美国加速发展地源热泵市场

主编：PatrickJ.Hughes能源运输科学部

主管部门：美国能源部EERE地源热泵技术组

翻译：夏崇清 

文章来源：《中国建设信息供热制冷》2010年第04期

7 美国对加速地源热泵市场发展应采取的措施

人们要求地源热泵专家首先要提出地源热泵的障碍并排序，几乎每一位专家都同时提出相应的建议。作者将这些建议归纳成13条可行的措施，请这些专家进行排序。以下为专家反馈的综合统计（按优先顺序排列，第1项为最高优先级）。

一级：

1.独立分析、有效统计地源热泵成本和效益的硬数据。换句话说，在主要市场范围（学校、联邦机构、住宅等），针对地源热泵的安装基础，独立分析、有效统计相对地源热泵基线系统的安装费用、能源、需求和维护节省。这项工作不仅需要提醒消费者的利益，也需要减少高峰需求、提高年度负荷系数，推动REC、公用服务企业和其他第三方在未来为消费者安装更多的地源热泵基础设施。（见措施3和措施4）

2.独立评估加速开发地源热泵的国家利益。在实现利益的时间、国家投资需求和成功概率的基础上，对地源热泵的战略部署从国家利益层面进行独立评估（能源、需求、成本、碳排放、就业），包括与其他供方和需方侧选择的比较。

二级：

3.简化REC计划并在全国部署，提供地源热泵基础设施。由USDA/RUS负责，资助REC来提供建筑地源热泵基础设施建设（建筑室外基础设施提供地下冷热源），正如他们提供电力基础设施一样，并根据用户的公共服务用量收费实现成本回收并获利。

4.开发和部署计划，普及地源热泵基础设施。促使政府和公用事业单位优化、部署计划，为私人投资项目和公用事业提供地源热泵基础设施，正如他们提供供电基础设施一样，并根据用户的公共服务用量收费回收成本。如果当地的公共服务企业对地源热泵技术不感兴趣，也可通过其他市场途径来实施。

5.开发数据、分析和工具，使地源热泵基础设施的生命周期成本最低。开发数据、分析和工具，通过工程和商业规划专业人士，以最经济的方式为REC、公共服务企业、非盈利机构、开发商、业主协会、能源服务公司、多栋/单栋建筑业主和有意建设地源热泵基础设施的其他客户提供服务。

三级：

6.扩大高质量地源热泵设计基础设施的地理范围。通过改善培训材料，培训更多的建筑师，商业HVAC设计师和住宅系统设计师。

7.扩大高质量地源热泵安装基础设施的地理范围。通过改善培训材料，培训更多的钻井工、环路安装工、民用HVAC承包商、商用机械承包商和设计/建造承包商。

地源热泵发展障碍和解决措施之间的关系如表2所示，下文对这些关系讨论如下。

有趣的是，尽管唯一的一级障碍是针对初投资的，但参与的专家最强调的措施却集中在独立分析、有效统计地源热泵成本和效益的硬数据，以及独立评估加速开发地源热泵的国家利益。一级措施中的这两项都没有直接针对初投资问题，但专家小组认为地源热泵项目数量和容量的增加将改善支付 能力，没有硬数据和明显的利益，决策者、管理部门和消费者不大可能倡导并采取措施（如有助于建设容量的二级措施）。

地源热泵专家组坚决支持的观点是，地源热泵系统室外部分如地下换热器，比建筑物本身和热泵机组的寿命长得多，本质上是一种公共服务基础设施。他们认为，应该允许电力、天然气水和废水等一般公共服务企业以长期投资为目的来安装、拥有并运行地源热泵基础设施，并通过公共服务收费回收成本，同时也应允许其他实体有权参与，因为某些地区的公共服务企业不一定对此感兴趣。

措施3侧重在全国部署REC计划，为住宅和商业用户提供地源热泵基础设施，因为国会已经批准有关部门可以立即开始行动。已经有REC通过新计划获得贷款，另一个REC提交了申请。显然，大多数家庭的地源热泵环路使用费为每月15~30美元，比节省的能源成本低。用户仍需购买地源热泵系统的室内部分，费用与当前的常规系统大致相同，并可能通过量产来减少成本。

大多数用户不是REC的客户，措施4涉及将REC计划作为模型，向其他公共服务企业及其管理部门或市政管理机构，以及其他市场主体[如非盈利特殊实体、开发商业主协会和对地源热泵基础设施建设感兴趣的能源服务公司（ESCO）]等进行推广，同时消除地源热泵系统的初投资成本。

措施5很关键，直接关系到措施3和措施4的实现与否。不管是谁进行投资并为地源热泵基础设施买单：如REC、IOU、MUNI、非盈利机构、开发商、业主协会、ESCO、业主等需要获得一些基本数据来确定地源热泵基础设施的最低生命周期成本，并进行安装，以获得最有利的所有权和投资分配结构、这些专业人士必须获得充分的数据、分析和工具，才能在所有可能方案中为客户快速选择最佳方案。

措施6对于建筑物和地源热泵基础设施的无缝集成是必不可少的。措施5的地源热泵基础设施工程和措施6的其他部分工程之间有一个重要的区别。截至目前，业主同时负担了这两部分费用，因此业主的工程师（或HVAC承包商）负责两部分的设计。今后，这种方式将是业主最后选择，而不是标准模式。

人们可以设想，全国各地设计地源热泵基础设施的专门人才将达到一定规模，公共服务企业和其他一些企业成为他们的客户。在社区、街道或建筑范围内，与当地业主的HVAC设计师或家庭HVAC承包商相比，这些人才更容易成为熟悉所有设计方案（包括土壤、地表水、回收中水、污水处理厂污水、保护流域的雨水、雨水收集系统的雨水，地下含水层等系统）的技术专家。

然而，要在更大范围内普及社区级设计基础设施，扩大已有基础设施能力，还需要更多的努力，改进培训材料，培训更多的建筑师、商用HVAC设计师和真正的住宅系统设计师。短期内，他们仍将负责整个地源热泵系统，包括室内部分和室外部分，而且在很多地区将一直持续下去。培训工作可以针对地源热泵设计服务需求大于产品供应的地区，不管这种需求是受传统市场行为推动还是受地源热泵基础设施建设的推动。

一旦设计了地源热泵基础设施，措施7就是必不可少的。现行的地源热泵钻井和环路安装模式花了近30年才确立下来，在全国每年仅支持6万套地源热泵机组安装。措施3、措施4、措施5的成功实施将大幅增加安装服务需求，特别是在有地源热泵基础设施第三方投资的地区。在有需求的地区扩展安装能力需要付出巨大努力，涉及到改进培训材料、培训更多的钻井工、环路安装师、住宅HVAC承包商、商用机械承包商和设计/建造承包商。

请注意，没有专门的措施针对障碍6，技术和工艺进步不足以减少成本并改进地源热泵系统的性能。然而，措施5将设计相关研究（如：创造有利的验证模型，预测多种地源热泵基础设施的设计和性能），以得到可靠的可行性研究和生命周期成本分析，有助于工程设计和实施。另外，如果措施3和措施4成功实现项目扩张，整个地源热泵行业将有机会进行产品和服务的技术升级和工艺改进，私有投资的加入将有机会加速联邦研究计划的进程。

8  结论

美国建筑下方的土壤与户外空气相比，冬暖夏凉。地源热泵使用建筑物现场的可再生能源，可根据需求再生使用，永不衰尽（如果设计正确），并且全国50个州都可应用。地源热泵应该是可再生能源投资中最便宜的一种，尤其是考虑到电力输送投资，需要向市场投入许多最好的风能、太阳能和地热发电资源。

从20世纪80年代至21世纪初，美国是世界地源热泵技术和市场的领袖，但如今，欧洲地源热泵机组的年出货量应该在13.5万台，美国则为6万台。有报道称，亚洲的市场因政府扶持而增长迅猛，尤其在中国和韩国，典型案例为2008年北京奥运会场馆中建设地源热泵的应用。据来自加拿大的报道，由于联邦和各级政府的补贴政策，近几年加拿大地源热泵产业获得强劲增长。从地源热泵安装的基础角度看，美国仍然拥有最大的绝对数量，但许多欧洲国家在人均占有量上处于领先地位。

美国地源热泵行业正处在比以往任何时候都有利的地位，可实现快速增长。

地源热泵产业在联邦和公共服务计划的帮助下成长起来，事实证明，在失去这些帮助后，它也能依靠自身稳定发展。与早期相比，地源热泵产业的各组成部分能更好地相互合作，协调发展。美国拥有全球最大的地源热泵系统安装基数，可用于统计上的有效成本、效益和最佳实践的硬数据。

电力公司是地源热泵行业最重要的合作伙伴，经过结构重组后，如今能更好地专注于消减高峰负荷、提高负荷系数。IGSHPA、GSHPC、ASHRAEE和NGWA等行业支持组织也已经成熟壮大。

如果国内地源热泵市场迅速扩大，大部分行业组成部分都能随之发展，不会产生瓶颈，但是需要特别注意地源热泵系统的设计安装基础设施。这些基础设施还只存在于某些地区，其他地区的用户尚不具备条件。

考虑到住宅和商用建筑市场的新建建筑和改造建筑，预计到2030年时，地源热泵有可能每年减少非可再生能源消耗量3.4~3.9quads，因此，从现在到2030年，地源热泵可减少约35%~40%的非可再生能源消耗。

地源热泵在商用市场中的客户主要集中在更关心生命周期的公共机构（如联邦、州和当地政府，K-12学校等）。在住宅市场，地源热泵仅限于小部分的新建家庭住宅（业主自住）和住宅改造（业主长时间自住）。不管怎样，建筑物业主都必须有必要的资金来通过信贷系统投资地源热泵。

地源热泵的主要市场失败来自于期望业主投资地源热泵基础设施或室外部分，如地下热交换器。地源热泵基础设施的寿命比建筑寿命和数倍的热泵寿命都要长，与公共服务基础设施相近（如电线杆、输电线和地下天然气管道）。这就引出了一个问题：我们为什么期望业主自己投资地源热泵基础设施，而不用投资其他的公共服务基础设施？地源热泵室外部分部分通常占整个系统一半的费用，如果排除这部分费用，地源热泵系统与其他替代品的价格相近，甚至可通过量产降低费用。

国会已经批准USDA/RUS提供长达35年的长期贷款并立即生效，允许REC在全国范围内用政府资金为住宅和商业建筑建设地源热泵基础设施。已经有REC通过新计划获得了贷款，另一个REC提交了申请。很显然，大多数家庭每月地源热泵环路使用费为15~30美元，比节约的能源费用少。用户需付费的室内部分与常规系统基本相同，并可通过量产减少成本。

阻碍地源热泵产业快速增长的关键障碍按优先顺序罗列如下（1为最主要障碍）。

1.消费者投资高；

2.消费者对地源热泵了解不够或不相信系统的高效益；

3.决策者和政府管理部门对地源热泵了解不够，或不相信系统的高效益；

4.地源热泵设计和商业规划的基础设施限制；

5.地源热泵安装基础设施的限制；

6.新技术和工艺缺乏，难以改善地源热泵系统的性能和成本。

以下措施将解决地源热泵产业快速增长的壁垒。

1.独立分析、有效统计地源热泵成本和效益的硬数据；

2.独立评估加速开发地源热泵的国家利益；

3.简化REC计划并在全国部署，提供地源热泵基础设施；

4.开发和部署计划，普及地源热泵基础设施；；

5.开发数据、分析和工具，使地源热泵基础设施的生命周期成本最低；

6.扩大高质量地源热泵设计基础设施的地理范围；

7.扩大高质量地源热泵安装基础设施的地理范围。

2005年的一个严重的政策失误沉重打击了联邦政府机构对地源热泵的热情，当时的能源政策法案定义的可再生能源以及联邦机构的可再生能源利用目标，仅包括了可再生能源发电，而将热能形式的可再生能源如地源热泵排除在外。未来的政策应确保地源热泵系统不被排除在可再生能源标准、目标以及相关的环保措施之外。

9 建议

更有效地管理我们的资源安全、环境可持续性，实现国家的经济增长是我们的目标。地源热泵已经在国家政策层受到了小小的关注，成为实现这些目标的重要的策略组成部分。决策者显然忽视了我们脚下广阔大地这一解决方案。

最近的一项研究表明，最大限度地提高能源效率、开发可再生能源，是2030年之前可行的碳减排之道，2050年可实现碳排放比2005年减少60%~80%。这一指标是气候专家所说的避免灾难性气候变化发生的必要指标。另一项最近的研究表明，作为向正确方向迈出的一步，联邦政府应为美国建筑设定一个目标，要求2030年一次性能源消耗不高于2008年的水平。本报告对此前其他人的分析进行了更新和总结，激进的地源热泵发展将为这一目标作出35%~40%的贡献。

鉴于控制国家能源消耗和碳排放的必要性，同时刺激国家经济走出大萧条以来的低迷状态，作者建议，联邦政策制定者应认真考虑在全国积极部署地源热泵计划，并尽早实施计划。

作者还建议采取以下措施作为整体实施战略的一部分：

1.独立分析、有效统计地源热泵成本和效益的硬数据；

2..独立评估激进地源热泵政策的国家利益；

3.简化REC计划并在全国部署，提供地源热泵基础设施；

4.开发和部署计划，普及地源热泵基础设施建设；

5.开发数据、分析和工具，使地源热泵基础设施的生命周期成本最低；

6.扩大高质量地源热泵设计基础设施的地理范围；

7.扩大高质量地源热泵安装基础设施的地理范围；

此外，未来的政策应确保地源热泵系统不被排除在可再生能源标准、目标以及相关的环保措施之外。