了解英国家庭供暖低碳技术、改造与所有权模式的偏好

《ENERGY AND BUILDINGS》：Understanding preferences for low-carbon technologies, retrofit and ownership models for domestic heating in the UK

　　

摘要尽管可再生能源技术的采用取得了进展，但英国及许多其他国家低碳供暖技术的普及率仍不足以符合政府的目标和指标。这主要归因于高昂的资本成本、有限的消费者意识以及不明确的环保和经济效益。本研究旨在了解这些挑战并分析克服它们的方法，通过探索消费者支持向低碳供暖过渡的意愿，包括采用低碳供暖设备、物业改造以及新颖的所有权和控制模型，使用 2023-2024 年间对 1000 多户英国家庭进行的两波调查数据。第一波评估当前的家庭情况，这为第二波中的三个陈述偏好情景提供了依据：(1) 在燃气锅炉、氢燃料就绪锅炉和空气源电热泵之间进行选择，涉及不同的成本、排放和支持计划；(2) 决定改造级别（无、轻微、重大），特征包括成本、节省金额和支持；(3) 在选择所有权和运营模型（完全所有权、共享所有权、基于服务的供暖）之间进行选择，每种模型都有不同的成本、合同期限和灵活性特征。通过使用离散选择模型，分析提供了见解，了解不同的消费者细分市场，由社会人口统计学和态度因素定义，如何对属性和支持计划的影响作出反应。该研究估算了消费者为减少干扰或排放支付的意愿，以及参与灵活定价或需求侧响应所需的补偿，为鼓励不同用户群体采用低碳供暖的政策提供指导。

引言能源部门的脱碳对于实现英国和其他国家设定的净零排放目标至关重要。虽然电力供应的脱碳取得了相当可观的进展，但供暖在许多国家占总能源消费和温室气体排放相当大的比例，其进展却落后了。仅供暖和冷却部门就贡献了欧洲总能源消费的近一半 [25]。全球也观察到了类似的模式 [35]。大部分家庭空间供暖和热水供应仍源自燃气锅炉和燃油燃烧器的化石燃料燃烧，这对环境有不利影响。

低碳供暖技术的采用现已成为至关重要的问题。尽管最近取得了进展，但低碳供暖技术的普及速度尚不足以达到政策目标 (Rosenow et al., 2022)。这是由于各种原因，主要包括新的低碳供暖技术的高昂资本成本，缺乏消费者对其可靠性的了解 [37]，以及缺乏关于消费者自身潜在重大经济和环境效益的详细信息 [59]。即使低碳供暖技术在其寿命期内的经济上是有益的，初始投资成本对许多家庭来说仍是一个重大障碍，而且在决策过程中，未来可能的能源成本节省往往被大幅折现 [17]。

电蒸气压缩热泵是一项成熟的技术，利用电力提供空间供暖和家用热水，与锅炉系统相比，其热力学性能显著更好且使用寿命更长 [56], [75]。尽管它们经历了显著的市场增长，从 2014 年到 2022 年在欧洲的年增长率超过 10%，但清洁供暖技术的部署需要进一步加速。然而，热泵市场在 2023 年经历了十年来的首次下降，并在 2024 年进一步恶化 [26]。欧洲热泵协会 (EHPA) 在其最新分析中将此归因于补贴不足和延迟、与天然气相比电价过高、监管不确定性以及欧洲各国建筑申请中新项目和改造的缓慢处理 [27]。在英国，转向电供暖是政府脱碳战略的重要组成部分 [19]。然而，转向热泵的经济效益在很大程度上取决于天然气价格 [47]。

另一个值得注意的供热脱碳替代方案是，在锅炉中用氢代替天然气或燃油（Element [22]）。这种方法将受益于重新利用现有的天然气管道基础设施，并且在拥有广泛网络和使用量的国家特别有利，例如英国。从家庭角度来看，氢锅炉承诺的前期投资成本远低于热泵。然而，由于系统级设备升级的巨额成本 (Chelsea [15])，以及因成本、安全感和采用新技术的复杂性而产生的变革阻力，这一过渡并不顺利。例如，英国 2023 年在惠特比 (Whitby) 和埃尔斯米尔港 (Ellesmere Port) 进行的 2000 户家庭" 氢村" 试验因当地社区的反对而被取消 [9]。此外，取决于氢的成本，由于效率较低，运营成本可能会比热泵高出很多。

与电力供应部门的脱碳不同（后者主要在日常生活背景中运行），供暖脱碳在更个人化的层面涉及人们。最终，只要电力能够以可靠且低成本的方式获得，许多家庭，特别是面临高生活成本的家庭，可能不太关心电力是如何生成的。然而，供暖需要更多的直接参与：它要求房主决定在家中做出的技术变更。此类决策不可避免地不仅受经济因素塑造，还受个人价值观、舒适度、环境担忧或对创新技术的信任等因素影响。此外，有关供暖的决策不仅涉及供暖技术，还涉及对物业能源效率的投资（改造）以及关于供暖系统所有权和运营方式的决策。了解家庭对不同供暖技术、改造选项以及所有权和运营模型的态度和偏好，对于设计有效的供热脱碳政策至关重要。

最近的一些研究从技术和能源系统的角度审视了低碳供暖技术的作用和比较 [4], [54]。值得进一步研究的一个关键方面是消费者在财务上支持这一过渡的意愿，包括了解相关改造或需求侧响应 (DSR) 的存在所扮演的角色，以及如何最好地支持消费者做出符合国家脱碳目标的决策。因此，本研究认为家庭供热脱碳不仅意味着向低碳供暖技术（设备）选择的转变，还包括对物业能源特性的升级以及对新兴商业模式的考虑，以及参与服务，一方面可能使供暖过渡更负担得起，另一方面也有益于整个能源系统 ()。

解决采用低碳供暖的挑战需要教育方面的进步、建立信任并展示各种解决方案可行性的试点项目以及财务激励 [38]。有效实施这些措施的最关键步骤是开发更现实的决策行为表征。没有这一点，现有的工具可能会产生不现实的预测，无法考虑态度、信任和非经济因素等。

为了解决这些不足，本研究提供了对 2023 年 10 月至 2024 年 4 月间在英国家庭进行的 1027 户两波在线调查分析的结果。调查的第一波旨在了解家庭的当前背景，这作为创建第二波中三个定制陈述偏好 (SP) 情景的输入。在第一个 SP 情景中，受访者被要求从三个选择中挑选他们首选的供暖选项：燃气锅炉、氢燃料就绪锅炉和空气源热泵，其特征是资本和运营成本、支持计划、维护和二氧化碳排放各不相同。在第二个 SP 情景中，选择是在改造情景（无、轻微、重大）之间进行，其特征是各种设备成本、改造成本、预期节省、干扰和支持计划。在第三个 SP 情景中，受访者被要求在不同的所有权和运营模型之间进行选择，即完全所有权、共享所有权和基于服务的供暖，其特征是前期成本、年度运营成本、合同期限、能源定价变异性以及控制和服务灵活性（用于 DSR）。

通过使用离散选择模型 (DCM) 方法检查该数据集，分析寻求实现以下研究目标：(a) 首先，确定并量化影响特定供暖技术、改造选项和所有权计划选择的关键驱动因素的大小；(b) 其次，提供见解，了解这些驱动因素如何在不同的客户细分市场中变化，这些细分市场由社会人口统计学因素、物业类型和态度定义；(c) 第三，提供消费者对与供暖技术、改造选项和所有权模型相关的各种属性支付和接受意愿的估计，包括减少干扰和碳排放，并计算参与灵活定价和 DSR 所需的补偿。因此，该研究提供了关于不同政策杠杆如何促进不同用户群体向低碳住宅供暖过渡的独特全面概述。

此处呈现的分析是政策制定者、能源规划者和建模者的宝贵资源。它不仅提供了直接有用的知识，如支付意愿估计，还有助于开发改进的低碳供暖采用代理模型，为整个能源系统的决策提供更现实的表征。通过将消费者支付意愿调查数据和多样化客户细分市场的决策过程整合到英国整个能源系统优化工具中，我们可以未来超越当前的中心规划者视角和大多数研究中找到的理想化理性决策模型 [60]。这种方法最终将为更准确地建模异质代理的偏好提供手段，从而更好地评估整个能源部门的预期政策影响。

章节片段文献综述房主对不同供暖技术的态度以及影响各种技术采用的因素在学术文献中已被广泛研究。早在 2008 年，Mahapatra 和 Gustavsson [44] 就发布了 2004 年和 2007 年在瑞典对 1500 名房主进行的两次供暖技术调查的结果。结果显示，不到 20% 的受访者计划改变他们的供暖系统，以及对区域供暖和热泵的投资补贴...

方法图 1 说明了本研究的方法步骤。数据集和模型将在以下章节中详细说明。

结果本节介绍模型结果及相关分析。所提供的表格报告了备选方案的所有属性，但仅显示具有统计学显著影响的情境和陈述变量，以在变量数量众多的情况下保持简洁和可读性。模型拟合度是使用离散选择模型中常用的几个标准准则进行评估的。具体而言，初始对数似然值 (LL0) 和最终对数似然值 (LL)...

讨论了解低碳供暖技术采用的驱动因素和障碍仍然至关重要，这符合实现脱碳目标的背景。本分析提供了一种独特的视角，共同考虑了技术选择、改造以及所有权和运营。在供暖技术选择的分析中，显示低碳供暖选项的采用不仅受前期投资成本和月成本驱动，还由...

结论持续的脱碳努力需要有效的政策机制，这些机制承认并主动利用与住宅供暖相关的更广泛的决策背景。本研究提供了朝这一方向的若干途径，政策制定者可以在此领域进行探索。与其他地方的观察结果一致，前期和持续成本仍然是影响低碳技术采用的关键因素。尽管有赠款、贷款、共享...

CRediT 作者贡献声明Jacek Pawlak：撰写 – 初稿，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。Han Wang：撰写 – 初稿，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。Andreas V. Olympios：撰写 – 初稿，方法论，调查。Matthias Mersch：撰写 – 初稿，方法论，调查，概念化。Aruna Sivakumar：撰写 – 审阅与编辑，监督，方法论，调查，资金获取。

未引用参考文献[3], [8], [40], [43], [63], [81]

利益冲突声明作者声明他们没有任何已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢本研究得到英国工程与物理科学研究委员会 (EPSRC) [资助编号 EP/R045518/1] 以及工程与物理科学研究委员会和社会科学研究委员会 [资助编号 EP/Y010078/1] 的支持。支持本文发表的数据可通过 Zenodo 获取 https://doi.org/10.5281/zenodo.13626371 (根据 CC BY 4.0 协议)。

为实现开放获取，作者已对所有作者接受稿适用CC BY知识共享署名公共版权许可。Jacek Pawlak|Han Wang|Andreas V. Olympios|Matthias Mersch|Aruna Sivakumar|Arthur Bessis|Christos N. Markides|Nilay Shah