中国能源研究会副理事长陆启洲: 电能替代促进清洁供暖路线研究
发布者:dxh | 来源:能源研究 | 0评论 | 339查看 | 2018-12-04 10:12:14    

一、我国清洁供暖发展现状


1.清洁供暖的必要性


清洁供暖是国家能源生产和消费革命、生活方式革命的重要内容,是改善生活环境的主要措施之一。我国的供暖主要分大型热电联产机组供暖和居民散烧采暖两种形式,而燃煤污染物排放破坏大气环境,洁净煤发电技术和以电代煤分别是这两种供暖形式实现清洁供暖的主要方式。


2016年底,我国北方地区供暖面积为206亿平方米,其中城镇141亿平方米,农村65亿平方米。供暖用煤年消耗约4亿吨标煤,其中散烧煤(含低效小锅炉用煤)约2亿吨标煤。按散煤燃烧烟尘排放1.1千克/吨燃煤测算,我国冬季因散烧煤供暖产生烟尘量超过4.9万吨/月。


煤电装机9.46亿千瓦,煤电发电量4万亿千瓦时。发电用煤供电煤耗314克/千瓦时,耗用约12.5亿吨标煤。实现超低排放的燃煤电厂烟尘排放因子约为0.08千克/吨燃煤,我国燃煤电厂排放烟尘量约为0.8万吨/月。


以上测算仅为全国平均统计值,若分别按省份考虑冬季散煤供暖烟尘排放和煤电机组烟尘排放,则冬季散烧煤是电煤污染的6~15倍。


2.发展相关规划


◆可再生能源发展“十三五”规划


《规划》强调,要大力推广太阳能热利用的多元化发展,积极发展生物质能供热,积极推广地热能热利用,加大地热资源潜力勘察和评价,并且对2020年可再生能源开发利用主要指标作了具体规定。


◆地热能开发利用“十三五”规划


《规划》希望达到以下发展目标:新增地热能供暖(制冷)面积11亿平方米,新增地热发电装机容量500兆瓦。到2020年,地热能供暖年利用量4000万吨标准煤,京津冀地区地热能年利用量达到约2000万吨标准煤。并对我国地热能开发作出具体目标规定。


◆太阳能发展“十三五”规划


《规划》对于太阳能在清洁供暖方面的应用主要有以下两个方面:因地制宜推广太阳能供暖制冷技术,到2020年,在适宜区域建设大型区域供热站数量达到200座以上,集热面积总量达到400万平方米以上;推进工农业领域太阳能供热,结合工业领域节能减排,积极推进太阳能供热与常规能源融合。


3.清洁供暖推动政策


2013年国务院发布的《大气污染防治行动计划》确定了十项措施,全面整治燃煤小锅炉,逐步淘汰分散燃煤锅炉。


2014年六部门出台的《重点地区煤炭消费减量替代管理暂行办法》提出利用背压热电联产机组替代分散燃煤锅炉削减分散用煤或用优质燃煤替代劣质煤。


2015年国家能源局出台的《煤炭清洁高效利用行动计划(2015~2020年)》要求城市和农村用清洁能源替代民用散煤,减少煤炭分散直接燃烧。


2016年5月,国家发展改革委发布的《关于推进电能替代的指导意见》提出总体目标,在2016~2020年期间要使电能占终端能源消费比重达到约27%。


习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上强调,推进北方地区冬季清洁取暖等6个问题,是重大的民生工程、民心工程。


2017年3月,国家环保部颁布的《京津冀及周边地区2017大气污染防治工作方案》要求,在“2+26”城市全面推进冬季清洁取暖,每个城市完成5~10万户以气代煤或以电代煤工程,10月底前完成小燃煤锅炉“清零”工作。


4.清洁供暖补贴政策


2017年《政府工作报告》首次提出清洁供热改造,具体政策包括以电、气替代燃煤300万户,全部淘汰地级以上城市建成区燃煤小锅炉等具体指标,加大燃煤电厂超低排放和节能改造力度。


国家以及各省(市)政府出台了一系列清洁供暖补贴政策,来鼓励和促进供热企业以及取暖用户使用清洁能源供暖。以京津冀大气污染传输通道的“2+26”个城市为例,针对于清洁供暖的补贴政策主要包括以下几个方面:锅炉改造补贴;取暖设备改造补贴;采暖用电、采暖用天然气补贴。


5.清洁能源替代散烧煤


根据《2017我国散煤治理调研报告》设定的目标,2017年我国减少散煤7000万吨,2020年减少2亿吨以上,这一目标将通过清洁高效利用、清洁能源替代和减量三个技术路径实现。


二、清洁供暖技术现状


1.分散式利用技术


◆空气源热泵


空气源热泵利用空气中的热量作为低温热源,消耗电能把热量送向高温热源。通常情况下,热泵机组每消耗1千瓦电能,供给用户4千瓦的热能,与电采暖相比,效率提高3~4倍,比燃气锅炉系统效率高20%,比燃煤供暖系统效率高30%~50%。


◆蓄热式电暖器


蓄热式电暖器,是利用夜间电网低谷时段的低价电能,在6~8小时内完成电、热能量转换并贮存,在电网高峰时段,以辐射、对流的方式将贮存的热量释放出来,实现全天24小时室内供暖。蓄热式电暖器的优点有:蓄热能力大,蓄热用时短,蓄热材质好,占地面积小等。


2.集中式利用技术


◆热泵技术


热泵装置包括低温热源、高温热源、驱动源和装置本身四个组成部分。按低温热源的来源进行分类可分为地下水源热泵、土壤源热泵、地表(江、河、湖、海)水源热泵、污水源热泵、工业余热源热泵以及空气源热泵。


◆热电联产技术


热电联产是根据能源梯级利用原理,先将燃料进行发电,再将发电后的余热用于供热的先进能源利用形式。热电联产过程为同时生产电、热能的工艺过程,热电联产的汽轮机有两种供热方式,背压式供热和抽汽式供热。


3.风电供暖技术


风电供热本质上是电力供热,电网是其消纳风电,引导供热负荷,平衡电力供需的基础角色,风电供热的积极意义主要体现在储能、调峰及减排三个方面。然而,其较热电联产等方式获取热能过程需要经过一次能源-又电力-再热力的拉长过程,能源消耗可能增大。


4.太阳能供暖技术


太阳能采暖是指通过集热器将清洁、无污染的太阳能加以吸收,将太阳能转换成热能,将所得的热量通过传热工质传递,供给建筑物冬季采暖和其他用热系统。太阳能采暖唯一的缺点就是受地区、季节、昼夜以及阴雨天等这些自然因素的影响,存在较大的不稳定性,一般都需要配备辅助热源。


5.技术适用性分析


(1)规模适用性


热电联产方式的供热能力均在千万平方米的供热规模,但是在仅以供暖为目的的热源开发过程中,该类联产技术考虑相对较少。分户级别的供热技术不予考虑。


(2)输入能源适用性


供热技术的供热规模适用性如下图所示:


4.jpg

▲ 供热规模适用性示意图


(3)地域适用性


选择清洁供热方式应考虑所处区域的能源结构现状、所处区域的地理环境特点、所处区域的用热规模和热负荷的大小。


①适用于高纬度地区的风电供暖技术


利用风能进行清洁供暖主要在于使用电锅炉或者蓄热式电锅炉等设备来利用弃风。因此,此类供热技术发展供暖,则应该主要考虑北方地区。


②适用于低纬度地区的分布式供暖技术


低纬度地区清洁供暖的选择在不实施集中供暖的南方地区,供热一般都是区域性的、分散式的。针对常见的清洁能源供热方式有电采暖、天然气采暖炉、太阳能采暖、地源热泵、空气源热泵、污水源和水源热泵等。


③适用于应用地热能的区域


我国地热资源较为丰富的省份有西藏、云南、广东、河北、天津等地,以地热能为主要热源的供热技术适合在这些地区发展。


三、清洁能源供暖技术环境效益及经济效益


1.清洁供暖技术能耗分析


(1)一次能源利用率


采用一次能源利用率计算各供热方式单位供热面积年标准煤耗量,各利用率如下:


5.jpg

▲ 供热技术一次能源利用率


(2)单位供热面积年标准煤耗量


根据各种供热技术的一次能源利用率,得到各供热方式单位供热面积年标准煤耗量。统计如下表:


6.jpg

▲ 供热技术单位供热面积年标准煤耗量


7.jpg

▲ 供热技术单位供热面积年标准煤耗量


2.清洁供暖技术环境效益分析


在供热系统中,由于热源的燃料主要是煤炭、燃油、天然气等,因此在供热的过程中不可避免的产生排放污染物,对环境造成影响。在国家大力提倡环保的情况下,供热系统的节能减排是十分重要的,故评估系统对环境的影响也是必要的。要以单位供热面积烟尘、二氧化硫、氮氧化物的年排放量作为指标对各项供热技术进行环境效益比较分析。


8.jpg

▲ 供热技术单位供热面积污染物排放量


超净排放的燃煤热电机组,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度在烟气中氧体积分数为6%条件下,分别不高于5、35、50毫克/立方米。若使用可再生能源发电逐步替代燃煤热电机组,单位供热面积污染物排放量变化如图5所示。


1.png

▲ 可再生能源发电用于供暖后污染物排放变化


据《2017~2021年中国供热行业市场深度调研与发展趋势预测研究报告》数据,2016~2017年北方供暖季集中供暖面积69.63亿平方米,城乡建筑取暖总面积为206亿平方米。未实现集中供暖的区域,若不用散煤燃烧取暖,而是采用热电联产机组于可再生能源发电相结合的方式供热,则产生的污染物减排量如下表所示。


10.jpg

▲ 潜在集中供暖区域污染物减排量(单位:万吨)


3.清洁供暖技术经济性分析


(1)分散式电取暖


实施分散式供暖,较为适合电采暖的方式主要有三种:空气源热泵-地暖、直热式电暖器和蓄热式电暖器。设定计算模型,计算得到的分户电取暖方式对比情况如表3与表4所示。


11.jpg

▲ 不同电取暖方试供暖季总耗电量(单位:千瓦时)


12.jpg

▲ 不同电取暖方式供暖季电费支出(单位:元)


直热式电采暖设备耗电量大、采暖成本高,不适宜做大规模推广使用;蓄热式电采暖设备初投资小,在采暖季的电费支出较低,而空气源热泵设备投资较大,但运行成本与蓄热式电暖器相当,且其运行灵活,便于安装,也较适合在城镇家庭及我国非集中供暖区域进行分布式应用。


(2)集中式电取暖


对比天然气锅炉与蓄热式电锅炉的供暖成本,燃气锅炉供暖临界天然气价格为1.67元/立方米,蓄热式电锅炉临界电价为0.149元/千瓦时。


13.jpg

▲ 蓄热锅炉与电锅炉供暖成本对比


因此大规模推广燃气供暖与电锅炉供暖需要各级政府对此提供足够的财政补贴,使天然气和电价低于临界值。


(3)电能替代清洁供暖初步规划


农村地区实行电能替代清洁供暖是一个持续逐步推进的过程,“煤改电”初步阶段,在严禁散煤燃烧降低污染物排放的前提下,为保障农村居民日常生活,保障冬季供暖,可以先行推广低污染的型煤和生物质燃料作为替代。


我国各区域典型城镇及农村居民年人均可支配收入见表5,收入及电采暖成本对比情况如图7、图8所示,其中2018年至2030年收入按每年递增6.5%计。测算年运行成本边界条件如表6所示。


14.jpg

▲ 我国各区域典型城镇及农村居民年人均可支配收入(单位:元)


15.jpg

▲ 运行成本边界条件


16.jpg

▲ 华北、中南及华东地区收入与成本对比


17.jpg

▲ 东北及西北地区收入与成本对比


对经济收入较高的城镇居民来讲,限制电采暖推广的因素不是投资,而是现有采暖设备的更换及配套输电线路的改造。随着农村电网改造计划的推进,到2020年我国农村地区也将基本实现稳定可靠的供电服务全覆盖,为电能替代取暖推广提供基础设施保障。


采暖经济性较好的蓄热式电暖器更适用于收入相对较低的农村地区,根据图7、图8可以看出,华北、中南及华东地区农村居民当前已具备采用电能替代实现清洁供暖的经济条件;代表东北地区的黑龙江省预计到2023年具备经济可行性;代表西北地区的甘肃省预计到2028年具备经济可行性。


根据上述对比分析,可以对电能替代取暖的推广作出初步规划:


(1)城镇及农村地区要在1年内完全实现低污染型煤或生物质燃料替代劣质散煤燃烧;


(2)城镇地区1~2年逐步推广电锅炉或分散式电取暖,3~4年内在适宜地区基本实现电能替代清洁供暖;


(3)农村地区根据经济可承受能力,华北、中南及华东地区已具备经济可行性;经济可承受能力较低的黑龙江省和甘肃省将分别在5、10年后具备可行性。


4.农网改造“十三五”规划


电能替代清洁供暖实现程度也取决于农网改造等基础设施推进程度。新一轮农网改造主要目标:


第一阶段,到2017年底完成中心村电网改造,实现平原地区机井用电全覆盖,加快西部及贫困地区农村电网改造升级;


第二阶段,到2020年,全国农村地区要基本实现稳定可靠的供电服务全覆盖,供电能力和服务水平要明显提升,农村电网供电可靠率要达到99.8%,综合电压合格率要达到97.9%,户均配变容量不低于2千伏安,电能在农村家庭能源消费中的比重要大幅提高。


经测算,一个农村家庭蓄热式电暖器功率为7.2~9.9千瓦,1台3匹的空气源热泵功率为2.105千瓦,5匹的功率为3.675千瓦。因此,电能替代清洁供暖技术的推广将会使户均配变容量的需求变大,对农网改造指标的要求更高。


四、电能替代供暖技术应用建议


实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大。结合我国当前以煤为主的能源结构,合理推进电能替代清洁供暖发展,对实现节能减排,建立宜居社会,具有重要参考意义。


当前散煤一直是分户取暖的主要燃料,烟尘排放量可达1.1千克/吨,而超低排放的电厂仅为0.08~0.24千克/吨,是造成大气污染和雾霾天气的主要原因之一。目前我国北方未实行集中供暖的居住面积为136.37亿平方米,若这部分地区采用热电联产燃煤锅炉和可再生能源发电供暖,每年供暖季将会减排烟尘3.15万吨、二氧化硫17.82万吨、氮氧化物26.13万吨。


国家及各地方政府推出一系列的清洁供暖发展政策、补贴政策,鼓励实行电能替代清洁供暖,蓄热式电锅炉、热泵以及蓄热式电暖器等是电能替代清洁供暖的主要技术路线。


在具备技术可行性的前提下,经济可承受能力和农村基础设施改造进度成为限制推广电能替代清洁供暖的主要制约因素。


东北和西北地区居民经济可承受能力较弱,预计分别在5、10年后具备条件。根据我国当前农网改造计划,预计“十三五”末将普及2000伏安的用电能力,但与实现电能替代所采用电蓄热和热泵技术相比,仍不匹配。


结合农村地区经济发展趋势和基础设施改造规划,探索一条“清洁燃料替代-电能替代示范区域建设-电能替代全面推广”的发展道路,基于前述研究结果,形成建议如下:


1.立足本地资源禀赋,鼓励可再生能源发电规模较大的地区实施电供暖。在新疆、甘肃、内蒙古、河北、辽宁、吉林、黑龙江等“三北”可再生能源丰富的地区,充分利用存量机组发电能力,重点利用低谷时期的富余风电,推广电供暖,鼓励建设具有蓄热功能的电供暖设施,促进风电和光伏发电等可再生能源电力消纳。


2.加强电能替代供暖技术创新以及现有电采暖技术升级和安全性、稳定性提升。集中攻关煤炭高效清洁利用、高效热泵技术等关键设备,为推进电采暖提供技术支持。


3.以清洁化供暖为目标,更要坚持因地制宜,保证居民可承受。在城镇地区推行电能替代的实施难度较低,进程较快,而农村地区应用则有一定的阻力,建议在确保民生取暖有保障的前提下,渐进式推广电能替代清洁供暖技术。


(1)建议在全面控制散煤燃烧的前提下,对暂时不具备电能替代技术改造的地区,尤其是农村地区,用高质量、低污染的型煤或生物质燃料代替散煤燃烧,保障供暖季居民正常生活;


(2)建议针对上述未实施燃煤替代的地区进行电能替代供暖技术可行性方案论证,确立经济条件较好、基础设施建设较为完善的区域开展电能替代清洁供暖示范区建设,制定实施计划,提高技术适用性和经济可行性,加快改造进程;


(3)根据试点区域电能替代实施效果,积累经验、查找问题,完善规划方案,进而全面推行合适的电能替代供暖技术,提升清洁供暖占比。


4.建议各级政府要针对电能替代供暖技术的应用制定与本区域经济发展水平相匹配的补贴政策,精准高效利用财政资金。


(1)建议实行电采暖设备投资补助;


(2)建议在供暖季要对居民用电进行补贴。完善峰谷分时制度和阶梯价格政策,创新电力交易模式,健全输配电价体系等方式,降低清洁供暖用电成本;


(3)农村地区居民收入较城镇居民有一定差距,建议针对农村地区的电价补贴政策要更加多样化;


(4)随着我国城镇和农村居民收入的提高,电力市场得到充分发展与完善,建议逐步取消清洁供暖补贴,全面实现市场化。


5.提升居民建筑节能标准。对未采取保温措施的建筑及农村地区房屋进行节能改造推广,提升能源利用效率。


6.持续进行农村电网升级改造工作,增大户均配变容量。华北地区若采用蓄热式电暖器和空气源热泵分别至少需要7.2千瓦和2.1千瓦电功率;东北及西部寒冷地区,蓄热式电暖器和空气源热泵需要9.9千瓦和3.7千瓦电功率。建议在农网改造升级工作中,结合电采暖方式,优化设计相应地区的农网改造容量,满足电能替代清洁供暖技术应用需求,并建议农村电网改造的增容费用由政府承担,减少农村居民电能替代清洁供暖投资。


7.借助优化营商环境政策,争取清洁供暖用电分户计量,实现精准补贴。根据国务院办公厅《关于印发全国深化“放管服”改革转变政府职能电视电话会议重点任务分工方案的通知》(国办发〔2018〕79号),能源局印发的《用户“获得电力”优质服务情况重点综合监管工作方案》和国家电网及南方电网有关文件,我国将推行由电网公司承担低压电力接入的全部投资,建议将清洁供暖设备接入纳入优化电力营商环境范畴,推动清洁供暖设备分户计量,依据“谁受益、谁买单”的原则,由地方财政补贴电网公司,在符合条件的地区推行清洁供暖。

最新评论
0人参与
马上参与
最新资讯