熱泵經濟可行性的“死亡地帶”

由 FV/TGA+E 使用 Midjourney 生成

熱泵的經濟可行性的“死亡地帶”會發生什麼？

熱泵經濟效率的“死區”是什麼？它在哪裡？如何逃脫？它是新的嗎？

死區是缺氧或完全無氧的水域，幾乎沒有任何東西可以茁壯成長：沒有魚、螃蟹、贻貝或植物。在登山運動中，死區是指氧氣分壓不足以長時間維持人類生命的高度。

最遲自 2023 年 11 月 8 日至 9 日德國熱泵協會 （BWP） 第 21 屆熱泵論壇以來，“死亡地帶”也已成為 TGA+E 行業的一個術語。Stiebel Eltron董事總經理Kai Schiefelbein博士在題為“産量提升和産業政策”的演講中釋出了一張圖表，顯示了16個歐洲國家的能源價格比“電力與天然氣和石油”。德國是圖表中的“領跑者”，電力/天然氣價格比超過3.25。全國平均水準為2.1，對電熱發生器更有利。條形圖中高于 2.5 的範圍标記為“[熱泵]營運競争優勢的喪失”。帶有标簽的圖表由 PwC 建立。

Schiefelbein：“我們熱泵人實際上說得更簡單一些：目前，産品組合中有超過3個熱泵處于死亡區。德國有 3.3。顯然，對熱泵的額外投資不會按德國目前的電力與天然氣價格比率攤銷。這意味着，如果沒有額外的激勵措施，例如通過補貼，通常不會對熱泵進行投資，即使是短期的終端客戶也是如此。

事實上，歐洲的電/氣價格比差異很大，德國最高，與石油和天然氣供暖系統相比，這對熱泵的競争力不利。

壞消息：熱泵的經濟性确實存在“死區”。

好消息（對于熱泵行業）：如果熱泵的經濟可行性存在“死區”，那麼不可避免地會出現瓦斯和燃油加熱系統的“死區”。除了電/氣價格比之外，還有其他選擇可以改變熱泵經濟可行性的“死亡區”。更重要的是，熱泵仍有優化的潛力，但瓦斯供暖則不然。

如果比較兩個可行系統在生命周期成本上的成本效益，通常有三個方面處于不明确可預測的邊界條件的變化中——例如能源價格：在一個領域，系統A具有明顯的優勢，在一個領域，系統B具有明顯的優勢，在兩者之間，有一個領域兩個系統都沒有明顯的優勢。是以，“死區”的定義可以更廣泛一些：一個系統在硬因素（生命周期成本）方面具有如此明顯的劣勢，以至于軟因素無法再彌補這一點。

合資

圖 0：在熱泵和瓦斯供暖系統經濟效率的具體比較中，“死區”的示例表示，考慮到實際安裝成本和 BEG-2024 架構内 30%（基本補貼）的熱泵補貼和實作的實際年度績效系數 2.7。

成本效益：熱泵與石油和天然氣供暖

幾乎所有建築物（約70%至80%）都可以通過帶有熱泵的電動熱泵完全或在很大程度上加熱，這一事實作在應該已經流傳開來，甚至在專業圈子之外也是如此。這也适用于空氣-水熱泵。

在為現有供暖系統現代化而優化的熱泵設計的情況下，小型建築物的供暖負荷由單能覆寫，其二價點在大約 + 2 和 − 7 °C 外部溫度之間，而作為第二供暖階段的供暖元件盡管具有相當大的功率成分，但僅涵蓋年度供熱需求的一小部分。然而，在調節熱泵的情況下，對實際年度性能因子 （APF） 的影響很小，因為在外部空氣溫度較高的相關加熱期間，熱泵可以在沒有循環的情況下運作更長時間。

然而，在“總成本低于替代供暖解決方案”的意義上，熱泵的成本效益不僅取決于實際運作中實作的年度性能系數。進一步的依賴關系是兩個系統的投資成本，包括連接配接成本和可能需要的任何燃料儲存的成本、它們的維護、維修和檢查成本、比較系統的年效率、要提供的熱量、加熱曲線、輔助能源需求以及提供主要能源的成本和主要能源的具體能源價格。

在将熱泵與石油和天然氣供暖系統進行比較時，投資成本或在補貼的情況下，投資成本的自有份額以及燃料價格和熱泵電力價格是決定性的。

系統比較計算方程

投資者的總成本為G，資本成本K，維護、保養、掃煙囪和輔助電源的綜合成本C，供熱成本QB、年能效η、具體能源價格e、補貼率BEG和熱泵指數W和瓦斯供暖指數G，以及電價與瓦斯價格f的比值n結果具有足夠的準确性，可用于系統比較計算：

公式 1：

GW= （1-BEGW） ∙ KW+ 問B∙ ew/ 賈茲 + CW

等式 2：

GG= KG+ 問B∙ eG/ ηG+ CG

等式 3：

fn= eW/ eG

方程定理僅當兩個系統 QB是相同的，并且僅由相關系統覆寫。對于僅将一個系統與太陽能熱能相結合，必須使用略微擴充的方法，例如使用太陽能熱能進行瓦斯加熱。S+S以及 Q 的覆寫系數B被使用。第二個條件是，在補貼的情況下 KW不得超過最高合格費用。

如果你把 GW= 克G對于成本相等和 eW= eG∙ 五n您将獲得：

公式 4：

fn= 賈茲 ∙ [1 / ηG– （（1-BEGW） ∙ KW+ CW– KG− CG） / （QB∙ eG)]

替換為 （（1-BEGW） ∙ KW+ CW– KG− CG） / （QB∙ eG） = z，等式 4 變得更清晰：

公式 4a：

fn= 賈茲 ∙ [1 / ηG– z]

“瘦身”電氣價格比

公式4/4a表明，在相同的總成本下，可以實作的電價與天然氣價格的比率不僅取決于能源成本，還取決于投資成本、進一步的維護成本、要供應的熱量、能源價格水準和熱力發電機的效率。如果我們隻想參考主要能源的成本，z = 0 會導緻“瘦身”的電/氣價格比 f一個:

等式 5：

f一個= 賈茲 / ηG

這與Schiefelbein的聲明相對應：“按照德國目前的電力與天然氣價格比率，對熱泵的額外投資沒有攤銷。

圖 1 顯示單戶住宅供熱的耗電量在 14,000 至 30,000 kWh/a 之間，瓦斯價格為 0.09 美分/千瓦時房 協瓦斯供暖系統年實用輪為0.94，基于熱值（HS）中，對于四個年度績效資料和兩個BEG補貼率，“瘦身”的電/氣價格比率f一個.圖 2 乘以 f一個并顯示電價，其中天然氣和電力成本相同。

合資

圖1：如果隻評估使用的主要能源，而忽略資本服務、輔助能源和維護成本，那麼（“瘦身”）電力/天然氣價格比是多少？這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

合資

圖 2：電費是多少，才能使熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統？圖 2 将圖 1 轉換為電價。如果在所考慮的時期内可用電價低于所選曲線，則熱泵更經濟。這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

它顯示為 f一個從 2.44 到 3.51 的寬範圍：是以，在這種簡化的表示中沒有獨特的 f一個，可以用來控制市場，對能源價格水準沒有影響。由于關注能源成本，補貼也沒有發揮作用，是以不同BEG補貼率的曲線與同一JAZ重疊。

在假設的天然氣價格為9美分/千瓦時的情況下，分攤熱泵投資的額外成本的電價最低為24.74美分/千瓦時，最高為34.90美分/千瓦時。如果天然氣價格按19%的增值稅計算，而不是目前的7%，邊際電價将分别升至27.32美分/千瓦時和38.44美分/千瓦時。熱泵電力目前的價格約為 26 美分/千瓦時。然而，由于目前的價格趨勢，如果新合同的增值稅回落到19%，天然氣價格也很難高于9美分/千瓦時。

然而，圖 1 和圖 2 也有一個明确的資訊：影響必要電力/天然氣價格比的一個重要因素是熱泵行業自己掌握在實踐中實作的年度績效因素。設計、水力規劃、調試和操作方面的品質保證使 JAZ 提高了 0.3 到 0.6 個百分點。

這也可以從等式中看出：如果在等式 5 中使用等式 3，則上述簡化（“瘦身”電/氣價格比）導緻最高電價，其中熱泵的主要能源成本低于瓦斯供暖系統。

等式 6：

eW，最大值，a= eG∙ 賈茲 / ηG

重要的是 eG和ηG具有相同的參考值（熱值或熱值）。是以，一旦安裝了電力，電力的經濟價格基本上隻是政治性的（eG），并通過優化熱泵運作和使用者行為 （JAZ）。

關于品質保證的聲明也适用于瓦斯供暖。上述最低24.74美分/千瓦時和最高34.90美分/千瓦時的邊際電價，樂觀的年度周期為0.94，從0.88（無品質保證）增加到最低26.31美分/千瓦時，最高為37.05美分/千瓦時，年度周期為0.88（無品質保證）。

全電/氣價格比

eW，最大值，a然而，從整體上看，這不一定是最高電價，熱泵的總成本與瓦斯供暖系統的總成本相同。z 的分母表明，在高贈款補貼下，z 可以小于零。

z = （（1-BEGW） ∙ KW+ CW– KG− CG） / （QB∙ eG)

BEG補貼率W熱泵的 0.55 和 25,000 歐元，業主自己的貢獻是 0.45 ∙ 25,000 歐元 = 11,250 歐元，僅略高于新瓦斯供暖系統的安裝成本。對于低收入家庭，未來将适用高達75%的補貼率。即使熱泵的安裝成本為 30,000 歐元，業主自己對供暖系統的貢獻也僅為 7500 歐元，低于瓦斯供暖系統的估計成本。

也可以看出，QB分母對電/氣價格比有影響，即根據必要的供熱而産生不同的比值。這種影響的程度如圖 3 和圖 4 所示。天然氣價格水準的影響要小得多。

為了能夠建立圖形，K 和 C 和 e 的假設是G以及資本融資的利率。此外，随着 Q 的增加，不同的成本B我們做了以下假設：

● KG： 瓦斯加熱器的安裝成本為 Q 8400 歐元B= 14 000 kWh/a，并線性增加 100 歐元/1000 kWh/a 至 10 000 歐元B30 000 kWh/a。

● ηG樂觀于0.94（Hs） 以保證品質的執行。

● KW： （空氣-水）熱泵的安裝成本為 Q 20 000 歐元B= 14 000 kWh/a，線性增加 500 歐元/1000 kWh/a，達到 Q 的 28 000 歐元B30 000 kWh/a.

（圖 5 和圖 6 基于更悲觀的成本和更高的實作成本。

● CG和 CW：維護成本和輔助能源成本的總和通常有利于熱泵。是以，它用于 CG− CW成本線，Q 的腳點為 140 歐元B= 14 000 kWh/a，Q 的線性斜率從 5 歐元/1000 kWh/a 到 220 歐元B30 000 kWh/a。其他盈利能力比較也設定了 0 歐元的成本差異。BDEW供暖成本比較顯示了熱泵的優勢。

● 資本融資方面，采用4%的利率和簡化模式，每年12月31日分期付款。假定兩個系統的期限均為20年。

假設的安裝成本也在圖 3 和圖 4 下按比例縮放。

有了這些假設，第一年的總成本也可以用作基準，而不是生命周期成本作為總成本基準。這意味着電力/天然氣價格比在使用壽命内權重保持不變，或者兩種能源在使用壽命内具有相同的價格上漲率。當涉及到實際投資決策時，目前的能源價格往往比能源價格預測更重要。是以，近似值也符合市場行為。

合資

圖3：考慮到所用主要能源、資本服務、輔助能源、維護和維修的所有成本，電/氣價格比是多少？這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。供暖系統的安裝成本如下圖所示。他們在 20 年内以 4% 的利息融資。

合資

圖 4：熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統，電費是多少？圖 4 将圖 3 轉換為電價。如果在所考慮的時期内可用電價低于所選曲線，則熱泵更經濟。這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

與圖 3 和圖 4 相比，圖 5 和 6 基于更悲觀的成本趨勢和更高的變現成本，例如優化傳熱或安裝熱泵。成本從 25 000 歐元（+ 5000 歐元）開始，并線性上升 700 歐元/1000 kWh/a 至 36 200 歐元（+ 8200 歐元），QB30 000 kWh/a。該計算考慮了通過 BEG EM 的合格成本上限為 30,000 歐元。

它顯示了安裝成本的差異對“死區”位置的重大影響。如果沒有補貼，一千瓦時的電力甚至必須比一千瓦時的低能耗天然氣便宜。30,000歐元的補貼上限的影響也可見一斑。是以，公司自己在安裝成本中所占的份額上升得更陡峭，電力/天然氣價格比随着 Q 的增加而降低。B更快。在55%BEG曲線的情況下，效果很明顯。乍一看，30%的BEG曲線似乎沒有效果，但不斷上升的電氣價格比卻被逆轉了。

圖5：考慮到所用主要能源、資本服務、輔助能源、維護和維修的所有成本，電氣價格比是多少？這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。供暖系統的安裝成本如下圖所示，與圖 3 相比，熱泵的安裝成本有所增加。他們在 20 年内以 4% 的利息融資。

圖 6：電費是多少，才能使熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統？圖 6 将圖 5 轉換為電價。如果在所考慮的時期内可用電價低于所選曲線，則熱泵更經濟。這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

結果讨論

一般而言，可以看出，沒有獨立于其他影響的固定電力/天然氣價格比率來區分熱泵經濟效率的“死區”（曲線上方的圖1至圖6）和瓦斯加熱系統經濟效率的“死區”。熱泵的JAZ和BEG EM的補貼有很大影響（圖3至圖6）。

圖3至圖6顯示，在基本補貼為30%的情況下，供熱對所需電氣價格比仍有明顯影響。在補貼為55%的情況下，在符合條件的成本達到上限之前，這幾乎完全消失（圖5和圖6）。如預期的那樣，高于上限，所需的電力/天然氣價格比率會下降。

根據電/氣價格比确定熱泵的盈利能力對于持續運作（混合系統中的部署規劃）具有決定性意義，但僅适用于在做出投資決策時的初始粗略分類。

在國家比較中，“低電/氣價格比”作為熱泵急劇增加的有利條件的标準遠遠不夠，而不考慮可實作的年度績效因素（典型的傳熱系統和氣候區）、補貼計劃、法律限制（在建立築和翻新中逐漸淘汰瓦斯供暖）和能源的區域可用性（天然氣網絡密度）。這也适用于“瘦身”的電/氣價格比，其中包括 JAZ 和瓦斯供暖系統的年使用輪。也不能假設其他國家的瓦斯供暖系統效率更高。

JAZ 和自己的安裝成本份額（間接通過 BEG-EM）表明，熱泵的整個供應-安裝鍊可以通過優化和品質保證對分隔死區的系統曲線的位置産生相當大的影響。

從瓦斯供暖的角度來看，情況要糟糕得多：2預計可再生能源的定價或強制股票或強制轉向氫氣，管道天然氣作為能源的價格将更快上漲。此外，瓦斯供暖系統的實用輪被認為已經耗盡，在安裝成本方面沒有明顯的優化潛力。

在定義邊界條件和相同總成本的情況下，實際電力/天然氣價格比率相對于邊界曲線的位置可能會給人一種誇張的印象。例如，如果在圖 5 中假設曲線 JAZ=3.0_BEG=30%，供熱量為 16,000 kWh/a，邊際電價為 23.12 美分/千瓦時，電價實際上是 26 美分/千瓦時，那麼今年熱泵的成本為 153.6 歐元，是以比瓦斯供暖高出 6.6%。如果天然氣價格從9.0美分/千瓦時上漲到9.9美分/千瓦時，額外成本将再次被抵消。價格上漲 0.9 美分/千瓦時對應于一氧化碳的增加2價格為42歐元/噸。

與光伏系統的組合有什麼影響？

可以預期，代表該标準的建築物将來将擁有自己的光伏系統和自己的電力使用。通常，使用自發電具有經濟優勢，因為上網電價遠低于購電成本。适用于目前運作至 2023 年 12 月 31 日的 10 kW 以下光伏系統p上網電價為8.2美分/千瓦時。

為了确定與現有光伏系統相結合所産生的電力自用潛力，需要對電力需求和熱需求、光伏系統的配置、供暖系統的建設（包括飲用水加熱）、通過房屋連接配接為電動汽車充電等進行大量假設。為了顯示日照化向“死區”位置的重要趨勢的趨勢，圖7和圖8選擇了平均安裝的保守假設。

将瓦斯供暖與光伏相結合：由于上網電價低于這裡假設的 9 美分/千瓦時的天然氣價格，是以使用多餘的電力進行供熱可能是值得的。但是，為此目的，必須對供暖系統進行技術擴充。為此，假設直接電熱産生的額外費用為 850 歐元。

上網電價将在20年内保持不變，預計天然氣價格将上漲。是以，投資決策不是基于第一年0.8美分/千瓦時的小價差，而是基于更樂觀的價差。如果沒有這個假設，增加直接電熱發電将是不經濟的。對于最低的供熱需求，轉折點是 2.6 美分/千瓦時的價格差異。

取決于 QB2380 至 3340 kWh/a 的剩餘電力用于直接電熱發電，使用率為 100%。與 Q 相關的覆寫率B然後從 17% 開始，下降到 11.1%，直到最高的熱量需求。

将熱泵與光伏相結合：在熱泵的情況下，也取決于 QB2380 至 3340 kWh/a 之間的剩餘電力可用于供熱。假設其中 40% 隻能通過精細控制的加熱元件使用，這将産生 850 歐元的額外費用。由于上網電價與電網消耗之間的距離較大，是以該分項措施通常具有成本效益，因為避免了低COP的運作階段，并減少了熱泵的磨損。在BEG-2024的計算模型中，沒有額外的費用提供資金（在撰寫本文時沒有這方面的資訊）。

60%的可用剩餘電力可用于壓縮機運作。為簡單起見，假設與加熱元件組合的不同影響互相抵消，并且年度性能因子不會随着熱泵供熱量的減少而改變。如果“光伏加熱元件”超出平衡限制，則年度性能系數将趨于改善，就像瓦斯加熱一樣。

合資

圖7：如果兩個系統從現有光伏系統中擁有相同數量的（見文本）剩餘自發電，那麼考慮到使用的主要能源、資本服務、輔助能源、維護和修理的所有成本，電力/天然氣價格比是多少？這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。供暖系統的安裝成本增加如下圖所示。他們在 20 年内以 4% 的利息融資。

合資

圖 8：熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統，并且兩個系統都有現有光伏系統的剩餘電力可供使用，電費是多少？圖 8 将圖 7 轉換為電價。如果在所考慮的時期内可用電價低于所選曲線，則熱泵更經濟。這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

應該注意的是，具有相同可用電量和相同額外成本的擴充方法可降低額外的資本成本和減少電網饋電的成本。從瓦斯供暖的角度來看，人們不會投資使用太陽能。這将增加熱泵的優勢。

天然氣價格的變化意味着什麼？

圖 3/4 和圖 7/8 中的圖 9 和 10 分别提供了 2.7 的 AP 和 0%、30% 和 55% 的補貼率的曲線，無論是否通過現有的光伏系統使用自己的電力。在基礎天然氣價格為9美分/千瓦時的情況下，以及上述所有假設，隻有獲得55%補貼的兩種變體處于市場上可實作的熱泵電價區域。

合資

圖 9：在價格适中的情況下，年性能系數為 2.7 且不同配置的熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統，電費是多少？這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。供暖系統的安裝成本取決于現有光伏系統的剩餘電力的使用情況，并在20年内以4%的利息提供資金。

合資

圖 10：為了使熱泵的總成本低于瓦斯供暖系統，電費是多少？圖 10 将圖 11 轉換為電價。如果在所考慮的時期内可用電價低于所選曲線，則熱泵更經濟。這些曲線适用于9美分/千瓦時的天然氣價格和審查期間的恒定能源價格。

電力/天然氣價格比僅受天然氣價格水準的影響很小。然而，對于成本相等，天然氣價格水準對電價有非常顯着的影響。目前，9美分/千瓦時的天然氣價格對于基本供應之外的新合同來說很常見，但回顧去年，這似乎過于樂觀了。此外，聯邦政府用于設計 2024 年 GEG 政府草案的價格預測。對于 2024 年至 2035 年期間，它假設平均天然氣價格為 12.96 美分/千瓦時，熱泵電力的平均價格為 30.70 美分/千瓦時。

圖 11 使用不同的瓦斯價格和 2.7 的熱泵年性能系數，補貼為 30% 和 55%。

合資

圖 11 表明，随着天然氣價格的變化，邊界曲線在使用階段發生了很大變化。對于每個工廠配置（JAZ 和 BEG 補貼），都有 4 種不同天然氣價格的生産線。最高天然氣價格相當于德國政府假設的到 2035 年的平均值。

圖 11 顯示，在目前的邊界條件下，如果天然氣價格上漲速度快于電價，即使用熱泵取代最初看起來并不經濟的供暖系統也比瓦斯供暖系統便宜。天然氣價格上漲 2 美分/千瓦時意味着在相同的總成本下，電價将上漲 5.74 克拉/千瓦時（黑色箭頭）。相比之下，一個 CO2證書價格為93.7歐元/噸，包括19%的增值稅，意味着天然氣的價格份額為2美分/千瓦時。2024 年的固定價格為 40 歐元/噸，是以證書價格必須攀升至 133.7 歐元/噸，價格上漲 2 C//kWh。

然而，原則上，價格上漲或向下發展也是可能的。根據 BDEW 天然氣價格分析，2021 年，天然氣消耗量為 20,000 kWh/a 的家庭客戶的天然氣平均成本為 7.06 美分/千瓦時。

然而，圖10表明，使用光伏系統自身的電力可以顯著提高經濟效率，特别是如果光伏系統已經可以自我維持。在電價高的情況下，可以假設情況就是這樣，是以從光伏系統使用自己的電力的選擇也具有追溯效應。您還應該記住，熱泵提供了完全不同的可能性

為了再次提醒我們品質保證，圖11中還增加了一條年度績效系數高出0.3個百分點的曲線，藍色箭頭用于表示根據正常工作和服務合同所欠的服務在多大程度上改變了“死亡區”：大約3美分/千瓦時。作為比較或補充：根據歐洲法律，将電稅降至最低水準将（額外）将最終消費者的電價降低2.32美分/千瓦時。