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电代煤清洁供暖技术经济性对比

发表日期:2018/9/27 10:28:38 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

当前,我国大气污染形式严峻,大量散烧煤、燃油消费是造成严重雾霾的主要因素之一。我国每年散烧煤约7~8亿吨,主要用于采暖小锅炉、工业小锅炉(窑炉)、农村生产生活等领域,约占煤炭消费总量20%。大量散烧煤未经洁净处理就直接用于燃烧,致使大量大气污染物排放。电能具有清洁、安全、便捷等优势,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。

习近平于2016年12月21日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个问题都是大事。推进北方地区冬季清洁取暖,关系到北方地区广大群众温暖过冬,关系到雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针,宜气则气,宜电则电,尽可能利用清洁能源,加快提高清洁供暖比重。

1  我国电代煤清洁供暖技术对比

1.1  蓄热式电锅炉

电锅炉采暖是直接将电能转换为热能的供热形式,加热方式主要有电磁感应和电阻(电加热管)两种。目前电锅炉基本上以电阻式管状电热元件加热方式为主,但其热效比(电能转换成热能的效率)不超过1。

电蓄热技术是将谷电或弃风弃光电转换成热能储存起来,通过交换装置全天24小时连续释放供热。目前蓄热式电锅炉已模块化,可进行任意规格组合。蓄热电锅炉具备电热采暖的所有优点,还可以消化低谷电和弃风弃光电,有利于解决采暖季节电网电力平衡问题,也降低了供热用电成本。

1.2  热泵

热泵技术是经过电力驱动压缩机使热媒反复相变,将周围环境中的低品位热能转变成高品位热能,以实现供热的技术。根据提取能量的环境不同,热泵可以分为空气源热泵、污水源热泵、地源热泵等。热泵实质上是一种热量提升装置,热能是从环境中提取的,电能主要消耗在驱动压缩机的过程中,因此,热泵技术除了具有电热采暖的全部优点外,最大的优点是极大地提高了能效比(可达2~6倍以上)。

按照技术特点,不同热泵的使用都有一定的限制条件:空气源热泵受地区气温变化影响较大,热泵设备的选择非常关键,必须充分考虑地区气温适用范围;污水源热泵主要受污水量限制,供热面积有限;水源热泵需要打井并且进行回灌,容易造成地下水污染和水资源管理失控;地源热泵虽然不影响地下水,但是打井多,占地面积大,建设投资大。另外,水源热泵和地源热泵多年使用后,很容易发生地温平衡被破坏的情况,效能递减,目前已有数个热源井报废的案例。

1.3  电代煤供暖技术特点对比


2  我国电代煤清洁供暖政策

2.1  国家政策

2016年5月16日,国家发展改革委、国 家能源局、财政部、环境保护部、住房城乡建设部、工业和信息化部、交通运输部、中国民用航空局出台了《推进电能替代指导意见》,提出总体目标:2016—2020年,实现能源终端消费环节电能替代散烧煤、燃油消费总量约1.3亿吨标煤,带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9%,带动电能占终端能源消费比重提高约1.5%,促进电能占终端能源消费比重达到约27%。

在存在采暖刚性需求的北方地区和有采暖需求的长江沿线地区,在燃气(热力)管网无法达到的老旧城区、城乡结合部或生态要求较高区域的居民住宅,推广蓄热式电锅炉、热泵、分散电采暖。在农村地区,以京津冀及周边地区为重点,逐步推进散煤清洁化替代工作,大力推广以电代煤。在新能源富集地区,利用低谷富余电力,实施蓄能供暖。在城市大型商场、办公楼、酒店、机场航站楼等建筑推广应用热泵、电蓄冷空调、蓄热电锅炉等,促进电力负荷移峰填谷,提高社会用能效率。

2.2  地方政策

例举3个地区的政策如下:

1) 北京

鼓励使用低温空气源、地源热泵、太阳能加辅助能源等系统。各区推广热泵和“多能联动”类设备要不低于本区取暖设备的80%。

北京市对20蒸吨以上燃煤锅炉按照原规模改造工程建设投资30%比例安排补助资金。

北京市电采暖低谷用电优惠办法:低谷用电优惠时间每年11月1日起至次年3月31日止;低谷优惠时段为晚23:00至次日早7:00。低谷电价一律按0.2元/kW·h(含三峡建设基金和城市公用事业附加费)计费。

2) 山东

山东省电采暖客户享有一定电价优惠政策,每度电享受0.3元的优惠。目前,济南市“煤改电”居民电采暖初装费10%~20%的补贴政策。

3) 山西

对采暖“煤改电”:一般工商业用户执行峰谷分时电价;居民用户,设备购置费用由省、市两级财政各补贴1/3,两级补贴总额最高不超过20 000元/户;省、市两级财政对采暖季低谷时段电价各补贴0.1元/度;对学校、养老院等非营利性公益事业单位,设备购置费用由省、市、县三级财政各补贴1/3;对全省高速公路服务区(收费站管理办公区),改造投资由省级财政在项目完成后,按投资额的平均水平给予10%的奖补。

3  我国电代煤清洁供暖现状

3.1  蓄热式电锅炉

2016年11月15日,由中广核节能公司投资建设的共100万平米供暖面积的河北农业大学煤改电蓄热供暖项目,开始为该校东校区共42万平米面积的居民供暖,这标志着目前国内最大的煤改电蓄热供暖单体项目成功投运。此外,西校区58万平米将于年底前实现电蓄热供暖。项目的建成投产,将为我国北方地区电能替代业务的规模化发展提供示范和借鉴。

中广核河北农业大学电蓄热项目采用高压电极锅炉+蓄热技术建设两座供热站,装机容量72 MW,蓄热水量8 000立方米,蓄热量约40 MW,替代原有10台燃煤锅炉共计88蒸吨,供暖面积100万平方米,覆盖河北农业大学东、西校区全部教学楼、宿舍、家属住宅楼,保障着河北农业大学4万余师生冬季采暖需求。项目利用低谷期电能进行局域集中供热的方式,年用电量约4 600万度。

3.2  空气源热泵

随着北京煤改电试点工程成功建设,对周边甚至更广阔地区,起到极大辐射作用,空气源热泵北方市场大爆发,市场销量成倍增长。2017年,北京市农村地区将完成700个村庄住户的“煤改清洁能源”工作任务;2016—2017年度天津市武清区农村地区取暖“煤改电”工程,约有10.9万户使用空气源热泵,2017年10月30日前完成安装调试;河北省政府出台《关于加快实施保定廊坊禁煤区电代煤和气代煤的指导意见》,到2017年10月底前,禁煤区完成除电煤、集中供热和原料用煤外燃煤“清零”,禁煤区实施“煤改电”“煤改气”将能享受到一系列补贴支持政策;山西省财政积极筹措资金年初预拨资金3 750万元,对太原、大同、平遥古城5 000户“煤改电”试点户进行补贴,今明两年将有109个村、2.2万户居民享受到电采暖带来的舒适安全;山东省确定5个试点县(市、区)、12个试点镇名单,开展农村供暖试点……

经历市场选择,空气源热泵采暖成为北方农村清洁供暖的最佳解决方案。随着2017年政府节能产品采购清单的公布,原本处于观望状态的品牌纷纷加入煤改电大军,空气源热泵在北方品牌格局进一步加深,竞争呈现白热化状态。

3.3  地源热泵

河北雄县被称为“无烟城”,经过中石化新星公司7年的建设,已建成供暖能力385万平方米、地热供暖覆盖了95%以上的城区,惠及人口近8.9万人,成为我国地热供暖的试验田和推广复制的范本。

在“雄县模式”的引领下,中石化新星公司已在河北省15个市(县)区发展地热供暖面积1200万平方米,业务辐射全国16个省份,地热供暖能力达到4 000万平方米,占全国常规地热供暖的40%,成为全国常规地热开发利用规模最大的企业,年可替代标准煤116万吨,减排二氧化碳300万吨。

3.4  污水源热泵

陕西省西安大兴新区利用西安市第一污水处理厂的再生水,采用水源热泵技术解决新区三民村地区的采暖难题。现在项目已全面建成投用,供热能力达200万平方米,是目前全国单体规模最大的再生水源集中供暖(冷)项目。

该项目利用一级排放水作为热源,污水经过提升泵站后,进入污水换热器,并将污水中的热能传递给中介水,由中介水进入热泵主机进行能量转换,提取的热(冷)量供给建筑物,实现集中供热(冷)。

4  电代煤清洁供暖综合经济分析

由于项目各异,适合的技术方案差异大,且实施地点不同、电价和补贴不同,项目经济性影响因素多,现在以一个案例作为示例,分析电代煤清洁供热方式的经济性。

1) 供暖建筑面积5万m2

2) 项目地点:山西,供暖天数120天;



3) 居民建筑:居民采暖费24元/m2/供暖季,配套费55元/m2,设计平均热负荷50 W/m2;

4) 峰电价0.507元/kw·h,谷电价0.2862元/kw·h;折算日平均电价0.415元/kw·h;

表2中:

1) 蓄热项目投资依据笔者所在公司沈阳某项目实际数据,采用固体电热蓄能装置;


2) 空气源热泵项目投资和运营COP值依据我公司山东某项目数据,项目需采用盾安品牌空气源热泵33台;


3) 地源热泵系统是利用浅层土壤源热泵系统供暖,依据山东某项目数据;


4) 污水源热泵项目投资和运营COP值依据我公司沈阳某项目数据,项目利用污水处理厂中水余热,年需中水86万吨;


5) 这4种电代煤清洁能源供热系统,不一定能在某一个地区同时都能应用,所以对前提条件进行了假设:其中电价采用山西原平地区电价,补贴选择山西的政策,而采暖费等借鉴天津地区项目情况。


6) 上述4个项目均未考虑电力增容投资费用。


7) 未考虑采暖配套费情况是把供热系统设计为城市集中供暖替代热源,随着城市发展,今后集中供热管网可覆盖此建筑。


8) 使用的政策和补贴


a.山西省煤改电补贴:居民蓄热最高设备补贴按设备投资2/3;


b.省、市两级财政对采暖季低谷时段电价各补贴0.1元/kW·h,每个采暖季每户补贴最高不超过12 000 kW·h用电量。


分析4种电代煤清洁能源供热系统:


1) 每平米投资额蓄热电锅炉最小(未包含电力增容费用),空气源热泵次之,污水源热泵随后,地源热泵最大;


2) 系统COP值,地源热泵最高,污水源热泵次之,空气源热泵较低,而电锅炉效率是小于1 的;


3) 蓄热电锅炉可以完全利用谷电,但是地源热泵的运行电费最省;


4) 在无补贴的条件下,有或无配套费,污水源热泵投资回收期均为最短;在有补贴的条件下,无配套费的情况,蓄热锅炉投资回收期最短;


5) 谷电电价补贴对蓄热电锅炉投资回收期影响最大;设备投资补贴对空气源热泵、污水源热泵影响大。


针对山西省“电代煤”政策,对项目投资建议:


1) 山西省“电代煤”项目可优先考虑投资学校、医院、养老院等非营利性事业单位,其设备购置费可全额补助;次之可考虑投资居民项目,设备投资费的2/3可补贴;


2) 由于山西省有峰谷电价,且谷电价还有0.2元/kw·h的补贴,山西省较适合采用谷电蓄热供暖、热泵+蓄热项目;


3) 如当地有地热资源,可考虑地源热泵供暖,供暖运行费用最低;例如:太原、忻州、原平、浑源、定襄等地分布有地热资源。


其他省份也有相关“电代煤”的电价优惠或设备补贴,在此不一一详述,可根据上述案例进行类推。




5 结束语




1) 电代煤清洁能源供热系统具有适应性强,可靠性高,节能等优势,具有较强的运行经济性,特别在治理冬季雾霾具有重大的意义。


2) 国家在“十三五”期间,大力支持电代煤清洁能源供热系统,地方政府也相继出台了相应的补贴政策,并有进一步细化补贴和扩大补贴范围的趋势,发展电代煤清洁能源供热系统是符合国情和顺应市场需求的。


3) 电代煤清洁能源供热系统较多,使用的条件也不一样,各地出台的补贴政策也不相同,需要根据项目所在地的实际情况进行方案甄选,选择最适合当地的电代煤供热系统。

本文选自《制冷与空调》2018年7月刊,作者:黄霞  刘学生  包先斌;未经许可,不得转载


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