約6億台のヒートポンプを設置し、2030年までに必要な建物暖房ニーズの20％をカバー

Nov 11, 2023

技術レポート

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IEA (2022)、2030 年までに必要な建物暖房ニーズの 20% をカバーする約 6 億台のヒートポンプの設置、IEA、パリ https://www.iea.org/reports/installation-of-about-600-million-heat-建物 20 棟をポンプでカバーし、2030 年までに暖房が必要、ライセンス: CC BY 4.0

この分析は、当社の新しいレポート「2030 年までのゼロカーボン対応建物のための技術とイノベーションの経路」のシリーズの一部であり、IEA 技術協力プログラム (TCP) の専門家の戦略的ビジョンを提供します。 IEAの2050年までのネットゼロロードマップに概説されている、建築セクターにとって最も影響力のある短期マイルストーン。 各レポートのタイトルは、これらのマイルストーンの 1 つを反映しています。 レポートの詳細を確認し、TCP について調べてください。

高効率電気ヒートポンプは、2050 年までのネットゼロエミッションシナリオ (NZE シナリオ) において、建築部門の暖房による排出量削減を推進する主要な技術です。 世界中で設置されるヒートポンプの数は、2020 年の 1 億 8,000 万台から 2030 年には約 6 億台に増加します。従来の化石燃料ボイラーより少なくとも 3 倍効率が高いため、個々の建物へのヒートポンプの設置は、現在の月あたり 150 万台から、 2030年までに約500万人。

ヒートポンプの急速な導入により、2025 年までに新しい化石燃料ボイラーの完全段階廃止が促進されます。これは、NZE シナリオの重要なマイルストーンです。 ヒートポンプとエネルギー貯蔵を組み合わせることで、変動する再生可能発電量の変動を吸収することができ、2030 年までに電力の約 40% を太陽光発電と風力発電で生産できるようになります。既存の建物ストックをゼロカーボン対応レベルまで改修することにより、また、このセグメントでヒートポンプをさらに効率的に動作させることも可能になります。

ヒートポンプは、低排出水素やバイオマスボイラーなど、他の再生可能技術や従来の建築技術よりもはるかにエネルギー効率が優れています。 適切に設置され、運転されると、ヒート ポンプで使用される 1 ユニットの電力で、暖房シーズン中に平均 3 ～ 5 ユニットの熱が供給されます。 対照的に、電解槽で水素を生成し、その後燃焼させるために 1 単位の電気が使用されると、0.6 ～ 0.8 単位の熱が発生します。 高効率バイオマスボイラーの効率は約0.9台です。 ヒートポンプの効率は、研究、競争、最低効率性能基準 (MEPS)、およびエネルギーラベル制度により、過去数十年にわたって着実に向上してきました。 さらに、ヒートポンプは暖房、冷房、除湿のニーズに応えることができるため、マルチサービスプロバイダーでもあります。 さまざまなタイプのヒートポンプが、さまざまな用途や地域に適しています。 ヒートポンプには、空対空、空対水、温水、地中熱（地熱）があります。 設計が強化されると、効率がさらに向上します。 たとえば、商業ビルでは冷暖房需要の季節エネルギー効率が 500% ～ 1000% に達することがあります。

ヒートポンプは、再生可能エネルギーの割合に関する国家目標の達成にも貢献できます。 建物に統合された PV と組み合わせたり、オフサイトの再生可能電力で電力を供給したりすると、完全に再生可能なソリューションとなり、電化が化石燃料を段階的に廃止するための重要な手段となります。 ヒートポンプはすでに地区および都市レベルで統合可能です。 スマート サーモスタットとアクティブ制御は、需要側の応答の可能性を解き放ち、送電網内の変動再生可能エネルギーのシェアを高めるのに役立ちます。

いくつかの地域では、特に北欧諸国 (ノルウェー、スウェーデン、デンマーク、フィンランドなど) だけでなくフランスでも、ヒートポンプはその有利な総ライフサイクルコストにより、すでにかなりの市場シェアを獲得しています。 スウェーデンでは、建物の暖房需要の 29% がヒートポンプで賄われており、フィンランドの対応する数字は 15% です。 他の地域（米国の一部や日本の一部など）では、ヒートポンプは冷房需要にも対応できるため、すでに暖房市場の大きなシェアを占めています。 日本では、冷房の必要性と比較して暖房の需要が中程度であるため、通常、リバーシブルエアコンが唯一の暖房器具です。 米国では、新築一戸建て住宅の約 40% がヒートポンプで暖房されています。 これらの国では、市場とバリューチェーンがよく発達しており、エンドユーザーの認知度も受け入れ度も高いです。 他のいくつかの国では、新しい建築規制で定められたエネルギー性能基準を満たすにはヒートポンプが最良の選択肢となることが多いため、新築住宅の市場シェアが大きくなっています。

全体的な普及率は高まっているとはいえ、初期費用が高いことや、設置業者や設計者の意識やノウハウが不足していることなどから、ヒートポンプは既存の暖房システムを置き換えるソリューションとしては依然として稀な存在です。 ドイツ、イタリア、英国、米国、中華人民共和国（以下「中国」）などの国々では、ヒートポンプの購入が奨励され、促進されることがあります。 エンドユーザーの認識と受け入れを高めるために、一部のプログラムには金銭的インセンティブだけでなく、消費者に対するヒートポンプの利点に関する教育も含まれています。

ヒートポンプはよく機能する成熟したテクノロジーです。 ただし、それらを統合し、ネットゼロエミッションエネルギーシステムでその可能性を最大限に活用するには、技術とシステムの改善が必要です。 ヒートポンプ システムの効率とその影響は、太陽光発電、エネルギー貯蔵、制御、および e-モビリティとスマート システムを統合することで改善できます。 状況によっては、トップレベルの効率を達成することよりも、柔軟に動作するヒートポンプの機能の方が重要になる可能性があります。

現在進行中の世界的なエネルギー危機において、ヒートポンプはエネルギー安全保障を強化する解決策として注目されています。 欧州では、欧州委員会が提示したREPowerEU計画では、ロシアの天然ガスへの依存を減らすために、今後数年以内にヒートポンプの導入率を倍増することが提案されている。 米国では、ヒートポンプは、国防生産法（DPA）において、クリーンエネルギーの独立性を確保するための優先技術として特定されています。

この技術の主な課題の 1 つは、化石燃料ベースの暖房オプションと比較して初期費用が高いことです。 一部の地域では、これをランニングコストの削減と有利な総ライフサイクルコストで補うことができます。 化石燃料の代替品と比較したヒートポンプの収益性は、実際、石油、ガス、石炭、電気の価格とも関連しており、これらの価格はロシアのウクライナ侵攻以来記録的な水準にあり、現在、ヒートポンプの利用が特に魅力的なものとなっている。 それらの競争力は、発電構成や、さまざまな燃料に対する課税や補助金の受け取り方にも左右されます。 税金や補助金はヒートポンプの優先順位を反映すべきである（例えば、再生可能エネルギー源の飽和度の上昇に関連した料金を電気料金から化石燃料価格にシフトする）。 他のゼロエミッション技術と比較して、ヒートポンプは、常にではありませんが、ライフサイクルベースで何倍も費用対効果の高い代替手段です。

経済的な理由を超えて、課題はスペースの制限や暖房分配システムの寸法に関連しており、ヒートポンプの効率はラジエーターの温度とそのサイズに依存するため、場合によってはラジエーターをより大型のユニットに交換する必要があります。 この点において、ヒートポンプの導入は、最も性能の低い建物の改修計画とうまく調和します。これにより、熱需要を満たすために分布温度が低下し、ヒートポンプをより高い効率レベルで動作させることが可能になる可能性があるためです。 ただし、ヒートポンプの効率は、特に屋外温度が最も低い場合には改善されるべきであり、今後も改善される可能性があります。

もう 1 つの課題は、音響と視覚の両方の理由から、外部ユニットの設置許可に関連している可能性があります。

さらに、ヒートポンプは一部の成熟市場ではよく知られており、エンドユーザーに採用されていますが、他の多くの国では認知度も受け入れ度も低いです。 毎月設置するヒートポンプの数を倍増できるようにするには、メーカーは納入規模を拡大する必要があり、設置業者は十分な数と質のトレーニングを受ける必要があります。 これに対する責任は官民セクターで分担されるべきである。 公的機関は労働力（施工業者、プランナー、建築家、エンジニア、起業家を含む）の再教育とスキルアップを支援・奨励し、民間部門が組織する研修計画を奨励すべきである。

出典: IEA HPT Annex 49 – nZEB および IGS 用ヒートポンプの設計と統合、ブラウンシュヴァイク工科大学。 R&D プロジェクト「ベルガルデの例を使用した EnergiePLUS 建物の運営戦略」(BBSR Fkz SWD – 10.08.18.7-13.33)。

戦略

政策に関する推奨事項

市場の創造と基準

新たな化石燃料ボイラーの設置を廃止する

禁止。新規設置を禁止することにより、ボイラーでの化石燃料加熱を段階的に廃止します。

最低エネルギー性能基準（MEPS）とラベル表示制度を強化する

MEPS とラベル。ヒートポンプのスマートで柔軟な運用のための規格とラベル付けスキームの開発を促進します。 （必要に応じて）ラベル表示スキームと MEPS を維持および強化して効率を向上させ、さまざまな気候に適切なラベル表示を奨励します。

計画ツール

ヒートポンプ、貯蔵、電力網計画を統合する

国家エネルギー計画。統合された国家エネルギー計画手段を開発し、それを計画手順に統合して、風力や太陽光発電などのクリーンで再生可能な発電を調整し、電力網の強化を可能にし、ボトルネックの場所でのエネルギー貯蔵施設の設置をサポートし、導入を促進するヒートポンプの。

電力消費者/電力供給者が相互に通信したり、電力網を通信したりできるようにする

データ通信プロトコル。さまざまなクリーン エネルギー技術、建物、公共事業、EV 充電、電力網のための標準とオープン共有通信プロトコルの開発を促進します。

経済および金融商品

課税、補助金、化石燃料暖房ソリューションの補助金の廃止によるヒートポンプの優先順位付け

炭素税、排出量取引制度（ETS）、補助金。炭素含有量をエネルギー価格のインセンティブに反映します。 インセンティブによってエネルギー効率の高い改修を促進し（特にパフォーマンスの悪い建物に対して）、改修計画の一部としてヒートポンプを含めます。

金融商品を導入して、低所得者や弱い立場にある住民にとってヒートポンプの手頃な価格を増やす

炭素税、排出量取引制度（ETS）、補助金。低所得住民向けのエネルギー改修と化石燃料を使わないエネルギー効率の高い冷暖房に対する補助金を対象とします（つまり、ETS と税金からの収入を利用します）。

研究開発への公的支援

ヒートポンプのスケールアップに向けた研究開発

資金を割り当てます。ヒートポンプの性能、美しさ、ユーザーの受け入れやすさ、柔軟性、および他のテクノロジーとの統合やさまざまな気候を向上させるための財政的サポートを提供します。

サーキュラーエコノミー向上のための研究開発

資金を割り当てます。ヒートポンプの材料とコンポーネントのリサイクルと再利用のための資金を確保します。

教育と訓練

能力構築

ヒートポンプ設置業者の能力開発。ワンストップショップのヒートポンプ設置に向けて、ヒートポンプ設置業者に十分な（数と質の）トレーニング、資格、認定を提供します。

エンドユーザーの受け入れを高めるための手段

情報キャンペーン。教育キャンペーンを推進して、ヒートポンプ技術とコストメリットに対するユーザーの信頼を高めます。

IEA テクノロジー コラボレーション プログラムの戦略的ビジョン

テクノロジーレポート — 2022 年 9 月

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