что поможет достичь цели REPowerEU – прекратить импорт российского газа задолго до 2030 года. Такое внедрение сокращает потребление природного газа на 7 млрд куб. м в 2025 году и на 21 млрд куб. м к 2030 году, что эквивалентно почти 15% трубопроводного импорта ЕС из России в 2021 году.

Кумулятивная экономия природного газа, связанная с ежегодной установкой тепловых насосов в Европейском Союзе, 2025-2030 гг.

Параллельная модернизация зданий снижает нагрузку на энергетический сектор

Ускоренное внедрение тепловых насосов неизбежно увеличивает глобальный спрос на электроэнергию, хотя меры по повышению энергоэффективности и удовлетворению спроса могут значительно снизить воздействие на энергосистемы. Доля электроэнергии в отоплении зданий и промышленности удвоится в период с 2021 по 2030 год и достигнет 16%, если будут выполнены климатические обязательства. За это же время глобальный спрос на электроэнергию вырастет на четверть, а доля тепловых насосов составит менее одной десятой. Для домохозяйств, которые добавляют тепловой насос без параллельного повышения эффективности, это может почти в три раза увеличить пиковый спрос в зимний период. Повышение рейтинга эффективности дома на два класса (например, с D до B в европейских странах) может вдвое снизить потребность в тепловой энергии и уменьшить размер необходимого теплового насоса, сэкономив деньги потребителей и сократив рост пикового спроса на одну треть. В сочетании с тщательным планированием сети и управлением спросом это уменьшает потребность в модернизации распределительных сетей, вызванной электрификацией тепла, и сводит к минимуму необходимость в дополнительных мощностях гибкой генерации до 2030 года.

Ускоренное внедрение тепловых насосов дает целый ряд преимуществ

В течение всего срока службы тепловые насосы могут экономить деньги и защищать потребителей от ценовых потрясений. Среднее домохозяйство или предприятие, использующее тепловой насос, тратит меньше энергии, чем те, кто использует газовый котел. Эта экономия компенсирует более высокие первоначальные затраты на тепловые насосы на многих рынках сегодня – на некоторых даже без субсидий. Экономическое предложение тепловых насосов улучшается в контексте сегодняшних скачков цен на энергию: экономия для домохозяйств составляет от 300 долларов в год в США до 900 долларов в Европе. При соответствующей поддержке малоимущих домохозяйств для покрытия первоначальных расходов тепловые насосы могут существенно решить проблему энергетической бедности: экономия на счетах за электроэнергию в малообеспеченных домохозяйствах составляет от 2% до 6% от дохода семьи после перехода от газового котла.

Переход на тепловые насосы сокращает выбросы парниковых газов и помогает улучшить качество воздуха. Ускоренное внедрение тепловых насосов в соответствии с национальными климатическими целями может сократить глобальные выбросы CO2 на полгигатонны уже к 2030 году. Однако непреднамеренные утечки хладагентов F-газа – мощных парниковых газов – могут снизить их положительное воздействие на климат. При использовании современных хладагентов тепловые насосы все еще снижают выбросы парниковых газов как минимум на 20% по сравнению с газовым котлом, даже если работают на электричестве с высоким уровнем выбросов. В странах с более чистым электричеством это сокращение может достигать 80%. Глобальные выбросы основных загрязнителей воздуха, вызванные сжиганием топлива при отоплении зданий, также снижаются, особенно от угля в Китае, в то время как другие опасности, связанные с отоплением путем сжигания топлива, уменьшаются.

Расширение производства и установки тепловых насосов для удовлетворения растущего спроса приведет к созданию дополнительных рабочих мест. В нашем сценарии глобальная занятость в сфере производства тепловых насосов вырастет почти в три раза и составит более 1,3 миллиона человек к 2030 году. Больше всего рабочих мест увеличится в сфере установки, а также в сфере технического обслуживания и производства, что открывает множество возможностей, особенно для работников средней квалификации.

Необходимы согласованные действия для преодоления барьеров на пути более быстрого внедрения

Для ускорения внедрения тепловых насосов необходимо преодолеть ряд барьеров. Главными из них являются более высокие первоначальные затраты на покупку и установку устройств по сравнению с другими вариантами отопления; другие не связанные с затратами сдерживающие факторы для принятия потребителями; производственные ограничения; и потенциальная нехватка квалифицированных монтажников. Для устранения этих препятствий и достижения более высоких темпов внедрения необходимы согласованные действия правительств в партнерстве с индустрией тепловых насосов.

Несмотря на долгосрочную экономию, высокие первоначальные затраты могут отпугнуть потребителей. Стоимость приобретения и установки теплового насоса типа “воздух-воздух” обычно составляет от 3 000 до 6 000 долларов США. Однако даже самые дешевые модели “воздух-вода”, включая модификации существующих радиаторных систем, остаются в два-четыре раза дороже, чем газовые котлы на большинстве крупных отопительных рынков. В настоящее время финансовые стимулы доступны в более чем 30 странах мира, что покрывает более 70% сегодняшнего спроса на отопление. Субсидии в этих странах делают самые дешевые варианты тепловых насосов сопоставимыми со стоимостью нового газового котла для потребителей. Дополнительные стимулы могут быть направлены на домохозяйства с низким уровнем дохода (как в Польше) и/или на модели с высокой эффективностью (как в Канаде). В некоторых странах тарифы на электроэнергию и налоги на энергию ставят тепловые насосы в невыгодное положение по сравнению с котлами на ископаемом топливе. Вместо этого тарифы и налоги следует склонить в пользу более чистых и эффективных потребительских вариантов.

Уровень затрат на отопление в отдельных странах с холодным климатом

Уровень затрат на отопление в отдельных странах с умеренным климатом

Ряд не связанных с затратами барьеров сдерживает сегодня внедрение тепловых насосов потребителями. К ним относятся недостаток информации, разрозненные мотивации для владельцев и арендаторов зданий, а также строительные нормы и правила.

Динамика занятости в сфере тепловых насосов по секторам экономики и регионам, 2019-2030 гг.

Правительства ряда стран приняли меры по корректировке строительных норм и правил (например, в Чешской Республике), созданию “универсальных магазинов” для потребителей (например, в Ирландии) и поощрению альтернативных бизнес-моделей для решения проблемы раздельного стимулирования – в частности, в Северной Америке, Великобритании и Германии – хотя требуются более активные усилия. Особое внимание необходимо уделить устранению барьеров на пути установки тепловых насосов в многоквартирных и коммерческих зданиях, на которые сегодня приходится незначительная доля продаж.

Нехватка квалифицированных монтажников, уже ставшая проблемой на многих ведущих рынках теплоснабжения, требует масштабной переквалификации работников. Согласно нашему сценарию, к 2030 году глобальный спрос на штатных монтажников вырастет в четыре раза. Включение тепловых насосов в существующие сертификаты для специалистов по отоплению, сантехников и электротехников, обладающих схожими навыками, поможет снизить требования к обучению. Финансовые стимулы, подобные тем, что используются в Европе, также могут привлечь новых работников к участию в специализированных программах обучения.