中国整县光伏项目与农村热泵采用的协同效应

陈讲运 PV thinkergy 2023-09-19 08:21 发表于北京

摘要

供暖的电气化，特别是使用高效热泵，越来越被认为是实现《巴黎气候协定》目标的关键。中国已经在农村地区推广替代煤供暖。最近，中国也开始推广分布式太阳能光伏（PV）能源作为农村发展战略，特别是在2021年启动了全县光伏试点项目。虽然有几项研究考察了热泵采用的经济学，无论是否有太阳能光伏，整个县的光伏项目还没有被专门研究。

此外，许多以前的研究利用了每月平均太阳产量或温度范围。本研究考察了参与全县光伏项目的县的热泵的经济性，采用了参与县的光伏产量和环境温度的每小时数据。分析表明，山东、河南、江苏等县的住宅热泵与光伏配对，与燃气或耐热相比，经济回收期较短，同时增加了光伏的自消耗。

结果表明，扩大全县光伏项目，纳入能源效率和供热/制冷措施，是加速农村能源转型和改善农村生计的一种具有经济吸引力的方式。这一政策将有助于加速低碳能源转型，减少空气污染物的排放，并有助于解决当地地区中午光伏产量供过于求的问题。这种方法的障碍包括不同政府部门的参与、升级建筑绝缘材料的成本、建筑规范的设计和电价的结构。

1 |简介：中国的分布式能源和清洁供暖趋势

中国正在经历数十年的清洁能源转型，摆脱历史上对煤炭和其他化石燃料的依赖，目标是到2060年实现碳中和。在中国转型的第一阶段，先于国家的碳中和目标中国的政策重点关注电力行业的供给侧，特别是提高该国化石燃料发电厂的效率，同时扩大风能和太阳能等可再生能源的规模。多年来，中国的风能和太阳能装机容量超过任何其他国家，并且继续以远远超过其他地区的速度增加更多装机容量。(REN21, 2022) 由于中国太阳能和电池制造规模的扩大，这些技术的价格迅速下降，目前在中国和其他地方（Goodrich 等人，2013 年；Nahm 和 Steinfeld，2014 年；Stephan 等人，2021 年）。

近年来，政策制定者加快了分布式可再生能源的部署，特别是太阳能光伏发电（PV）。鉴于中国城市环境密集的特点以及提高农村地区生活水平的需要，分布式能源的推广主要针对该国的农村和城郊地区。

转型的下一阶段可能需要更多地关注需求侧能源效率和能源消费的电气化。为此，热泵在供热行业脱碳方面发挥着重要作用中国（Yan 等人，2022）。在农村地区尤其如此，那里的供暖历来依赖化石燃料，政策制定者关注空气质量，加上收入的增加以及对室内舒适度和室内空气质量的偏好的变化，导致清洁空间供暖的能源需求迅速上升（唐等人，2021）。由于收入增加以及全球气候变化的影响，夏季降温的能源使用量也急剧增加（张等人，2020）。

热泵有潜力为中国大部分农村地区（包括冬季气温较低的地区）提供高效的供暖解决方案。尽管供暖需求（在冬季和夜间达到峰值）与太阳能光伏输出之间的时间不匹配可能会带来挑战，但研究人员已经评估了几种有吸引力的解决方案。例如，热泵有潜力将能量存储能力与热水结合起来（Haines 等人，2014 年），该解决方案已针对华北寒冷地区进行了评估（Yu 等人，2021 年）。隔热良好的房屋还可以通过智能恒温器预热来充当热能储存库（Li et al., 2019）。将预热和储能的智能控制系统相结合可以降低能源消耗，在寒冷时期提高热泵运行效率，并且由于热泵系统的设计容量降低而负载系数更一致，因此可以降低资本成本，这是一个特别重要的考虑因素对于具有可变占用水平的建筑物（Deng 等人，2023）。

中国于 2021 年启动的全县光伏试点计划与鼓励某些地区采用热泵的计划具有潜在的协同作用，特别是供暖和制冷需求量较大的地区。

鉴于在人口稠密的城市地区安装太阳能和热泵存在障碍，农村地区尤其有吸引力，并给予政府鼓励农村发展和清洁取暖的政策。

2 |农村能源政策与全县光伏试点

2.1 |农村能源和能源效率是发展重点

根据国家统计局的数据，2020 年中国农村人口为 5.1 亿，比世界上大多数地区都多（中国国家统计局，2021 年）。中国农村面临着深刻的发展挑战。农村收入——2020年人均收入约为18,000元人民币——只是城市收入的一小部分（Statista，2022）。在其他方面，农村地区也有所改善。从2010年到2020年，农村家庭收入增长了3倍

（斯塔蒂斯塔，2022 年）。城乡收入差距也开始逐渐缩小（J. Zhang，2021）。其中许多变化都得到了旨在改善农业和非农业地区农村生计的政策的帮助。

多年来，中国的能源政策一直包括针对农村地区的项目，包括太阳能和清洁供暖。这些计划的目标包括改善生活条件，减少区域和地方空气污染，以及加速能源转型。

清洁供暖一直是最明显的此类计划。虽然中国长期以来一直在推广清洁炉灶和加热器，作为2013年至2017年《空气污染控制和预防行动计划》的一部分，这项工作加速了。中国政府发起了一项运动，旨在替代使用劣质散煤（也称为分散煤或散煤），并在北方地区从煤改气或煤改电取暖，特别是在环绕首都京津冀地区。该计划的早期阶段受到问题的困扰，最明显的是在2017年冬天，当时一些地区的居民和学校没有供暖（Hu，2021）。该政策对天然气和电热的关注，这些热通常比煤炭更昂贵——特别是对于农村地区典型的隔热不良建筑——导致许多较贫困地区的能源脆弱性增加（Fan 等人，2022 年;谢等人，2022 年）。该计划仍在继续，使至少800万户家庭远离煤炭供暖，同时还针对较贫困的农村家庭提供各种补贴（Hu，2021）。

2.2 | 中国全县光伏试点

太阳能也是农村能源政策的长期目标。用于热水的低成本太阳能集热器在 20 世纪 90 年代开始流行，迄今为止在农村地区显示出强劲增长（Urban 等，2016）。最近，太阳能光伏发电变得越来越突出。精准扶贫计划是一项 2010-2020 年一揽子措施，旨在使 7000 万农村居民摆脱贫困，其中包括农村光伏发电补贴和目标以及其他生态措施（Tang 等，2022）。然而，该计划并未完全成功地将光伏直接带给农村居民。对青海省项目实施情况的调查表明，许多光伏项目从分布式光伏电站转为集中式光伏电站，管理者很难针对村庄或贫困居民（Liao et al., 2021）。

当地光伏相关项目也让农村地区受益。在未利用或退化土地上开发农业光伏为山西、山东等省份的村庄提供了补充收入和就业机会（新华社，2019a，2019b）。

2021 年，太阳能仅占发电量的 3.9%（中国电力企业联合会，2022 年），但随着新产能的上线，太阳能发电量正在迅速增长。中国的官方目标是 2030 年风能和太阳能装机容量达到 1200 吉瓦，但实际目标是 50-90 吉瓦。

每年发电量达到 GW，这一数字很可能会被超越。在国家发展和改革委员会能源研究所的碳中和情景中，到2060年太阳能光伏发电将占发电量的30%左右到 2060 年，将占中国总发电量的近一半（NDRC ERI，2022）。

中国的光伏发电规模化历来集中在大型集中式电站上。2019年，随着中国逐步取消中央光伏电站上网电价补贴，屋顶和分布式光伏发电的比例开始快速上升。2021 年住宅屋顶太阳能安装量达到 21 吉瓦，是上一年的两倍，约占年度安装量的 40%（国家能源局，2022）。 2021 年和 2022 年的大部分光伏装机都被归类为分布式光伏。

全县光伏计划是国家能源局于2021年6月推出的一项相对较新的政策（国家能源局，2021a，2021b）。该计划对光伏覆盖屋顶百分比的要求为：

· 政府办公楼，50%。

· 学校和医院等公共建筑，占40%。

· 工业和商业工厂，30%。

· 农村住宅建筑，20%。

如果这些县到 2023 年底达到这些目标，它们将被授予示范县的完整地位——尽管该地位不附带直接的财政激励。该计划的主要创新是降低分布式太阳能的成本，尤其是客户获取和签约的软成本，通过招标或拍卖选择单一供应商和安装商来覆盖每个县试点中包含的所有屋顶安装。

自启动以来，该计划已被认为使分布式太阳能发电量急剧增加（Farand，2022），国家发改委指出，到 2022 年底，该计划已注册项目超过 66 吉瓦（Solarzoom，2022b）。

然而，这一过程并非一帆风顺，山东省和河北省因违反国家能源局指令，暂时停止所有新屋顶安装或对某些国有企业给予优惠待遇而面临批评（华夏能源网，2022；微能源网，2022a，2022b） ）。即便如此，山东省预计该计划可能会使该省的太阳能总容量增加 20 吉瓦（Solarzoom，2022a）。

该计划发布后，国家能源局于 2021 年 9 月公布了参与县名单。2021年发布的名单包含676个县区，其中大约有两打是开发区，而不是行政意义上的县。因此，该计划涉及的地区约占中国约1300个县/市/区级行政区域的一半。2021 年名单中的县（如图 1 所示）约占中国大陆土地面积的 21% 和人口的 24%。东部省份山东、江苏、河南各有50多个县名列前茅。

这些县的特点各不相同，当然并不完全是农村县，有些县已经完全城市化了。以江苏省为例，上榜县的总人口为4600万，占全省总人口的54%，覆盖全省土地面积的60%。山东省同样如此，全县光伏省份占国土面积的49%、人口的51%。一些参与县，例如南京鼓楼区，位于大城市的中心，而其他县则包含大型城市，例如钢城（钢铁）市）位于山东省。其他地区则更加偏向农村，但通常仍然至少有一些城市化地区。典型的参与县人口在 50 万到 100 万之间。

考虑到县的数量或人口比例，参与省份主要集中在那些已经拥有大量太阳能光伏发电能力的省份，并且与中国东部地区的太阳能制造中心重叠。

江苏、广东两省。相比之下，吉林和黑龙江几乎没有参与县——这些省份幅员辽阔，太阳能资源丰富，但同时也是中国工业城市锈带的一部分。

虽然中国最好的太阳能资源位于人烟稀少的北部和西部地区，但中国沿海地区却以拥有中等至良好的太阳能资源而闻名。如图2所示，根据PVWatts的数据，江苏或河南省典型县的太阳能年发电量约为每千瓦光伏发电容量1200-1400千瓦时，大幅高于欧洲大部分地区，但低于马德里或洛杉矶。在中国，大部分地区热负荷大于冷负荷，而光伏发电高峰出现在夏季。然而，与欧洲和北美其他主要地区相比，中国的太阳能资源季节性更加平衡，这使得太阳能供暖电气化更具吸引力。如图3所示，中国沿海地区的典型光伏系统将迎来冬季（12月至12月）。2 月的产量仅比夏季（6 月至 8 月）的产量低 35%–40%，而欧洲大部分地区的冬季产量则低 55%–75%。

3 |中国农村能源利用

农村建筑节能效果差。由于建筑质量差，农村居民消耗更多的能源（He et al.， 2014）。典型的建筑材料包括混凝土砌块、烧结粘土砖和陶瓷砖（Diao 等人，2018 年;李等人，2020 年）。居民经常使用当地可用的材料自行建造或翻新，导致气密性差和高度湿气渗透。在一些地区，只有不到20%的新建筑符合政府的效率标准（Diao et al.，2018）。在大多数城市地区，公寓楼的中央供暖没有单独计量，并按建筑面积收费，这阻碍了居民和业主采取的节能措施（Zheng et al.，2014）。

图1 全县光伏试点各省参与县或行政区数量源：（国家能源局，2021a，2021b）。

图2 各县太阳能光伏年发电量（千瓦时/千瓦时光伏容量）在全区太阳能光伏试点中，与国际比较。

为了应对建筑性能差的问题，华南地区广大农村居民依靠电热毯、暖手宝、电阻空间取暖器等电器。这些设备的能耗可能很高，并且考虑到它们的数量，也存在一些火灾风险（Li等人，2020 年）。对于那些有空调的人，这种设备在冬季以电阻加热模式用于空间加热。

在华北地区，煤炭是主要的取暖燃料。虽然许多农村县为城市化程度较高的地区提供区域供暖，但农村居民可以使用基本的煤炉和带有散煤或清洁煤加热器的加热。一些地区提供燃气供暖，在许多地区，电供暖也作为煤改气/煤电燃料转换工作的一部分得到推广。

虽然人们最关注的是加热，但冷却也变得越来越重要。由于城市化和收入增加，制冷需求不断增长。自 2000 年以来，中国制冷需求每年增长 13%，从 1990 年的 7 太瓦时增至 2000 年的 45 太瓦时和 2016 年的 450 太瓦时（Zhang 等人，2020）。据国际能源署称，到 2030 年，制冷需求可能达到 700 太瓦时（国际能源署，2019 年）。由于气候变化，中国的制冷需求也在增加，特别是在华南以外的地区（Zhang et al., 2020）。中国平均气温上升速度快于全球平均水平（路透社，2022），中国更多地区正在经历持续时间更长、发生在一年中更多季节的热浪（Zhao，2022）。只有一小部分农村居民拥有空调供制冷（Diao et al., 2018），但农村空调拥有量和使用量也在急剧上升，特别是在收入较高和夏季气温较高的省份（奥夫哈默，2014）。由于极端热浪，冷却需求导致某些地区停电，其中包括 2022 年四川和重庆的严重停电（Yuan 等，2022）。 2022年8月全国居民用电负荷比上年增长 33%（中国电力企业联合会，2023 年）。高峰负荷上升是建设更多燃煤电厂的主要原因，煤电在电力系统中逐渐扮演调峰角色。

图 3 冬季太阳能光伏 (PV) 输出占夏季太阳能光伏输出的百分比和国际比较。

4 |全县光伏项目中热泵与光伏配对的经济分析

4.1 |中国热泵背景

尽管中国的热泵市场正在增长，但它远远落后于太阳能光伏的发展。中国空气源热泵的销量从2017年的每年150万台上升到2021年的250万台。2021年每年向居民家庭销售的空调单位为1.5亿台（中国工业在线，N.D.），其中包括可能覆盖单个房间的壁挂式机组，使这一数字相形见绌。（传统空调包括通过电阻加热装置提供加热的空调）。

电热泵与分布式光伏相结合，有可能增加家庭光伏的自耗，同时有助于实现清洁供暖转型政策目标。在一些地区，储能可以提高自耗和经济性，同时进一步帮助减少分布式太阳能对配电网的影响。为此，山东各县已要求全县一定规模以上光伏项目纳入2小时储能（微能源网，2022a，2022b）。

热泵的价格逐渐下降，性能不断提高（国际能源署，2022；卢文等人，2018；雷纳尔迪等人，2021；美国能源部，日期不详）。中国的热泵成本低于国外欧洲或美国，低至人民币18,000元，但成本范围也很广（Zhou et al., 2022）。热泵可以与热能储存相结合，以提高整体性能和效率，防止结霜，增加自用、转移负荷、参与需求响应计划（Ermel 等，2022；Jung 等，2017；Lin、Fan 等，2022；Meng 等，2021）。隔热良好的建筑物本身可以充当热电池，根据热惯性，热惯性可以与热泵结合，降低电力成本并增加自我消耗（Fischer等人，2015；皮纳蒙特等人，2020年）。

Hou 等人于 2022 年进行的一项研究。对不同清洁供暖技术方案的研究发现，不同的清洁供暖方案适合不同地区，华北和东北地区更适合生物质和热泵与太阳能相结合（Hou et al., 2022）。另一方面，Liu 和 Mazerall 于 2020 年进行的一项研究发现，在没有补贴的情况下，清洁型煤在大多数地区提供了最便宜的选择，而在有补贴的情况下，空气源热泵和燃气采暖具有竞争力（Liu 和 Mauzerall，2020）。Zhou 等人于 2022 年进行的一项研究。中国热泵经济学的研究发现，从长远来看，空气源热泵在经济性和空气质量效益之间提供了最佳的协同作用，并且由于其较低的运营成本，发现它们在中国具有经济竞争力（Zhou et al., 2022）。然而，热泵在中国严寒地区面临着低温效率低、建筑保温性能差以及高湿度导致结霜问题等挑战（Hou et al., 2022）。

中国和国际上都对热泵与太阳能光伏或储能相结合进行了研究，因为它具有降低峰值负荷、通过提供辅助服务有助于系统稳定性、减少或推迟农村配电网升级需求以及通过以下方式提高经济效益的潜力：增加自我消费（Bee et al., 2019；Fischer et al., 2015, 2017；Marini et al., 2019；Pinamonte et al., 2020）。侯等人。Liu 和 Mauzerall (2022) 发现，与太阳能搭配的供暖在中国大部分地区可能具有竞争力，而 Liu 和 Mauzerall (2020) 发现，在中国，不带蓄热的热泵比带蓄热的热泵更经济。

4.2 |中国家庭能源经济

从燃料成本来看，中国城市燃气价格约为3元/立方米。然而，住宅燃气价格历来波动较大，东部省份为 2 元至 3.5 元/立方米（J.-M. Li 等，2022）。与电力类似，政府采用分级定价来抑制家庭燃气的高消耗——燃气供暖除外。尽管各地政策有所不同，但典型的水平将在超出代表高于平均消费量的两个阈值的情况下对天然气收取 20%–50% 的溢价，但通常这些级别要么不适用于具有独立燃气供暖的家庭，要么不适用于住宅在某些月份或某些固定量供暖（澎湃新闻，2020）。

在电力方面，中国的居民电价为 0.53 元人民币，处于全球最低水平（Stage Grid Corporation of China，2021）。中国有保持居民电价稳定水平的长期政策。2021年底，当政府提高工商客户批发和零售价格的允许范围时，住宅和农业价格与目录价格相比保持不变——尽管各省可能会调整分时电价以鼓励高峰负荷减少（国家发展和改革委员会，2021a、2021b、2021c)。尽管电价相对较低，但家庭用电量仍低于平均水平在美国或欧洲，虽然在过去二十年里增长强劲，但农村家庭的用电量比城市家庭少（D. Wu et al., 2022）。

截至 2021 年，中国至少有 14 个省份采用了峰谷分时电价，尽管这可能忽略了一些实行分时电价的城市或地区（北京，2021；国家发展和改革委员会，2021a，2021b、2021c)。一些省份（通常是那些更依赖水电的省份）缺乏按小时计算的分时电价，但确实有季节性高峰电价。中央政府稳步鼓励各地实行分时电价，并扩大峰谷电价区间，鼓励更多负荷向淡季转移。因此，峰值费率呈上升趋势，谷值费率呈下降趋势，目前峰值费率比肩费率高出约 70%，谷值电价比平峰电价低 58%，在一些省份，傍晚时分甚至上午的超高峰电价比峰值电价高出 20%（国际能源网，2021 年）。政策制定者推动将零售分时电价的粒度从 3 至 5 个每日价格段提高到 5 个以上，并使其适应高峰需求以及风能和太阳能发电状况（国家发展和改革委员会，2022 年）。

中国也有政策来阻止高居民用电，即阶梯式定价，对一个地方20%和5%的最高消费家庭征收更高的电费，尽管许多省份只是设定了固定的门槛，高于这个门槛适用更高的费率（国家发展和改革委员会，2011）。这些政策可能会阻碍电动汽车和热泵的采用，但可能会鼓励光伏发电的自产，这取决于实施情况。在大多数北方省份，热泵所有者受益于冬季折扣定价或替代峰谷定价，并且不适用阶梯式定价政策（Beijixing，2020）。例如，山西省为煤改电供暖政策的参与者提供了选择，要么使用住宅TOU价格，没有阶梯定价或任何上限，要么每月首2600千瓦时的统一价格为0.28元/千瓦时电力消耗（suxiang日报，2022）。该政策仅适用于供暖季节，因此热泵冷却使用不受影响。许多消费者有一个单独的加热电表，以方便电力和供暖的单独定价。

对于太阳能，多年来，屋顶太阳能受益于所有电力输出的固定每千瓦时补贴，除了当地的并网煤炭电价外，但这在 2021 年被取消（国家发展和改革委员会，2021a，2021b、2021c）。目前，送入电网的分布式光伏能源仅受益于当地并网煤炭电价，部分地区可能会在电力需求较低的时期停止接受分布式太阳能的电力，例如春节。（搜狐，2023）。剩余的午间光伏发电量很可能不再获得全额并网煤炭上网电价，这将进一步鼓励光伏发电量的自我消费。

4.3 |热泵与现有光伏发电搭配的经济分析

该分析考虑了这样一个问题：已经参与全县光伏计划的家庭是否会从投资昂贵的热泵而不是其他清洁供暖方案（例如清洁煤改良炉、燃气供暖或电阻供暖）中受益。该分析采用每小时的太阳和环境温度数据全国137个县参与“全县光伏”计划。这些县包括各省中国，并在可能的情况下覆盖每个省内的一系列地理区域。该模型以100平方米个体房屋的每小时供热负荷为基础，遵循中国农村住宅建筑基本标准。为了便于比较，该分析使用了基于五个分时电价周期的一致的全国电价，以及每个供热系统 15 年使用寿命内稳定的电力、天然气和煤炭价格。为了制冷，假设所有没有热泵的家庭都已经安装了电动空调。该分析假设 5 kW 太阳能系统已作为全县光伏计划的一部分存在，因此排除了光伏资本成本。作为分析的进一步步骤，该模型检查了太阳能光伏发电与调度的 8 kWh 电池系统的配对，以最大限度地提高光伏输出的自消耗。

分析结果表明，当与用于加热和冷却的空气源热泵（ASHP）结合使用时，5千瓦光伏系统可以覆盖全年家庭总电力负荷的很大一部分，但通常不到一半。鉴于在这种情况下，供暖占总电力负荷的主要份额，在气候较暖的地区，光伏负荷覆盖率通常会增加。对于总体电力负荷最高的两个气候区——寒冷气候区和炎热夏季寒冷冬季气候区——光伏全年分别占家庭总电力负荷的25%和32%，如图4所示。这高于太阳能的整体太阳能容量系数，反映了冷却和家庭负荷的白天用电量更大。增加储能使光伏能够满足这些地区42%和56%的家庭负荷。

保持光伏系统尺寸不变，在没有电加热的情况下，所有气候区域的光伏发电量的自消耗率低于10%。将光伏与ASHP相结合，可大幅提高所有地区的自我消费，在冬季寒冷的地区，自用率在20%至35%之间。增加8千瓦时的储能大大增加了所有地区的自用。只考虑冷热夏寒冬季气候区，自消纳分别从 27% 上升到 48% 和从 22% 上升到 40%，如图 5 所示。在较冷的省份，自我消费通常较高，反映出供暖季节更长，中国大部分地区的整体供暖需求高于制冷需求。

图4 按气候区划分的光伏（PV）和PV加储能满足的空气源热泵（ASHP）和家庭供暖和制冷负荷的百分比。

该分析考虑了采用带或不带存储的 ASHP 与电阻加热、新燃气灶或清洁煤压块炉相比的投资回收期。在中国农村，空调机组的阻力加热和冷却是中国南方以淮河为标志的传统供暖区之外的基本情况，而清洁煤球和天然气很可能是北方的基本情况。为了保持一致性，图6所示的分析显示了ASHP案例与三种替代清洁供暖案例在所有省份的结果投资回收期。

图5 三种情况下光伏（PV）自我消费的百分比：（1）仅PV，（2）PV和空气源热泵（ASHP），以及（3）光伏、储能、储能。

图6 各省空气源热泵（ASHP）与电阻加热、燃气加热和煤炭加热的投资回收期。

4.4 |经济分析摘要

分析结果表明，热泵为北方省份的光伏家庭提供了最大的好处，与全县光伏计划中突出的那些有很好的重叠。这些省份提供了最大的经济效益，因为它们拥有良好的太阳能资源，并且经历了供暖和制冷负荷。特别是，高热负荷有利于ASHP的经济性，因为热泵的效率高于替代品。对于较冷的省份，5千瓦的光伏系统无法满足大部分供暖需求，因此需要更高的中午用电量。

图7 山东光伏和空气源热泵（ASHP）与天然气和煤炭的投资回收期，有和没有储能。

如图7所示，增加存储通常会导致更长的投资回收期，因为存储的资本成本几乎等于热泵成本溢价，而不是其他清洁加热选项。

5 |采用热泵的政策障碍

多项研究发现，空气源热泵在中国具有经济吸引力（Mowrer & Cui，2022；C. Wu 等人，2022；Y. Wu 等人，2022）。学者们分析了中国光伏与热泵的配对（Hou et al., 2022；Lin, Bu, et al., 2022），以及中国的各种热泵技术选择，例如热能储存或二氧化碳等天然冷却剂（Feng et al., 2022；S. Liu et al., 2022） 。其他研究表明，中国采用热泵可带来洁净的空气质量和公共健康益处（Liu & Mauzerall，2020；Zhou 等人，2022）。热泵也被证明具有为中国碳中和目标做出贡献的巨大潜力（Yan 等人，2022）。

尽管热泵的采用可以带来经济和环境效益，但即使在清洁供暖转型开始近十年后，热泵在中国的采用率仍然很低。农村地区采用热泵存在一些障碍：

最直接的障碍是公众意识。在中国城市，建筑供暖系统主要是业主和当地供热企业的事情，而农村居民则倾向于将建筑节能和清洁供暖视为政府的责任。在中国农村，人们很少意识到采用清洁供暖可能节省的成本，以及广泛熟悉和接受化石燃料供暖作为农村地区的历史做法（Zhang 和 Wang，2013）。热泵和其他节能电器的效率标签不佳加剧了消费者整体知识的缺乏（Mowrer＆Cui，2022）。能源和能源设备公司几乎没有动力对消费者进行清洁供暖方面的教育，农村地区的建筑行业往往由技能低下、能源效率或清洁能源意识较低的临时工进行（Liu、Li、Tan 和Zhang，2020 ）。

农村地区对室内空气污染对健康影响的认识也极低（Wang & Jiang，2017）。然而，有几个因素可能会提高人们对清洁取暖的接受度并提高当地的认识，其中包括对村领导的教育（Zhang et al., 2018）、公众教育活动的频率（N. Li, Luo, Xing, et al., 2022；N. Li, Luo, Zhang,等人，2022 年），并强调对农村居民最突出的因素——尤其是供暖质量，室内空气质量和补贴的可用性（N. Li， Luo， Xing， et al.， 2022; N. Li， Luo， Zhang， et al.， 2022）。

资本成本是第二个障碍，因为众所周知，消费者不愿意在高效设备上投入更多资金，随着时间的推移可以省钱。与其他国家一样，中国消费者升级建筑能源系统的意愿与缺乏对家庭能源成本驱动因素的了解、对潜在节省的不准确估计以及倾向于根据感知而不是实际节省做出能源决策有关（Gong等人） .，2020）。为了缓解资本成本问题，将光伏与热泵配对的长期租赁是一种潜在的选择，尽管有传闻称，当居民拥有自己的光伏系统时，全县光伏计划会取得更好的效果。资本成本补贴也很重要，但由于清洁供暖资金短缺而面临限制。全县光伏计划可以通过与商业和工业客户共同承担计划资本成本来帮助缓解这种担忧，它们可能更有能力通过能源服务公司或商业贷款为此类投资提供资金。

行政能力和协调是第三个障碍。从历史上看，行政协调对制定能效政策构成了障碍：农村地区的能效和清洁能源政策职责不明确（C. Wu等，2022；Y. Wu等，2022），不同部门之间各自为政。政府机构（G. Liu 等人，2020；Zhu 等人，2021），以及导致地方层面执法不力和缺乏动力的矛盾激励（Kostka & Nahm，2017；Ran，2013）。通常政策主要适用于新建建筑，缺乏长期执行和监督（Zhang & Wang，2013）。协调问题影响了原来的清洁取暖计划，改造责任由国家电网（电气化）、国有和民营燃气公司、地方官员负责，并由国家发展和改革委员会监管国家发改委、国家能源局、国家发改委、生态环境部（MEE）和住房和城乡建设部（MOHURD）（Hove & Myllyvirta，2017；Hu，2021）。

鉴于国家能源局和国家发改委的重点是能源，而住房和城乡建设部的重点是建筑，每个项目都倾向于推行单独管理的项目，这一事实是显而易见的。同样，制定建筑能源规范、电器能效规范以及电力部门法规和定价的单独流程可能会抑制热泵、储能和建筑能效升级以这种方式协同工作以增强系统稳定性的潜力。电力系统，例如通过减少净负荷或参与新兴的辅助服务市场。例如，建筑规范和电器标准很少提及能源市场中价格信号的灵活性或响应性，建筑能效标准也很少提及分布式可再生能源。这些政策机构和监管领域之间的分离可能会使全县光伏计划和清洁供暖的任何拟议联系变得复杂。

6 |结论

中国的全县光伏计划是将屋顶太阳能引入农村地区的一项重大努力，到 2025 年该计划结束时，可能会增加多达 60 吉瓦的装机容量。鉴于许多村庄将拥有太阳能光伏屋顶，该计划可能会成为试验将热泵和储能结合起来以增加光伏发电的自耗并减少夏季高峰用电负荷的天然平台。虽然之前的研究表明光伏和热泵配对在中国许多地区在经济上是可行的，但全县光伏项目尚未得到专门研究；此外，许多先前的研究都采用粗略的光伏输出平均值或每月温度平均值来计算热泵的经济效益。该分析首次根据每小时的光伏和温度数据，研究在全县光伏项目的特定位置添加热泵的经济性。分析表明，热泵与光伏配对在中北地区最为有利，其中包括全县光伏项目最活跃的省份：河南、江苏和山东。在光伏发电普及率较高的地区增加热泵的部署将有助于加速向低碳能源的转型，减少空气污染物排放，提高太阳能利用率，改善农村生活。然而，要在实践中实施这样的计划，可能必须克服重大的政策障碍。编译 陈讲运

作者 安德斯·霍夫：牛津能源研究所

人划线