地源热泵行业研究:助力节能减排政策暖风催发市场前景

  2018 年我国建筑全过程的能耗量与碳排放量分别占据我国总量的 46.5%与 51.3%。其中,绝大多数的能耗与碳排放 量均来自于建材生产及运输阶段与建筑运行阶段,两者占比相当。建筑运行阶段的能耗与碳排放具有持续性的特点, 长期看来,是需要重点关注的对象。可见,通过发展、推广绿色建筑实现我国建筑领域节能减排,是我国实现“双 碳”目标的必由之路。目前相关评价体系已逐步建立,政策扶持力度加大。地源热泵作为调用优质清洁能源地热能 的重要技术或将迎来新的一轮发展良机。

  我国 2018 年的能耗量与碳排放量有半数来源于建筑全过程消耗与排放。建筑全过程包括建筑材料生产及运输、建 筑施工、建筑运行与建筑拆除四大阶段。其中建材生产阶段能耗 11 亿 tce, 占建筑全过程能耗量的比重为 51.23%;建筑施工阶段能耗 0.47 亿 tce,占建筑全过程能耗量的比重为 2.19%;建筑 运行阶段能耗 10 亿 tce,占建筑全过程能耗量的比重为 46.58%。

  2018 年全国建筑全过程碳排放总量为 49.3 亿 tCO2占全国碳排放的比重为 51.3%。2其中建材生产阶段碳排放 27.2 亿 tCO2,占全国碳排放的比重为 28.3%;建筑施工阶段碳排放 1 亿吨 tCO2,占全国碳排放的比重为 1%;建筑运行 阶段碳排放 21.1 亿吨 tCO2,占全国碳排放的比重为 21.9%。

  建筑全过程的能耗量与碳排放量体量大、占比高,其中半数来源于运行阶段,其更是我国实现节能减排的重要抓手。 建筑运行往往长达数十年,因此建筑具有持续耗能、排碳的特点。我国要实现“双碳”目标并在未来保持碳中和水平意味着节能减排不 是一个短期冲刺任务,而是需要建立起可持续碳中和机制的长期工程。在这样的要求下,降低建筑运行阶段的碳排 放将成为我国实现“双碳”目标的重要助力。

  我国对绿色建筑的定义与国际趋同,并指明五个具体的衡量维度促进绿色建筑发展,助力“双碳”目标。世界绿色 建筑委员(World GBC)定义绿色建筑是指在其设计、建造或运行中,减少或消除对我们的气候和自然环境的负面 影响,并能创造积极影响的建筑。中国城市科学研究会绿色建筑与节能委员会(China GBC)定义绿色建筑是在全 生命期内,节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度得实现人与自然 和谐共生的高质量建筑。我国住建部发布的国家标准《绿色建筑评价标准》对绿色建筑建立了的五大性能指标体系: 安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居,另设提高与创新加分项鼓励绿色建筑的创新发展。整个评 价体系共有 40 条控制项与 60 条评分项要求。

  我国绿色建筑已经发展出多种节能减排的技术路径。根据住建部发布的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》, 建筑的节能设计主要关注围护结构、供暖、通风、空调、电气、给水排水及燃气方面的设计与可再生能源建筑应用 系统。下面简要介绍装配式建筑、光伏建筑一体化与地源热泵。

  装配式建筑是指将施工现场需要的预制构件在工厂中进行生产,然后将这些预制构件运输到施工现场,在现场进行 组装形成相应的建筑物或构筑物,因其效率高、速度快、污染小,且具有绿色、低碳、环保等特点得到广泛关注。 相比较传统建筑模式,装配式建筑利用计算机技术可以提前对建筑主体结构形态、材料的选择、空间布局等进行调 整,并对不同建筑结构的直接成本、间接成本等进行预测,从而达到建筑节能、环保等方面的相关要求。装配式建 筑分为木结构、钢结构、混凝土建筑,均为住建部“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划中继续推进建设的节能 建筑类型。装配式建筑在建材生产与建筑建造环节能够带来节能效益,其后续在建筑运行阶段的节能效果主要取决 于建筑本身的节能设计。

  光伏建筑一体化,即 BIPV,是一种将太阳能发电产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化可分为两大类:一类是 光伏方阵与建筑的结合,另一类是光伏方阵与建筑的集成,如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在 BIPV 系统中,光伏组件不仅可以作为发电设备,还可以充当部分建筑外围护结构,使其在发电的同时还能为建筑节省传统的 建材,因此,BIPV 系统能够良好应用在密集的城市建筑群中。

  地热能建筑通过热泵等技术,将地热能转化为建筑可用的能源。地源热泵能够很好地满足建筑能源的需求和特性, 既可供冷又可供热。地源热泵的技术特性可以归纳如下:1)能回收和利用低位热能,充分利用浅层地热能或自然能 源,减少化石能源使用,减少碳排放,保护环境;2)能够提高一次能源利用率;3)采用电力驱动的热泵机组,电 力清洁方便,价格相对稳定,经济性好,适合于建筑能源就地应用和大面积推广。随着“双碳”目标的推进,电力 的清洁化率会大幅度提高,采用地源热泵系统为建筑供热供冷将大量减少建筑的碳排放量。

  地热能是一种优质的清洁能源,已经成为国家实现“双碳”目标的重要资源。地热能可用于供热、制冷与发电,其 能量利用系数高达 70%以上,能够全年全天运作,具有很强的竞争力。从全生命周期的理论排放量看,地热的排放 均值为 15gCO2E/kWh,小于风电的 15.35gCO2E/kWh、光伏的 46gCO2E/kWh 和生物质的 25gCO2E/kWh3。“十 二五”期间,我国城镇浅层地能应用面积由 2.3 亿 m2 增加至 5 亿 m2,建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划中 要求实施可再生能源清洁供暖工程,利用太阳能、空气热能、地热能等解决建筑供暖需求,逐步修订现行太阳能、 地源热泵系统工程相关技术规范并明确提出全国城镇新增浅层地热能建筑应用面积 2 亿 m2以上,实际实现 4 亿 m2 左右。在“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划中,地热能有了量化指标,确立了新增地热能建筑应用面积 1 亿 m2 具体目标。可见应用地热能在实现“双碳”目标的战略地位日渐提高,国家对地热能的利用也更加全面而深入, 而地源热泵作为将地热能转化为可利用能源的重要技术也或将带来良好的市场机遇。

  地源热泵可以高效的转化地热能为可利用的清洁能源,在我国已经有四十余年的发展积累,具有多样的形式与丰富 的应用场景。地源热泵可以在建筑供暖制冷、热水供应方面显著帮助减排,亦能与其他节能减排技术耦合,发挥供 热、储能等特性,创造更大的价值。已有实例展现出其优异的经济价值与生态效益。地源热泵一度因为初始投资高、 经济效益不显著而发展受限,但随着新技术迭代,辅之以国家利好政策,发展潜力巨大。(报告来源:未来智库)

  热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置,在建筑当中有丰富的类型。地源热泵系统指以 岩土体、地下水或地表水为低位热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统,是一种即可供热又可制冷的地热能利用系统。根据开发利用区域深度和热源品位,地热能分为地下 1000m 内的浅层地 热能资源、1000-5000m 的中层地热能资源与 5000m 以下的深层地热能资源。

  目前地源热泵技术可根据利用的地热能深度分为浅层地热能地源热泵技术与中深层地热能地源热泵技术。早期的地 源热泵以利用浅层地热能为主,由于浅层地热能几乎完全不受资源限制并且应用技术不断优化更为成熟稳定,能量 来源于地下能源,系统不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”,可广泛应用在办公楼、 宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域,这些年来在我国各个地区得到了广泛推广和应用。相 比之下,利用中深层地热能对热泵技术要求更高,在近几年才迎来研究热潮。

  地源热泵技术在我国的发展可大致分为四个阶段:起步、推广、快速增长与平稳发展。1)20 世纪 80 年代至 21 世 纪初为起步阶段,地源热泵技术逐渐进入我国科研工作者、暖通空调技术届人士的视野,但尚未被市场接受。2)21 世纪初至 2004 年为推广阶段,地源热泵系统推广到全国各个地区,制造水源热泵机组的厂家和系统集成商在 2004 年底达到 80 余家,相关科学研究剧增,但培训系统尚未构建,建筑的环境效益也尚未引起人们重视,地源热泵系统 整体的市场较小。3)2005 年至 2013 年地源热泵迎来了快速增长阶段,受我国节能减排工作不断加强的影响,利好 地源热泵技术的政策大量出台,整个行业爆发式增长,相关企业在 2012 年底超 4000 余家,新技术不断涌现,2013 年底地源热泵应用总面积达到 4 亿 m2。4)2013 年至今为发展稳定期,相关补贴政策逐步取消,地源热泵技术缺陷、 运行费用高的问题日益突显,行业增长放缓,市场趋于理性,但随着近几年地源热泵的技术更迭,“双碳”目标推 动大量利好绿色建筑政策出台,地源热泵有望迎来新的发展机遇。

  根据地热能交换系统形式的不同,浅层地热能地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水 源热泵系统。在行业内部,地埋管地源热泵系统也经常被称为土壤源热泵系统或大地耦合系统,地下水源热泵系统 和地表水源热泵系统则有时被直接称为地下水系统和地表水系统。

  地埋管地源热泵系统是由传热介质通过竖直或水平土壤换热器与岩土体进行热交换的地源热泵系统。其利用岩土体 作为热泵的低位热源。地表以下 20-100m,岩土体的温度已比较稳定,且热容量大,蓄热性能好,所以岩土体是很 好的热源和热汇。与空气源热泵相比,地埋管地源热泵系统机组不需要风机,噪声小;不需要除霜,从而节省热泵 的除霜损失,提高地源热泵运行的可靠性;其适用范围较广,受地下水、地表水资源的影响不大,只要有足够的埋 管空间即可,因此地埋管地源热泵系统的应用十分广泛,是对浅层地热能利用的优选方式,在近零能耗建筑与情节 供暖中都有所应用。4但是目前其在技术方面仍有改善空间,需要提高施工质量。

  地下水源热泵系统是采用地下水作为低品位热源,并利用热泵技术,通过少量的高位电能输入,实现冷热量由低位 能向高位能的转移,实现供热或供冷的系统。其适用于地下水资源丰富,且具备开采利用地下水许可的区域。由于 地下水水温常年恒定,传热性能好,这类热泵系统的效率通常较高。然而,为避免产生地下水热污染、地表凹陷等 现象引发其他环境问题,回灌地下的水温需要严格控制,相关施工技术也需要升级。同时近年地下水资源紧缺问题 也使得地下水开采利用的许可逐渐难以取得。上述诸多因素使得地下水源热泵系统逐渐减少。

  地表水源热泵系统与地下水源热泵系统相比,其利用的水资源为河流、湖泊、海水、工业废水、生活污水等地球表 面的水源,对水资源的处理要求更高,但对地下工程的技术要求更低。我国地表水资源丰富,且往往能够达成几十 至几百万 m2的大型工程的应用条件,如南京江北新区的地表水热泵项目规划应用规模达到 1500 万 m2。地表水热泵 项目有未来具有广泛的应用场景。

  由于浅层地热能地源热泵技术已经相对成熟,浅层地热供热目前在整个地热供热中仍占据较大比重,但该技术地埋 管管群占地面积大,并且存在冬夏热量不平衡问题,实际应用效果仍有提升空间。根据《我国地热能开发利用现状 与未来趋势》,全国浅层地热能开发利用建筑主要分布在北京、天津、河北、辽宁、山东、湖北、江苏、上海等省 市的城区。浅层地热能的开发优势明显,总体投资较低、技术成熟、应用范围广、审批手续少兼顾供冷与供热,但 也有初始投资较高、维护不便、占地面积大等缺点,我国地源热泵技术起步较晚,但近年来发展迅速,在未来浅层 地热能的研究中应偏向于地下换热方式、效率、减小占地面积的方向。

  中深层地热能属于较为可靠的可再生资源,藏量丰富且在使用过程中不会产生温室气体,随着相关技术不断发展, 将有广阔的应用前景。目前,中深层地热能主要的利用形式为水热型地热能供暖,相关利用技术主要有中深层地热 水梯级利用技术和中深层地热能无干扰供热技术,前者的技术形式相对简单、经济性优异,应用较多。现已形成以 天津、陕西、河北为代表的一批地热供暖示范项目。

  中深层地热水梯级利用技术是指根据地热流体不同温度进行的地热逐级利用的技术。其梯级利用的合理性将直接影 响其经济性水平,地热水被抽水泵提升后,经板式换热器换热可直接供暖,低温尾水经水源热泵升温后可再次供暖。 其在技术相对简单,成本相对较低,在“十四五”期间也得到国家的推广。地热水的回灌及运移是当前地热研究的 热点。为保证等量同层回灌,当前常用泵是为加压、真空无压回灌,或采用“一采多灌”方式,这无形中增加了地 热投资及运营成本,技术尚待突破。

  中深层地热能无干扰供热技术,亦被称为干热岩供热技术,通过向地下岩层钻孔并在其中安装金属换热器,利用其 中的换热价值,将地下深处的热能导出至地面建筑。由于干热岩中流体很少,埋藏较深,需进行用超长地埋管将热 量换取出来,这个过程依赖于水平钻井、压裂技术,新型高效换热材料,另外还要考虑到地下超长距离传输所造成 的热量损失,随着技术的发展进步,干热岩的供暖很快能大范围利用。中深层地热能温度高,中高温部分经过换热 能直接进行供热利用,其运行成本低,未来有很大发展空间,但资源量具有明显地域性。这种技术的特点在于“取 热不取水”,可有效保护地下水资源,同时其钻孔、机房占地面积小,适合在建筑和人口密集区域开展,供暖性价 比高。目前中深层地热开发利用研究上主要集中在成藏原理、勘查开发、尾水回灌、地热发电及管理利用、干热岩 等几个方向。这项技术近几年开始发展,尚不完善,主要需要克服热平衡问题,并要进一步研发降低初始投资成本, 建立起行业技术标准,以提高其推广能力。

  我国利用中深层地热能的产业仍处于发展阶段。我国对整体的勘察程度较低,目前仅对北京城区、天津城区、河北 雄县、西藏羊八井等少数地热田进行了系统勘察,对全国地热资源前潜力的认识尚停留在估算水平上。另一方面地 热管理主体尚不明晰,地热管理涉及自然资源、水利、能源等多个部委,目前国家层面的管理分工尚不明确,亦尚 未建立产业信息统计系统,管理工作的支撑材料有所不足。

  在实务中,地源热泵常与其他系统耦合,互补优劣势,发挥更大的生态效益。地源热泵的主要功能为利用清洁能源 为建筑供热与制冷,在转化地热能时,往往会消耗少量电能。这可以通过与其他节能减排系统耦合减小其影响。例 如,目前已有研究提出地源热泵-BIPV/T 耦合系统的研究。由于太阳光辐射周期性限制,传统的 BIPV/T 系统无法保 证光热转换的连续进行,而地源热泵供暖系统有蓄热模式、放热模式和直接供暖模式这 3 种运行方式,地源热泵BIPV/T 耦合系统可将夏季时光伏发电时产生的充足的余热用于冬季采暖,这样既可以降低光伏组件的工作温度,又 可以提高整个耦合系统的热电综合效率。但当前地源热泵-PV/T 系统大都是将 PV/T 组件置于建筑屋面,导致建筑外 墙的空间被浪费,这是后续的研究重点之一,同时,如何因地制宜得设计耦合系统也仍然需要进一步研究探索。

  建筑用电和建筑供暖用热力这两项构成每年 15.5 亿吨的二氧化碳间接排放,占我国目前二氧化碳排放总量的 16%。 地源热泵与其他热泵技术作为利用清洁能源供暖制冷的技术,正是减少这方面碳排放量的有效途径。哈工大倪龙教 授团队,模拟热泵规模低增速、中增速、高增速的 3 种情景,量化分析了热泵技术在建筑供暖、建筑热水供应等方 面的减碳效应。

  我国目前城乡居住建筑面积约为 528 亿 m2,供暖面积约为 220 亿 m2。2040 年后我国人口将稳定在 14 亿,城乡居 住建筑总规模将达到 560 亿 m2,其中北方城镇需要供暖的建筑面积为 200 亿 m2,农村供暖建筑面积约为 100 亿 m2。北方城镇建筑每年需要 50 亿 GJ 的热量来满足供暖需求,主要供暖方式为热电联产、燃煤区域锅炉房等。5假 设供暖方式主要为热泵、热电联产、燃气、其他零碳热力与其他供暖方式,且其他供暖方式占比保持不变,并默认 其他供暖方式的能源均来自于燃煤,预测未来监护供暖在不同热泵增速下的碳排放量与减排量。

  到 2060 年,减排量将达到 4.81~6.54 亿 t/年,其中需求侧减排量为 1.67 亿 t/年,电力端减排量为 0.41 亿 t/年,热 电联产和低碳热力规模扩大也贡献了 1.42 亿 t/年的减排量。在热泵高增速下,2060 年减排量达到 6.54 亿 t/年,其 中热泵减排量为 3.04 亿 t/年,占比 46%;而在热泵低增速下,热泵减排量为 1.31 亿 t/年,占比 27%。

  我国目前居民主要通过燃气热水器、电热水器、太阳能热水器等方式制备生活热水。未来,随着生活水平的提高, 热水供应普及率和热水使用量将增加,热水供应热负荷和生活热水耗能将逐步增加。随着碳中和的推进,燃气热水 器和电热水器逐步被取代,光伏技术的发展使得太阳能热水器占比也逐渐降低。 2060 年减排量达 0.76~1.52 亿 t/年,需求侧由于需求增加减排量为-2.39 亿 t/年,电力端减排量为 2.86 亿 t/年。在热 泵高增速下,2060 年减排量达 1.52 亿 t/年,其中热泵减排量为 1.05 亿 t/年,占比 70%;而在热泵低增速下,2060 年减排量达 0.76 亿 t/年,热泵减排量为 0.29 亿 t/年,占比 38%。

  综合热泵对建筑供暖与建筑热水供应的减碳效果,在热泵高增速下,2060 年减排量达到 7.65 亿 t/年,其中热泵减 排量为 4.09 亿 t/年,达到 53%,是热电联产和低碳热力贡献的 1.42 亿 t/年减排量的 2.8 倍;在热泵低增速下, 2060 年减排量达到 5.57 亿 t/年,其中热泵减排量为 1.6 亿 t/年,达到 29%,与热电联产和低碳热力贡献的 1.42 亿 t/年减排量相当。整体而言,热泵减排效果显著。但是因为热泵大多由电力驱动,需要依靠清洁电力才能更好的实现 减排效果。(报告来源:未来智库)

  随着我国碳中和的推进,零碳电力逐步增多,风电、光电、水电、核电将会成为电力供应的主力军。未来用能结构 会逐步减少对燃料的依赖,尽可能使用电力替代燃料制热,最终实现电气化,因此未来电力消耗量将会迅速增加, 电网供电负荷增加。热泵大规模推广也会增加电网负荷,尤其是冬季供暖季节性用电需求的增加,与冬季水电、光 电的季节性削弱正好矛盾,是一个亟待解决的问题。2019 年我国电力消费总量达 7.49 万亿 kWh,随着终端部门电气化水平提升, 2060 年全社会总电力需求将达 18.70 万亿 kWh,热泵在建筑供暖与热水供应方面在 2060 年将会消耗 4700 亿 kW·h 电力,约占电力需求的 2.5%。

  地源热泵系统可通过增加热泵容量提升储能水平、采用间歇运行方式,具有很大的平移电负荷的潜力;热泵蓄热式 热水供应方式能利用低谷电制热。一方面可减小对电力峰值负荷的影响;另一方面,可平衡风电、光电发电能力与 电力负荷需求间的不匹配问题,一定程度缓解了弃风、弃光问题。

  地源热泵一度因为初始投资过高而推广受阻,近年随着技术更迭,其经济性逐渐提高,加上国家对绿色建筑的大力 推广,地源热泵的生态效益优势得到彰显。我们将地源热泵项目分为建造环节与运行环节,结合地源热泵在大型公 共建筑中的应用案例去讨论其经济可行性与生态效益。

  地源热泵在建造环节的主要计价方式为工程造价=设备购置费+安装费用。具体而言,不同类型的地源热泵根据其技 术特点会略有不同,如污水源热泵工程造价包括热泵机组、循环泵、管道、末端散热设备及其相应的安装费用、修 建污水池及重新布置排水管道的材料和安装费用;地埋管地源热泵工程造价包括热泵机组、循环泵、管道、末端设 备及其相应的安装费、钻孔和地埋管等材料和安装费用。部分地源热泵还需考虑地热探矿权出让费。但是在实际工 程中,地源热泵的单位面积造价波动较大,主要集中在 100-2000 元/m2 的区间,具体需要结合具体项目的地热资源 条件、土地质底、建筑服务面积、建筑负荷要求等多方面因素评估。

  在建造环节,地源热泵的经济性已经开始显现。以地热井+水源热泵供暖系统在大型公共建筑中的应用案例为例。 城市热网供暖方案的建设费用主要通过供热工程建设费=建筑面积(m2)×供暖配套费标准(元/m2 ),供热工程建设 费按照建筑面积×160 元/m2计取,收费面积为 26.39 万 m2,采用城市热网供暖方案建设费为 4222 万元;采用地热 供暖方案,考虑地热探矿权出让费等费用,其中地热探矿权出让费为 193 万元,地热井打井工程费用为 2139 万元, 水源热泵、线 万元,即可节约投资 1523 万元,节约率 36%。

  地源热泵在运行环节的主要计价方式为运行成本=电费+(耗用的其他燃料费)+水费+设备摊销费+运行管理费。热 泵耗电,所以其电费是运行成本的重要组成部分,部分研究会直接以电费为供热成本。以电力热泵供暖为例,运行 电费可以通过下列方法得到:供暖需求(kW)=供暖指标(W/m2)×供暖面积(m2)/1000;热泵机组需求=供暖需 求(kW)/热泵机组的额定输入电功率(kW);耗电量(kWh)=热泵机组的额定输入电功率(kW)×运转时间(h) ×热泵机组数量;电费(元)=总耗电量 kWh×电价(元/kWh)。参考青岛市 2019 年的电费、燃料费价格,天然气价格按照 4.0 元/m3计算,峰谷电均价取 0.66 元/(kWh),低谷电价取 0.32 元/(kWh),生物质燃料价格按照 1.0 元/kg 计算。

  以地热井+水源热泵供暖系统在大型公共建筑中的应用案例为例,采用城市热网供暖方案每年供暖费为 1356 万元, 采用地热供暖方案,考虑设备摊销问题,项目运行的第 1-2 年的年运行费用为 607 万元,第 3-5 年建设费用为 647 万元,第 5 年设备费用摊销完后,第 6 年以后每年的运行费用约为 574 万元,项目设计运行期为 50 年,在运营期 预计共节约 3.88 亿元,节约率 57%。该项目建设运营期将节约 4.03 亿元。

  以总耗热量为基准,对比其他供暖方式耗用的标准煤与热泵耗电折合的标准煤即可得到节约的标准煤数量。其他排 放物也可以通过类似的方式进行换算对比。以地热井+水源热泵供暖系统在大型公共建筑中的应用案例为例,若采用 城市热网供暖,项目每年总耗热量为 7.90 万 GJ,折合每年供暖消耗标准煤 2696t。该项目采用地热井+水源热泵供 暖系统,需消耗一定电量与天然气,每年热源实际消耗电量 442 万 kWh,按 1kWh 电折合 0.404kg 标准煤计,折合 标准煤 1786t;每年消耗天然气 6 万 m3,按 1m3天然气折合 1.4286kg 标准煤计,折合标准煤 86t。地热井+水源热 泵供暖系统每年共折合消耗标准煤 1872t,与采用城市热网供暖相比,每年节约标准煤 824t。综合而言,因地制宜 选用合适的地源热泵形式,有望实现经济效益与生态效益双丰收。

  地热能储量丰富,能够充分满足我国的能源需求,是优质的清洁能源。根据上文分析可知,地源热泵能够充分利用 地热能,并带来经济效益与生态效益是理想的节能减排技术。我们预估,地源热泵以 7%的年增速增长,“十四五” 期间年均新增地热能供暖制冷面积 1.12 亿 m2,2025-2030 年期间每年平均新增 1.57 亿 m2。我们估计 2020 年单位 面积综合平均工程造价 360 元/m2,以造价年均下降 2%的速度估算,地源热泵在“十四五”期间每年将有约 379 亿 市场空间,2026-2030 年间每年将有约 481 亿市场空间。 地热资源存量丰富,据粗略估算,全球地热资源是化石能源所提供能量的 5 万倍。

  地热储量为 140×106EJ/年,相 当于 4968×1012t 标准煤,可满足人类数十万年的能源需要。6我国的地热能也非常丰富,年储量达到 11×106EJ, 占世界总储量 7.9%。具体来说,根据我国勘查统计,我国浅层地热资源可达 94.86 亿 t 标准煤,水热型地热能资源 可达 8.53×103亿 t 标淮煤,而干热型地热资源可达 8.6×106亿 t 标准煤,相当于我国大陆 2014 年能源消耗总量的 20 万倍。

  地源热泵已经得到国家层面的认可,在十四五期间成为明确推广对象。在国家住建部最新出台的《“十四五”建筑节 能与绿色建筑发展规划》(下文简称“《规划》”)中明确提出加强地热能等可再生能源利用,推广应用地热能、空气 热能等解决建筑采暖、生活热水、炊事等用能需求。鼓励各地根据地热能资源及建筑需求,因地制宜推广使用地源 热泵技术。对地表水资源丰富的长江流域等地区,积极发展地表水源热泵,在确保 100%回灌的前提下稳妥推广地 下水源热泵。在满足土壤冷热平衡及不影响地下空间开发利用的情况下,推广浅层土壤源热泵技术。在进行资源评 估、环境影响评价基础上,采用梯级利用方式开展中深层地热能开发利用。《规划》明确设立要在“十四五”期间新 增地热能建筑应用面积 1 亿 m2以上的具体指标。

  现阶段,地热能利用仍以供暖制冷为主。国家发改委等八部门联合发布《关于促进地热能开发利用的若干意见》提 出,到 2025 年,各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程,全国地热能开发利用信息统计和监测体系基 本完善,地热能供暖制冷面积比 2020 年增加 50%,到 2035 年,地热能供暖制冷面积及地热能发电装机容量力争比 2025 年翻一番。亦有主要地热能利用省市的行业专家在年初预测,“十四五”期间,地热能供暖增长速度为 7%~10%,总量增加幅度 40%~60%。2021 年 10 月 27 日,国家地热能中心第四届“两委会”公布,截至 2020 年 底,我国地热能供暖制冷面积累计达到 13.9 亿 m2。其中水热型地热能供暖 5.8 亿 m2,浅层地热能供暖制冷 8.1 亿 m2。但是最新出台的《规划》却将增长目标定在 1 亿 m2,主要是统计的口径问题,未统计工、商、物流业等的部分。 综合上述信息,我们以 13.9 亿 m2为 2020 年的基数,保守取 7%的年增长率,估算 2020-2030 的地热能供暖制冷面 积,预计十四五期间平均每年新增 1.12 亿 m2供暖制冷面积,2025-2030 年期间每年平均新增 1.57 亿 m2供暖制冷 面积。

  如前所述,地源热泵的造价波动较大,往往需要结合具体项目进行考察评估。我们参考《节能门窗工程防水工程地 源热泵工程造价指标》(下文简称“《造价指标》”)列示的地源热泵典型工程造价进行估算。《造价指标》中列示的可 计算单位面积造价的项目有 22 个,涵盖办公楼、工业建筑、公共建筑与居住建筑多种项目类型,地源热泵服务建筑 面积小至 328m2,大至 13.43 万 m2,总造价在 12 万元至 4200 万元之间不等,其中居住建筑的平均造价为 490 元 /m2,非居住建筑的平均造价为 278 元/m2。考虑到初始投资成本过高是影响地源热泵经济型的重要因素,未来随着技术革 新有望逐步压缩成本,我们估计地源热泵造价以平均每年 3%的速度下降。我们以 360 元/m2 为 2020 年地源热泵造 价基数,每年以 3%的速度下降,根据前文估算的面积,可估算地源热泵在“十四五”期间,将催生出每年约 379 亿的市场,2026 年到 2030 年碳达峰,每年将有约 481 亿的市场前景。

  启迪设计作为国内领先的综合型工程技术服务供应商,长期致力于为客户提供覆盖工程建设产业链全过程的综合性 工程技术服务、全过程咨询服务。早在 2006 年,公司就开始专注于建筑绿色节能工程技术的研究和推广,在绿色节 能领域取得了相当的成果,在业内具有很高的知名度和美誉度。公司办公大楼获得绿色三星健康三星及 LEED 金级 认证,设有雨水回收、太阳能热水、光导管、地源热泵、屋顶绿化等多种节能环保、资源节约的措施。公司 2021 年 实现收入 23.01 亿元,同比增长 24.4%。

  公司早有地源热泵相关的投入,2014 年已经开始研发《地源热泵为热源的住宅小区生活热水系统节能技术》,通过 给排水专业与暖通专业合作,实现住户的供冷、采暖和生活热水均由小型水-水地源热泵机组供给,地源热泵机组采 用化整为零、分户布机、分户控制、分户计费的方式。此后公司继续布局热泵技术,2017 年收购深圳市嘉力达节能 科技股份有限公司。嘉力达专注于建筑节能 20 年,为 8 万余家客户提供能源信息化服务,经营范围包含开发热泵技 术、电力热泵应用技术,有空气能热泵热水机,具有深厚的技术与经验积累。随后公司与公司内江苏省赛德绿色建 筑工程技术研究中心共同打造了绿色建筑节能减排咨询、策划、设计、改造、后期运维及能源管理的整体技术服务 产业链“建筑绿色节能科技服务业务”。2021 年,深圳市嘉力达节能科技股份有限公司实现营业收入 6.07 亿元,同 增 45.11%,营业利润 7645.76 万元,同增 18.58%。随着国家日渐重视地热能开发利用,推行地源热泵,启迪设计 与嘉力达的合作或将开启更广阔的前景。

  建艺集团是综合性建筑装饰企业及国家高新技术企业,主要为写字楼、政府机关、星级酒店、文教体卫建筑、交通 基建建筑等公共建筑及住宅提供室内建筑装饰的施工和设计服务。公司在全国各地承建了一大批具有影响力的精品 工程,所承接的建筑装饰项目多次荣获鲁班奖、全国建筑工程装饰奖、全国建筑装饰行业科技示范工程奖等国家级 和省级优质工程。公司早在 2016 年就开始布局地源热泵系统,并投资以地源热泵节能中央空调系统为主营业务的浙 江陆特能源科技股份有限公司,持股 18%,希望能够达成优势互补的优质合作,为双方的发展带来协同效应。陆特 能源在浅层地热能开发利用领域有深厚积累,并携手中科院院士建立地热能院士工作站,在科研与业务领域有较大 增长空间,预期能为建艺集团在地源热泵领域带来巨大优势。公司 2021 年实现收入 19.47 亿元,同比减少 14.17%, 主系受恒大、新力等客户影响,公司总体经营状况稳定;公司 2021 年确认陆特能源投资收益 766.13 万元,同增 33.27%。(报告来源:未来智库)

  隧道股份主要从事隧道、路桥、轨道交通、水务、能源和地下空间等城市基础设施的设计、施工、投资和运营业务, 以及部分盾构设备的制造业务。公司在地下工程领域造诣颇深,同时也在积极开拓节能环保业务,并积累了相关技 术,如环保型同步注浆工艺。

  公司近年在地源热泵领域已有所尝试。2018 年,隧道股份参与设计的华电银川“东热西送”集中供热项目穿越黄河 隧道工程胜利贯通,该项目是全国首个采用百万空冷机组供热、长距离、跨黄河、大温差热泵技术集中供热项目, 实现供热面积 8000 万 m2,工程建成后银川每年减排的烟尘量足够充满 10 个标准足球场,助力银川西北地区的空气 质量提升与环境治理。2019 年公司展示将土壤源热泵技术应用到燃气场站的天然气综合利用项目,并提出了“节 地”、“共享”、“节能”的全新设计思路。土壤源热泵解决了冬季生产生活用热,夏季生产生活用冷的需求,不仅降 低系统投资,而且供能效率高、寿命长,节能显著。

  2020 年,隧道股份与中国石油合作,共同参与河北省地热资源的开发建设工作。若公司进入地源热泵市场将具备一 定技术优势。2021 年,隧道股份建元基金投资支持的中设工程咨询(重庆)股份有限公司在北交所上市。中设咨询 是隧道股份产业基金首批布局企业,是隧道股份“生态圈”企业之一,其先后承担了唐山湾三岛旅游区跨海大桥、 广西北海南康江大桥、重庆江北城 CBD 水源热泵集中供冷供热取水工程等千余项工程咨询项目,设计建设最具特色、 独到的工程作品。公司 2021 年实现收入 622.26 亿元,同比增长 15.2%,整体业绩稳步增长。

  除了上述公司之外,在新三板公司中亦有在地源热泵领域沉淀多年的公司,其中不乏业内的佼佼者,如深耕多年的 华誉能源和地源科技,其积累的市场经验与专业技术或将助其抓住本次市场机遇,迎风而起,地源热泵技术作为公司 的核心技术之一正值显露头角之时。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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