马斯克再次凭一己之力带火一个行业,捧上天的热泵为何还没普及?
马斯克一句话就能搅动一个市场。
这次他没有带火特斯拉,却带火了一项技术——热泵(Heat Pump)。
3月2日,把近日在欧洲国家炙手可热的热泵捧上了天,预告了特斯拉可能考虑进入的一个新领域——家庭供暖。在特斯拉首次投资者日活动上,马斯克公布了特斯拉“宏图计划”的第三篇章,提出了让地球通往完全可持续之路的五个部分。其中,第三步便是:大范围在家庭、企业、工业中推广热泵。比如,用热泵给房屋供暖,可以减少22%的化石燃料使用。
马斯克热捧的热泵技术,此前已经安装在特斯拉的Model Y SUV和其他车型的更新版本中。马斯克曾经表示:特别是在冬天,热泵是提升Model Y 续航里程,减少电池损耗的关键。
可以预见的是,类似特斯拉的家用储能产品Powerwall,未来特斯拉将很有可能推出家用热泵产品。和水泵不会生产水一样,热泵并不生产热量,而是作为热量的“搬运工”。热泵是在电力的驱动下,将热量移动到更被需要的地方去,以提升能量利用效率,降低能耗水平。尤其对于建筑供暖系统来说,热泵是重要的节能解决方案之一。
1、什么是热泵?
根据特斯拉车辆工程副总裁拉斯·莫拉维(Lars Moravy)的说法,热泵(Heat Pump)就是一个反向工作的空调系统。
通俗来讲,热泵并不产生热量,它只是热量的搬运工。热量可以自发地从高温物体传递到低温物体中去,但不能反向进行。热泵的工作原理就是以逆循环方式“强迫”热量从低温物体流向高温物体,先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过电力做功,再向人们提供可被利用的高品位热能。
因此,根据热源的不同,全球热泵市场也相应被分为了空气源热泵、水源热泵和地源热泵。其中,空气源热泵是最常用的,在未来几年内,它可能会引领全球热泵市场。
在电动车的用例中,特斯拉表示,热泵从车辆的动力系统中吸取多余的热量,并利用这一部分热量做很多事情,比如:温暖座舱、节省能源、提高长途驾驶的里程。
按照马斯克的愿景,他不仅要在每一辆特斯拉汽车里安装热泵,最终还要把热泵装进千家万户。
目前建筑物供暖基本依靠化石燃料燃烧,伴随着全球净零排放目标的制定和俄乌冲突带来的能源危机,依靠电力的热泵成为了全世界倍受关注的新能源技术。国际能源署(IEA)2022年11月发布报告称,由于全球能源危机加速了热泵的采用,未来几年全球热泵的销售量将飙升至创纪录水平。
报告称,2021年,全球热泵销量增长了近15%,是过去十年平均水平的两倍,其中欧盟的销量增长了约35%。为应对全球能源危机,2022年的销售量将达到创纪录的水平,特别是在欧洲,一些国家在2022年上半年的销售量与2021年同期相比翻番。
如果各国政府成功实现减排和能源安全目标,到2030年,欧盟的热泵年销售量将上升到700万台,而2021年为200万台。IEA估计,到2030年,热泵有可能使全球二氧化碳排放量减少至少5亿吨,相当于今天欧洲所有汽车的年二氧化碳排放量。
目前,建筑供暖占欧盟天然气需求的三分之一。2025年,热泵可以减少近70亿立方米的天然气需求,几乎相当于跨亚德里亚海天然气管道2021年全年的输送量。
如果欧盟的气候目标得以实现,到2030年,每年节省的天然气将增长到至少210亿立方米。根绝雅虎财经的预测,届时全球热泵市场将达到810亿美元的规模。
2、为什么电动车要安装热泵?
目前,纯电动汽车空调大多采用PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏电阻技术,直接将电能转化为热能,但消耗电能意味着会牺牲电动车的续航里程,导致了严重的续航衰减。暖风空调成为了电动车的耗电大户,“电动车主冬天不敢开空调”透露着无奈。
根据彭博社报道,装有热泵的电动汽车平均比其官方续航里程少了25.4%,而那些没有装热泵的汽车则少了33.6%。此外,热泵通常可以由手机远程控制,允许车主在出发前预热车辆。
Model Y是特斯拉首款搭载热泵系统的车型,随后新款海外版Model 3、Model S和Model X也都将其作为了标配。按照马斯克的计划,最终每一辆特斯拉汽车都会使用热泵空调。
在汽车上使用热泵并不是什么新鲜事。豪华电动车保时捷Taycan、奥迪R8、奥迪Q7e-tron、宝马i3和捷豹i-Pace等车型上都配备了热泵空调。也有品牌将热泵作为高配选装项,例如,现代Ioniq 5和斯柯达Enyaq iV。
根据国金证券研究所此前发布的一份报告,预计2025年车载热泵空调将会达到30%的市场渗透率。
虽然热泵在电动汽车上会越来越常见,但特斯拉说,它的热泵与其他热泵不同,有一个叫做“超级歧管”的设计,这是一个两层PCV组件,还有一个“八角阀”热泵模块,这是为了帮助提高系统的效率和与车辆其他部分的整合。特斯拉称,其系统实际上可以自己产生热量来保持车厢温暖,而不是依赖动力系统产生的热量。
特斯拉还降低了热泵的复杂性,例如,工程师们需要一种新的冷却剂环路配置,因此他们将两个阀门合并为一个阀门,同时进行。一位发言人说,他们把一个通常是15-20个部件的组件,合并成一个单元。此外,超级歧管的采用使特斯拉能够大大减少组件的数量。
最终,这使得热泵的生产制造更简单、更节省成本。
3、被马斯克捧上天,热泵为何还没普及?
热泵,作为一种由电能驱动,能够从自然界中吸收热量,经过搬运形成生产、生活的热能。热泵这也不是第一次火了,去年欧洲出现能源危机的时候,为了更好过冬,迅速加大了对热泵的采购。
“虽然热泵属于清洁能源的范畴,但目前并不能算作资本市场的最火风口。“一位新能源领域的投资人向36碳表示。
从节能降耗的角度,热泵已具备极大的优势,但经济性不足是制约热泵普及的核心因素。热泵在欧洲各国的快速发展,很大程度上也是有赖于各个国家给予的补贴。
在中国市场,其中以政府补贴和能源价格为主要两大原因。
中泰证券家电&科技消费首席分析师邓欣向36碳表示:“从政府补贴的角度看,2017年“煤改电”政策的刺激下,我国热泵有过短暂的高增长:北方“2+26”城市全面推进清洁能源,例如河北、山西、河南等地的设备补贴金额在3000元-20000元之间,并叠加电价优惠,当年空气源热泵在国内市场的增速达到66%。之后补贴力度减弱,内销水平则受到一定影响。”
再者,相对于能源危机更加严重的欧洲,中国的天然气、煤价处于相对较低的水平。因此,热泵的经济性没有那么突出,需求也就不及欧洲市场。
另一大痛点来源于安装配套的成本。安装家用热泵,比安装传统的燃气更为复杂,初始投资也就更高。大多数情况下,需要根据房屋的面积、尺寸“量身定制“。即使是有这样价廉物美的产品,也需要具备技术能力的专业人员完成热泵的安装工作。各个门类的前期投资加起来,家庭安装的前期费用预计接近10万元。
“对于空调热泵来说,它的外机体积大于一般分体式空调,老旧小区如果在设计时未预留外机安装区域,会很不方便;另一方面,家用热泵两联供的系统需要在地面铺设地暖管,用户也要额外支付安装费用。”中泰证券邓欣向36碳表示。
从技术的角度看,热泵的未来提升空间依旧很大,不同的热泵形式也有不一样的解决方案。例如市场份额最高的空气源热泵产品,其实在超低温工况下的制热效率会出现衰减。
从高寒地区的热泵使用结构中,便能有所察觉:据欧洲热泵协会的数据,2022年瑞典、挪威的地源热泵销量增速,均高于空气源热泵。
中泰证券邓欣谈到:“解决这一痛点,需要持续的技术迭代:可以采用增气喷焓压缩机技术,去提升热泵低温环境下制热能力和效率,但成本相对高;以及增加PTC辅热装置(即传统空调的电辅热技术),在低温环境下用PTC先将温度提升,再用热泵进行制热,但代价是PTC制热阶段热效率较低,亟待突破。”
总体而言,现阶段热泵的技术水平还在持续爬坡,产品的经济性、安装便捷性也都存在提升空间。热泵现正处于一个试图突破能源「不可能三角」的阶段,当清洁、稳定与廉价都具备时,才能真正走进千家万户。
在过去很长一段时间,热泵系统都被排除在可再生能源利用的范畴之外。如今,在全球能源转型的大趋势下,随着新型电力系统的建设和化石能源的逐渐退出,终端用能电气化的需求会持续提升,热泵这项技术成为必需品已是必然。
来源:汽车商业评论,36氪,星空财富BJ
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