《iScience》：Geothermal heat pumps and thermal energy networks: Technical feasibility and market adoption
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地热技术，包括地热热泵（Geothermal Heat Pumps, GHPs）和热能网络（Thermal Energy Networks, TENs），作为有效满足供暖和制冷负荷的方法正获得越来越多的关注。成本与激励措施的变化可能影响其采纳，并有助于支持有效
地热技术，包括地热热泵（Geothermal Heat Pumps, GHPs）和热能网络（Thermal Energy Networks, TENs），作为有效满足供暖和制冷负荷的方法正获得越来越多的关注。成本与激励措施的变化可能影响其采纳，并有助于支持有效部署GHPs和TENs的决策。在本工作中，研究人员使用更新后的分布式地热市场需求（distributed geothermal market demand, dGeo）模型，分析了美国范围内的多种情景，展示了GHPs和TENs的经济潜力和采纳范围。研究人员发现，较为成熟的GHP技术具有广泛的经济潜力和采纳，而较新的TEN技术的经济潜力和采纳则集中在人口密集地区。在高激励和税收抵免下，GHP采纳预计到2050年将达到251 GW-th，而TEN采纳预计到2050年为31 GW-th。成本结构的不确定性导致采纳情况出现较大差异，这表明示范项目和成本跟踪工作的重要性。
地热热泵（Geothermal Heat Pump, GHP）与热能网络（Thermal Energy Network, TEN）是两种高效建筑供暖制冷技术。GHP通过地埋管换热器与地下换热，技术成熟且已商业部署数十年；TEN则属于第五代区域供暖制冷系统，通过近环境温度回路连接各建筑内的分布式热泵与共享地热钻孔场，仍处于示范阶段。以往研究多聚焦空气源热泵或采用预设采纳率分析GHP影响，缺乏对TEN全国尺度市场潜力的建模。针对这一空白，研究人员利用更新后的分布式地热市场需求（dGeo）模型，以美国普查区尺度模拟2022—2050年建筑存量，评估GHP和TEN在不同成本、激励与税收抵免情景下的经济潜力（正净现值容量）和采纳量（基于Bass扩散模型）。研究发现，GHP经济潜力在全国分布广泛，覆盖所有州；TEN经济潜力则集中在人口密集地区。高激励并延长投资税收抵免至2050年时，GHP采纳预计达251 GW-th，TEN为31 GW-th。成本结构不确定性导致TEN经济潜力与采纳预测出现数量级差异，凸显示范项目与成本跟踪的重要性。研究成果发表于《iScience》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：基于美国能源信息署（EIA）商业建筑能耗调查（CBECS）和住宅建筑能耗调查（RECS）、联邦应急管理署（FEMA）Hazus建筑类型数据构建统计建筑数据框；利用Stanford地下热模型提供温度和热导率；采用GHEDesigner软件生成GHP和TEN的地埋管换热器尺寸查表，并基于ResStock/ComStock模拟数据计算各建筑负荷与COP；经济分析对比基线暖通空调系统成本与地热系统成本，计算30年净现值（NPV）；采纳建模采用Bass扩散框架，GHP使用支付意愿曲线，TEN采用区域资格标准（≥67%建筑正NPV且≥90%全生命周期节能）加吸引力分数修正；最终将采纳调整后的负荷曲线输入区域能源部署系统（ReEDS）电网模型。
在基线情景下，GHP突破情景显示2030年经济潜力最高的州为马萨诸塞、纽约、马里兰、伊利诺伊和弗吉尼亚；2050年住宅和商业GHP采纳分别为29.6 GW-th和10.3 GW-th，合计约39.9 GW-th，与现有增长趋势预测的39 GW-th相当。TEN先进情景下，经济潜力集中于加利福尼亚、伊利诺伊、马萨诸塞、得克萨斯和纽约；2030年经济潜力37.8 GW-th，2050年62.2 GW-th，而中等情景仅7.4和8.5 GW-th，表明成本假设变化使预测跨度达三个数量级。使用“简化模型”分解输入因素发现，地下资源、气候和建筑密度造成TEN固有地理差异；计入分配成本后，美国西部低密度区中位NPV下降最多达70倍；州级和公用事业激励可局部提升NPV，且不受州界限制；区域能源价格通过影响基线运行成本改变NPV，二者共同作用形成高有利性集中区。钻探和分配成本敏感性分析显示，钻探成本降低40%使GHP采纳增加8%，但TEN采纳增加79%；分配成本降低50%使TEN采纳增加25%，降至零则增加135%；而钻探或分配成本提高200%使TEN经济潜力分别下降61%和93%，说明TEN对钻探成本更为敏感。财政激励与ITC分析表明，将投资税收抵免延长至2050年比按现行“一项大而美的法案”（OBBBA）逐步取消可使GHP采纳增加17%，TEN增加62%；高激励（1.5万美元/户）使GHP经济潜力提高近两倍，高激励加ITC-2050情景下GHP采纳可覆盖美国建筑存量的17.8%，TEN仅0.2%；商业ITC对区域共享基础设施的价值高于单户激励。NPV比较显示，TEN大多数建筑NPV为负，但大量建筑接近零，适度成本降低或定向激励即可使其转正；GHP则呈更集中正态分布，高激励能显著扩大正NPV比例。
讨论指出，GHP适合广泛推广，而TEN更适用于供暖制冷需求密度高的城区。当前TEN成本经验极度缺乏，模型仅考虑地热钻孔作为热源/热汇，未纳入废热回收、太阳热能等多热源，可能低估TEN实际驱动力。政策杠杆中，延长ITC和直接激励能显著提高两种技术的经济潜力和采纳，但即使在高激励下，TEN采纳仍远低于GHP，且均低于以往预设大规模部署水平，说明实现变革性推广需要更大激励或成本突破。Bass扩散采用保守系数，公众接受度提升后实际采纳可能更快。未来研究应纳入与空气源热泵的比较、所有权模型、电网约束及碳定价，并利用示范项目数据校准成本与扩散参数。
研究结论为：GHP技术成熟，经济潜力和采纳在全美分布广泛；TEN经济潜力集中于人口密集区，且受成本结构影响极大。激励政策和税收抵免可显著提高两种技术的采纳水平。降低钻探和分配成本是扩大TEN部署的关键，而数据透明度和示范项目对降低不确定性、指导投资决策至关重要。
