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供熱是全球最大的終端能源消費領域。
一、全球供熱行業概況
供熱是全球最大的終端能源消費領域。國際能源署數據顯示，2018年供熱佔全球終端能耗的50%，佔全球二氧化碳排放量的40%。熱力消費中，工業部門佔比約50%，建築物房屋（主要用於空間採暖和熱水供應，少量用於烹飪）佔比約46%，其餘為農業部門佔比。
自2010年以來，全球用於空間採暖和熱水供應的能源消耗基本保持穩定，供熱能源強度（即每平方米的終端能源消耗）每年下降約2%。加拿大、中國、歐盟、俄羅斯等國家和地區不斷完善的建築能源法規提高了建築能效，是供熱能源強度降低的主要原因。
資料來源：IEA 圖1 全球供熱市場技術分布
2010～2019年間，全球供熱市場繼續由化石燃料供熱和傳統的電力供熱主導。到2019年，化石燃料供熱設備和效率較低的傳統電加熱設備合計接近全球供熱設備總銷量的80%，碳密集型和低效供熱技術仍是全球供熱技術的主流。熱泵和可再生能源供熱佔比有所增長，熱泵和可再生能源供熱設備佔2019年供熱設備總銷量的10%以上。
二、全球供熱行業發展趨勢
（一）供熱系統注重能源整合、提高能效
在各類綜合能源技術中，能效技術是促進節能減排的重要途徑之一。提升能源效率，是供熱領域的關注重點。鍋爐是能源供應端常見的工業生產和民用設備，利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱能，將工質水或其他流體加熱到一定參數，從而滿足供熱的需求。與普通鍋爐相比，冷凝鍋爐的溫室氣體排放也顯著偏低，具有環保優勢。國際能源署數據顯示，最近幾年來，供熱系統中冷凝式燃氣鍋爐已逐漸取代了燃煤、燃油鍋爐和傳統燃氣鍋爐，前者的效率高達90%～95%，後者的效率通常在85%左右。
區域供熱在能源價值鏈中的靈活性很強，是整合各種供熱能源、同時提高能源效率的一種非常有效的方式。如今丹麥、芬蘭、法國、拉脫維亞和立陶宛等國正在逐步發展第四代和第五代低溫供熱網絡，新一代熱網更加注重熱源的靈活多樣性，增強了與能源系統中電網和燃氣網的部門耦合，使供熱系統和其他能源系統、可再生能源和當地可用的各種工業餘熱和廢熱更好地整合在一起，以優化供熱系統效率。
以丹麥為例。丹麥是世界上能源效率最高的國家之一，丹麥區域供熱系統集成了所有可用的可再生能源以及餘熱資源，包括太陽能電鍋爐、太陽能供暖、燃氣、內燃機、熱泵等多種供熱形式，並充分利用儲熱以確保區域供熱系統的靈活性需求，未來其區域供熱技術將完全摒棄化石燃料，形成高效的多能源智能能源網。
（二）熱泵應用推動供熱電氣化
電能是清潔、高效的二次能源，在未來能源系統中將佔據中心地位。提升電氣化水平是推動終端用能領域清潔低碳發展的關鍵。熱泵技術的原理是利用熱循環過程，將低溫熱源（如室外的空氣、循環水或地面的熱能）傳遞到高溫物體中，用來加熱水或採暖。與化石燃料供熱方案相比，熱泵二氧化碳排放量明顯降低，顯然更加節能環保。熱泵熱效率全年可以達到300%以上，而鍋爐的熱效率不會超過100%。熱泵技術在供熱領域的大規模應用可提升供熱電氣化水平、加速供熱系統清潔低碳發展，是當前供熱領域最為現實的減碳路徑之一。
目前熱泵滿足著全球將近5%的供熱需求。從發展趨勢看，熱泵市場正在持續增長，根據國際能源署的可持續發展情景，熱泵是未來增長最快的供熱技術。低碳和二氧化碳減排是熱泵發展的首要驅動力。在德國等國，新建建築中熱泵供熱面積持續超過燃氣供熱面積。在低碳和減排的壓力下，這一趨勢正在多個國家持續擴大。荷蘭、英國等國已經開始逐步減少、甚至禁止安裝燃氣壁掛爐。2019年，全球將近2000萬家庭購買了熱泵，而2010年購買熱泵的家庭數量為1400萬。在歐洲，熱泵的銷售量在短短兩年內增長了25%，其中空氣源熱泵的銷量較高。此外2019年歐洲地源熱泵安裝量達到200萬臺，在瑞典等國，地源熱泵已成為供熱市場的主流技術方案，其成熟程度正在推動供熱部門實現轉型。
（三）可再生能源供熱持續增長
可再生熱源既可以應用於建築物內分散的供熱設備，也可以應用於區域供熱系統。國際能源署數據顯示，2009～2018年間，全球區域供熱系統的可再生能源能耗增長了三分之二以上，到2018年，可再生能源佔全球區域供熱能耗的比重已接近8%。這主要得益於近年來歐洲國家區域供熱系統從化石燃料大量轉為可再生能源。
1.生物質能供熱
生物質能是迄今為止全球最大的可再生熱源。2018年，現代生物質能佔全球可再生能源供熱消費的三分之二以上。歐洲可再生能源供熱在供熱能源需求總量中佔比超過30%的國家有10個（瑞典佔比高達70%，芬蘭、拉脫維亞和愛沙尼亞佔比也都在50%以上），生物質能在這些國家的供熱系統中發揮著巨大作用。
目前德國、瑞士、奧地利等國是全球生物質能產熱效率最高、設備水平最先進的地區，這些國家有非常多高效的生物質能熱電聯產廠以及家用壁爐等。在德國，較大型的生物質能供熱廠可通過四通八達的供熱網絡向能源消費終端尤其是建築和工業領域提供熱能。這些供熱廠優先滿足供熱需求，其次滿足供電需求。而規模較小的生物質能熱電聯產設備（通過熱化學氣化技術處理固體生物燃料）則是以發電為主，在發電的同時產生有效餘熱用來滿足用戶的供熱需求。在政府各項補貼政策的推動下，近年來小型生物質能熱電聯產設備廣泛應用於家庭、寫字樓以及工業生產。
2.太陽能供熱
太陽能是全球增長最快的可再生熱源。在過去十年中，全球太陽能供熱累計裝機增長了250%，達到480吉瓦（熱）以上，但近年來增速有所放緩。2018年太陽能供熱技術滿足了全球2.1%的空間採暖和熱水供應需求。將光伏和光熱耦合的太陽能熱電聯產（PVT）技術正在興起，並有望擴展到傳統的太陽能供熱市場。
太陽能供熱裝機中大部分是小型家用太陽能供熱裝置（用於為單戶住宅提供熱水），獨立的太陽能熱水器在全球太陽能供熱市場佔主導地位。同時，大型太陽能供熱裝置處於規模化發展的初期，在丹麥及北歐國家處於快速發展階段，越來越多地出現在區域供熱系統中。2018年，全世界有15個大型太陽能供熱項目投運。大規模的太陽能供熱系統在經濟性上通常優於小型系統。超大型太陽能供熱項目多為季節性儲熱項目。截至2018年底，全球最大的4個太陽能供熱項目都是季節性儲熱項目。丹麥是區域供熱系統中應用太陽能供熱的典型代表。自2010年以來，丹麥區域供熱系統集成的太陽能供熱裝機增長了10倍。
3.地熱能供熱
從全球範圍看，地熱能雖是目前最小的可再生熱源，直接利用地熱能供熱僅滿足了全球0.3%的供熱需求，但地熱能供熱裝機正處於持續增長之中。2018年全球地熱能供熱裝機增長了1.4吉瓦（熱），到年底總計達到26吉瓦（熱）。
2019年歐洲地熱能供熱市場增長迅速。歐洲是地熱能區域供熱的主要市場。根據歐洲地熱能委員會（EGEC）發布的《2019年歐洲地熱市場報告》，2019年，25個歐洲國家327個區域供熱系統中地熱能供熱裝機達到5.5吉瓦（熱），其中希臘、西班牙、義大利、荷蘭等國均有新的地熱能區域供熱項目建成。與2018年相比，歐洲各地有許多新規劃的項目。
（四）氫能供熱加快探索與應用
1.替代管道天然氣供熱
目前化石燃料仍是全球主要的供熱能源。氫是極優質的儲能媒介，利用氫替代天然氣供熱是實現供熱系統低碳轉型最有潛力的方向之一。並且有研究表明，現有的天然氣輸配網絡只需稍加改造或不做改造，即可用於氫氣的輸送，這對管道天然氣逐漸由氫替代提供了有力的設施保障。
英國天然氣管網公司Cadent和Northern Gas Networks正在與挪威國家石油公司合作開展氫供暖示範項目H21。該項目計劃在英國北部海岸利茲市建設9套1.35吉瓦規模的天然氣自熱重整制氫裝置並配套碳捕集和儲存（CCS）設施。利茲市計劃從2028年開始對居民供暖管網基礎設施進行配套改造用以輸送氫氣。通過合理規劃氫輸配管網，預計項目可替代利茲市370萬居民供暖、工業和發電的全部天然氣需求。
2.部署燃料電池熱電聯產系統
氫作為燃料電池原料時，其能源轉換效率比汽油內燃機高出1～2倍，優勢相當明顯。燃料電池下遊主要包括固定式、移動式、交通運輸三大應用市場。燃料電池的固定式應用，尤其是家用熱電聯產領域增長迅速。微型燃料電池熱電聯產裝置是燃料電池固定式應用的重要分支，也是一種極具潛力的新型分布式能源技術。該裝置安裝在用戶端進行發電，在發電的同時也副產熱能，滿足家庭用熱需求。將燃料電池發出的電力和工作產生的熱量結合利用，即使是在較小輸出功率的情況下，系統的綜合能源利用效率也可以超過90%。
歐洲先後通過Ene-field、PACE示範項目推廣燃料電池熱電聯產系統，目前已經部署了大約10000套燃料電池微型熱電聯產裝置。歐洲四大燃料電池熱電聯產企業Bosch、SOLIDpower、Vaillant和Viessmann產能超1000套/年。根據歐洲燃料電池和氫能聯合組織（FCH-JU）制定的《歐洲氫能路線圖》，到2040年歐盟將部署超過250萬套燃料電池熱電聯產裝置。在德國，2016年政府通過kfW433補助法案，對滿足性能要求的燃料電池熱電聯產裝置進行補貼，補貼最高可達成本的40%，並要求燃料電池系統總效率高於82%，使用壽命達到10年。截至2018年，燃料電池熱電聯產裝置達2600套。在日本，命名為ENE-FARM、基於燃料電池技術的微型熱電聯產系統從2008年開始商業化推廣，以家庭和小型企業為主要目標群體，政府予以補貼，截至2019年4月初，ENE-FARM部署量達30.5萬套，熱電聯產效率達97%，成為全球最成功的燃料電池商業化項目之一。日本計劃2020年部署140萬套家用燃料電池熱電聯產裝置，屆時全面取消補貼。
3.可再生能源制氫供熱
近日，英國天然氣網絡運營商SGN啟動了世界上第一個直接利用海上風電製造綠色氫能供熱的項目。此次試驗依託的是蘇格蘭Levenmouth海上風電試驗項目，風場為制氫工廠供電，所製取的氫氣為蘇格蘭法夫郡的300戶家庭供熱。海上風力發電可提供大規模清潔能源，為氫氣的可持續增長解決了關鍵難題。可再生能源制氫供熱提供了一種新型供熱思路，有助地區減排脫碳。
三、展望
為實現國際能源署可持續發展情景（SDS）的發展目標，即把全球平均溫升控制在2攝氏度以內，到2030年，全球包括熱泵、低碳區域供熱系統、可再生能源和氫能在內的清潔供熱技術佔比需大幅提升，熱泵、太陽能供熱、生物質鍋爐、氫氣鍋爐、燃料電池等供熱設備要達到新增供熱設備銷量的50%左右。同時，國際能源署預計，未來十年內，除了改善建築物房屋的圍護結構外，部署低碳高效供熱技術可助力全球供熱能源強度以年均4%的速度下降。到2030年，在效率提升、燃料轉換和電力部門脫碳的綜合效應下，建築供熱碳排放有望減少30%。
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