為什麼馬斯克和歐盟都在狂飆熱泵？

本文來自格隆匯專欄：錦緞 作者：知勇

今年3月1日，馬斯克在特斯拉投資者日上揭曉了萬衆期待的宏圖計劃三，向世界描繪了完全可持續之路。除了大家較為熟悉的光伏、儲能、電動車和氫能，馬斯克重點介紹了熱泵這項不為大眾所熟知的技術

特斯拉投資者日的熱度還未消退，全球低碳轉型「急先鋒」歐洲緊跟着提出淨零工業法案，將在歐洲地區重點部署熱泵。

經過一番研究，我們發現看起來遙遠的熱泵，實際上即將形成燎原之勢。化石能源匱乏的日本自上世界80年代起，便開始大規模生產熱泵產品，比如空氣源熱泵空調、空氣源熱泵熱水器等；歐洲地區已經廣泛使用熱泵產品。

更加意外的是，雖然國內很多人都沒聽説過熱泵，實際上中國是全球最大的熱泵生產國，佔據全球近6成市場份額。

作為能源轉型的長期觀察者，本篇我們將跟隨馬斯克和歐盟的視角認識熱泵。

01 藏在馬斯克宏圖計劃三部曲中的熱泵

時間回到2006年，馬斯克提出宏圖計劃第一篇章：首先打造一款足夠驚艷的超級跑車，再用賺到錢開發一款產量適中、價格相對更低的車型，最后再用賺到的錢打造一款價格親民的量產車。同時，馬斯克還要提供零排放的太陽能電力產品。

從RoadSter到ModelS/X，再到Model 3/Y，特斯拉車型逐步覆蓋各消費階層。如今宏圖計劃第一篇章規劃的要點已基本實現。

時隔十年，馬斯克於2016年啟動了第二篇章：開發出更高效的太陽能電池產品；開拓電動汽車細分市場；研發比手動駕駛安全10倍的自動駕駛功能。

今年特斯拉投資者日上，馬斯克在萬人矚目下發布第三篇章，並極為詳實地描繪了通往可持續能源的道路。一生二，二生三，三生萬物。透過特斯拉電動車、「Powerwall」太陽能等產品，我們看到馬斯克的可再生能源閉環正在形成。

圖1：宏圖計劃3的五大組成部分,資料來源：特斯拉

馬斯克將宏圖計劃3分成五大組成，其中重要一步是讓家庭、企業、工業等都轉向熱泵。

為什麼馬斯克特別強調熱泵？實際上，熱泵是當前電力高效轉為熱量的最佳途徑，一直契合馬斯克全面電氣化的終極目標，也就是用清潔能源電力替代現在的石油、煤、天燃氣等化石能源。

02 歐盟又是如何看待熱泵？

直接説結論，熱泵已經成為歐洲電氣化的重要戰略佈局。爲了達成2050年淨零排放目標，近年來，歐洲多國相繼出臺政策，通過補貼、減税、低息貸款、能效法規、高碳税、技術禁令等措施加速熱泵應用推廣。

2022年5月，歐盟啟動REPowerEU計劃，使熱泵的部署率提高1倍，將地熱和太陽能整合到現代化的區域和公共供暖系統中。

在REPowerEU計劃明確的7個投入方向中，「能效升級和熱泵」項目位居第2，計劃投入資金規模約為560億歐元，約佔當前規劃資金規模的20%。

圖2：熱泵在歐盟REPowerEU計劃中佔據重要位置,資料來源：慧博投研

03 多面手熱泵

1、泵是什麼？

對於熱泵，不熟悉的人以為這又是一項黑科技。其實無論產品還是技術，都已經成熟。還是以特斯拉為例，早在2020年，馬斯克就將熱泵空調應用在熱銷車型Model Y上，開闢了新能源車熱管理的新標杆。

大家知道水泵是將水由低處送往高處的裝置，顧名思義，熱泵是能將熱能由低温物體轉移至高温物體的裝置。由於熱能無法自發地、無代價地由低温物體轉移至高温物體，因此熱泵其實就是熱能的搬運工。

爲了方便理解，我們將熱泵視為制熱能力更強、效率更高的空調即可。畢竟他們的底層技術原理都一樣，甚至連外觀也有8分相似。

按熱源來源不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵和土壤源熱泵；按功能的不同，熱泵又可以分為熱泵熱水器、熱泵地暖、熱泵中央空調等。

圖3：主要公司熱泵相關產品和空調相似，資料來源：長江證券

2、熱泵的多功能性

跟傳統空調一樣，熱泵已經融入社會的方方面面，不管是在家用、商用，還是工業領域。而且隨着技術進步，其應用範圍還在不斷擴大。

• 建築領域，熱泵可以將房屋外部的能量傳遞到房屋內部，這將為建築物供暖減少33倍能耗。

• 新能源車領域，相比PTC空調，熱泵空調製熱效率更高，更加省電，尤其是在冬季可以大幅提升新能源車整體續航水平。目前比亞迪、蔚來、小鵬等車企均在佈局熱泵技術。

• 光伏領域，熱泵技術能夠實現光伏電站和空氣能熱泵適配組合，提高能源利用效率。

• 工業領域，中高温熱泵技術可用於回收工業余熱及其他低品位能源，替代部分燃油（氣）等鍋爐設備，滿足更多工業生產對蒸汽及熱水的需求。

如果不是今年的特斯拉投資者日，想必很多人不會去關注熱泵。事實上，熱泵不僅應用廣泛，其技術和產品性能優勢也十分突出。

最值得説的當然是節能優勢，在提供等量熱能的前提下，熱泵能耗成本約為燃煤的15%-20%，純電能的25%-30%、燃油/燃氣的30%-50%、常規太陽能的60%-70%。

更具體一點，熱泵的熱效率通常可達300%-400%以上，即消耗1度電可以搬運3-4倍以上的熱能。以家庭取暖為例，熱泵的熱效率比電取暖、壁掛爐、集中燃煤供暖等高出數倍。

圖4：不同取暖方式的最大熱效率，資料來源：麥迪斯熱泵官微，華泰證券

當傳統能源價格越高，熱泵高效率帶來的經濟性越明顯，其產品競爭力越強。這在歐洲市場體現得淋漓盡致。

2022年，在俄烏衝突帶來的能源危機催化下，歐洲熱泵的銷量和增速均創下歷史新高，同比增長近40%。根據歐洲熱泵協會發布的行業分析報告顯示，歐洲安裝的熱泵總數已經達到2000萬台。

從使用經濟性角度分析，在當前的補貼力度下，測算未來德國天然氣價格分別維持在2.5/2.0/1.4歐元/Nm³時，採用熱泵採暖的投資回收年限分別為2.0/2.9/6.4年。可以説，作為低碳轉型的先發地區，歐洲市場已經充分驗證了熱泵的經濟價值。

圖5：德國採暖方案投資回收年限對比（熱泵VS燃氣壁掛爐），資料來源：興業證券

熱泵的另一大優勢是環保。這很好理解，畢竟它不涉及燃燒。在全球走向零碳世界的道路上，熱泵的環保優勢將會不斷被放大。

在使用場景方面，熱泵能接受的運行環境温差更大，其在低温環境下持續運轉和熱效率穩定性都要明顯優於傳統暖通空調。畢竟普通空調在零下5度的時候，其制熱能力就開始快速衰減。

3、熱泵的本質是熱管理

一直以來，人們主要通過燃料化石能源提供熱能，再把熱能變成電能。而在低碳社會，我們需把風電、光伏等清潔電力轉化成熱能，再供應各行各業。顯而易見，角色變換之后熱能的地位已經凸顯，未來如何有效管理熱能將成為新的戰略制高點。

馬斯克在投資者日開場部分就提出80%的能源消耗來自化學燃料，然而化石燃料的能效只有30%左右，並且在使用過程中會產生大量的熱能並沒有加以利用。換言之，熱管理是實現零碳世界不可或缺的部分。

本質上講，熱泵可以歸屬於熱管理，是熱管理的拳頭技術。這也是馬斯克説的從行業的角度來看，熱泵為提高效率鋪平了道路。

以新能源車為例，在制熱部分，由於沒有余熱可以用，必須要電池主動加熱，所以熱管理的效率更加關鍵。一個好的熱管理系統，不僅可以提升電池的安全性和乘客的舒適度，還能夠顯著降低綜合能耗。

新能源車熱管理的核心主要是針對動力電池，以寧德時代為代表的動力電池企業們正在熱管理領域不斷發力。

舉例來説，寧德時代增配控制器和熱量傳輸系統，將座艙、電池和電機電控熱管理這三個子系統深度集成，然后通過協調工作的方式來提高熱量的使用效率。當然，爲了實現協調高效工作，有很多技術難點需要克服，在此就不展開討論了。

面對電池加熱效率低的痛點，寧德時代設計電池智能化的自加熱技術。簡單來説就是增加控制部分和儲能模塊，使得電池組能夠快速的充電和放電，利用自身的內阻產生熱量，而不是依賴外部的熱量。

• 自加熱。加熱電池，在技術上更容易實現的就是利用外部元器件加熱，但是熱傳導本身是一個慢過程，滿足不了快速熱車的要求。而寧德時代巧妙地利用電池內部電阻來加熱的方法來實現，那相對熱傳導速度提升了一個數量級，類似於燒水用熱得快。寧德時代將這種方法形象地稱為「自加熱」。

• 智能化。對動力電池性能有極致追求的寧德時代不僅是革新底層原理就躺平了，顯然會想百尺竿頭更進一步，因此在迴路里大量的採用模塊化、控制器、開關等，目的就是爲了實現智能化，智能化的好處就是能夠進一步提升加熱效率，和「自加熱」產生1+1>2的效果。

圖6：寧德時代發明專利——電池組系統及其控制方法、管理設備，資料來源：寧德時代

雖然電池自加熱技術的原理看起來簡單，背后需要動力電池企業對整車的熱管理都瞭如指掌，而且要做好整個新能源熱管理系統的「控制」，也只有做好了整個系統的控制，才能在更高的層面實現對整車熱管理的有效管理，這纔是有本之木、有源之水。

到了2022年6月23日，寧德時代發佈麒麟電池熱管理技術，通過水冷系統結構設計適應新能源車高壓快充的熱管理要求，導熱性能提升50%，實現急速控温。憑藉技術的領先性，麒麟電池被美國《時代》周刊（TIME）評為2022年度最佳發明。

圖7：寧德時代CTP3.0麒麟電池熱管理技術，資料來源：寧德時代官網，中信建投

言歸正傳，回到熱泵身上，作為熱管理的重要技術，其在可再生能源閉環中的地位不可或缺，其是推動節能減排，實現零碳社會的關鍵組成部分。這也是馬斯克將熱泵與可再生清潔電力、電動車、氫能等放在同一維度的深層原因。

04 熱泵成為C位之后？

在投資者日上，馬斯克宣稱要花10萬億美元改造地球，為地球使用可持續能源指出一條清晰的道路。那麼本文的主角熱泵要花費多少呢？相信這是大家更為關心的話題。

根據國際能源署發佈的《EnergyEfficiency 2021》報告中顯示，在2050年淨零排放情景中，熱泵是實現空間供暖電氣化的關鍵技術，2030年全球平均每月熱泵銷量將超過300萬台。

作為熱泵普及率最高的歐洲地區，根據歐洲熱泵協會預測，到2026年需要新增安裝2000萬台，到2030年需要新增6000萬台熱泵，對應10年CAGR約為21%。

圖8：EHPA預計推算到2030年歐洲熱泵市場CAGR約為21%，資料來源：EHPA（歐洲熱泵協會），長江證券

在我國，根據中國工程院江億院士發表的《雙碳目標下的熱泵行業發展機遇》，在整個社會減碳量的15%靠熱泵。熱泵在建築領域大概能替代3.5億噸，在集中供熱大概能替代1-1.5億噸，工業生產中能替代10億噸碳排放。

根據2021年印發的《中共中央、國務院關於完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中的相關表述，在建築用能結構方面，中國將因地制宜推進熱泵、燃氣、生物質能、地熱能等清潔低碳供暖。

總而言之，在碳中和背景下，熱泵作為關鍵解決技術方案，其長期成長的確定性是可見的。根據中信證券測算，到2025年，國內熱泵市場規模達到500億元；歐洲熱泵市場規模達到144億美元。

圖9：主要國家的熱泵政策，資料來源：EHPA，產業在線，中信證券

最后講到產業鏈各路玩家，其實從外觀上判斷，大家已經猜到熱泵產業鏈結構和核心零部件與空調行業較為類似。自然會有很多熟悉的面孔。

熱泵的核心零部件包括壓縮機、換熱器、閥件、水泵及水箱等。根據芬尼科技招股説明書，熱泵產品成本結構中，直接原材料佔整機成本超過80%，其中換熱器和壓縮機約佔材料成本的近一半。主要玩家有海立股份、三花智控、盾安環境、大元泵業等。

整機組廠商則主要佈局採暖、熱水、烘乾等領域，主要玩家有傳統三大白電龍頭海爾、美的與格力，也有熱泵專業製造廠商如中廣歐特斯、芬尼科技等。

在海外市場中，中國技術和產品認證已經達到海外市場認可。其中，廣州芬尼科技憑藉ODM業務佔據海外市場第一，美的、海爾等家電巨頭緊隨其后。

圖10：2021年中國熱泵出口大幅增長，資料來源：海關總署，華創證券

從技術角度，熱泵產品和空調行業相關技術具有相似性，但是關鍵技術與傳統空調又存在明顯區別，需要空調行業之外的多種技術和產品配合。簡單説就是熱泵存在更高的技術壁壘。

由於熱泵產品需要在高温、高濕、極寒等複雜、極端的工作環境使用，熱泵產品需要具備高穩定性、高耐久性和抗腐蝕性等性能，才能長期保持良好的運行狀態。

另一維度，熱泵產品並不僅僅是各項技術的簡單疊加，而是需要有效協調利用不同技術，將各項技術緊密聯繫在一起，從而達到產品綜合性能最佳。比如家庭需求強調在舒適性和節能性，而商用需求側重穩定高效運行和服務能力。所以説，具備長期技術積累的頭部企業得以保持先發優勢。比如美的集團、海爾智家等老牌家電巨頭。

近年來，國內熱泵企業不斷地加大研發投入，熱泵相關技術也在不斷地高速迭代。比如高效氟冷變頻驅動技術、渦旋噴氣增焓技術、智能除霜技術等，產品安全性、穩定性、智能化等都得到明顯提升，進一步促進熱泵產品的應用。

圖11：熱泵出口企業及上游核心部件相關標的匯總，資料來源：產業在線，海關總署，華創證券

過去三年多時間，錦緞研究院從光伏、風電、氫能，到智能電網、儲能，再到電池材料、動力電池企業、電動車企，實現了可持續發展道路的詳細覆蓋。隨着可持續發展的深入，新的技術進步和革命還在不斷涌現，我們將持續擴大我們的研究圖譜。