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）是全球空調設備安裝基地的一小部分。 全球裝機容量已達15,400兆瓦特，年能源使用量估計為87,500噸（Lund，2005年）。 全球地源熱泵的能力近年來出現了巨大的增長。 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，北美地區地源熱泵裝機容量達到56％，其次是歐洲39％，亞洲5％。

圖2-1：地源熱泵全球MWt裝機容量

資料來源：Lund，et al。 “地熱能直接應用：2005年全球調查”（2005年）。

圖2-2：全球各大洲地源熱泵裝機容量 (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，瑞典是歐洲優與的國家，占五分之一。 截至2005年，共計有90萬個單位。

總裝機容量 = 10,100 MWt

圖2-3：按國家分列的全球地源熱泵裝機容量（MWt）

資料來源：Curtis，et al。 世界地熱大會，2005年。

設備描述

地源熱泵通常根據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/地區的特點，推廣和應用而異。

如圖2-4（a）所示的開環系統或“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類型。 自20世紀70年代以來，開環系統已經普遍使用，目前占美國市場的約10-20％（隆德2005）。 在這樣的系統中，地下水被用作熱載體并被直接帶到熱泵。 水被排放回井內或進入地表水體內。 這些系統需要充足，淺層和純凈的地下水供應。 由于它們對社區地下水的影響，市政法規有時禁止安裝開環系統。

閉環或接地耦合的系統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，但卻增加了系統總安裝成本的顯著鉆井成本（ ASHRAE 1995）。

水平回路通常是一個較便宜的選擇，因為它只涉及挖掘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）。 管道長度是系統尺寸，氣候，土壤/巖石熱特性和回路類型的函數。 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”狀的環形結構，其中管道以重疊的圓形方式布置。 與基本水平設置相比，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。

在池塘環路中，地面環路淹沒在湖泊或池塘中。 如果有適合的水源，這種設計是一個經濟的選擇，因為它涉及到比較小的挖掘。

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

地源熱泵可應用于各種住宅，商業和制度環境。 此外，世界各國已經安裝了一些基于社區的系統。 個別單位的規模從小型住宅用地約1.5噸到商業和機構應用的40多噸。 如圖2-5所示，較大的商業應用可能涉及多排串聯或并聯連接的管道。

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

圖2-4：住宅地面環路

a)    開式循環

資料來源：Water Furnace 2008

b)閉式循環

資料來源：KCPL 2008.

圖2-5：商業運用的地下循環

資料來源：NRCan 2008

歐洲

過去十年來，歐洲地源熱泵行業出現了顯著的增長。 地源熱泵占歐洲銷售熱泵的25％（Forsén2008）。 到2006年，已經在歐洲安裝了超過69萬臺的容量，達到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年間八個歐洲國家年銷售地源熱泵的增長。這一時期的復合年增長率約為30％。

資料來源：GroundReach 2007（市場現況）

圖2-9顯示了同樣8個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個歐洲國家地源熱泵s市場滲透率

資料來源：GroundReach 2007（市場現況）

重點歐洲國家

奧地利在全球擁有第五高的產能密度，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，熱泵市場也受到業績和可靠性的困擾，一度經驗不足的公司在石油危機期間開始進入爆炸式市場。 1990年LGW（LeistungsgemeinschaftW?rmepumpe）貿易協會成立，旨在推動熱泵，開展教育培訓項目，幫助市場實現新的增長。

法國熱泵市場在石油危機期間在1975年至1985年期間首次發展。 經過這一初步的繁榮，由于缺乏熟練的安裝人員和設備質量差，市場基本消失。 1997年，法國電力法國（EDF），法國全國電力公司（法國環境與能源管理機構）和法國采礦與地質研究委員會（BRGM）聯合舉辦了一個市場。 2005年，包括法國電力委員會，法國環境與能源管理局在內的公共機構已經實施了一個大型的熱泵補貼計劃，將在2009年之前持續下去。

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

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的盟友。 一些公用事業公司提供了對消費者有利的特殊熱泵關稅（EHPO 2008）。 2008年，德國政府制定了新的市場激勵計劃，以支持可再生能源系統，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，能源價格進一步上漲以及媒體對氣候變化的關注。

圖2-10：德國熱泵市場開發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。

瑞典作為全歐洲國家比較發達的市場，人均國內生產能力比較高（Le Feuvre，2008年）。 國內市場的急劇增長可歸因于石油和電力價格上漲以及能源稅相關稅收的增加。 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大的成功。 地源熱泵銷售額在2006年達到高峰，2007年下降了30％，2008年銷售額預計下降20％（圖2-11），主要是由于全球經濟增長放緩。

圖2-11：瑞典熱泵市場發展1997-2007

資料來源：2008年歐洲熱泵展望

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

圖2-12：瑞士地源熱泵裝機容量（MWt）（1980 - 2001年）

資料來源：Curtis 2005