北方农村清洁供暖技术经济性研究

2020-12-28尹波张涛张成昱戴吉平李以通

科技资讯 2020年32期

尹波张涛张成昱戴吉平李以通

摘要：我国冬季传统供暖方式造成空气污染严重问题，研究我国常用的供暖技术特点和采用新型清洁能源应用方式十分重要。该文在分析不同清洁供暖技术的特点的基础上，研究包括耦合太阳能的多种情节供暖技术经济性，研究结果表明：不同取暖技术经济性各异。从能耗角度来看，采用太阳能耦合空气源热泵供暖技术的能耗最小。从运行费用来看，运行费用最低的是太阳能耦合空气源热泵供暖技术。从投资费用来看，投资费用最高的是太阳能耦合空气源热泵供暖技术。此外，该文基于电力系统发展经验，提出基于发电企业、电网企业、电供暖企业之间的内部让利机制，通过电采暖设备参与辅助服务市场获得收益，从而降低清洁供暖的电费支出;通过设定区域清洁供暖配额制度，促进可再生能源发电供暖，从而促进清洁能源消纳。

关键词：清洁供暖热泵电供暖经济性

中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）11（b）-0069-05

Abstract： It is very important to study the characteristics of heating technology in China and adopt new clean energy application methods. Based on the analysis of the characteristics of different heating technologies， this paper studies the economics of various heating technologies， which includes coupled solar energy. The results show that different heating technologies economy is different. From the point of view of energy consumption， the energy consumption of solar coupled air source heat pump heating technology is the least. In terms of operating cost， the lowest operating cost is solar coupled air source heat pump heating technology. In terms of investment cost， the highest investment cost is solar coupled air source heat pump heating technology. In addition， based on the experience of power system development， this paper puts forward the internal profit-making mechanism between power generation enterprises， power grid enterprises and electric heating enterprises to obtain benefits through the participation of electric heating equipment in the auxiliary service market， thus reducing the electricity cost of clean heating; and promoting renewable energy power generation and heating through the establishment of regional clean heating quota system， thus promoting clean energy consumption and consumption.

Key Words： Clean energy heating; Heat pump; Electric heating; Economy

我國大气污染严重，散煤燃烧利用是造成北方城市重雾霾天气的主要因素之一。城镇地区以燃煤集中供暖，非城镇地区燃煤分散取暖，主要是采用锅炉、热电联产机组等方式。国家对节能环保越来越重视，清洁供暖对于落实国家能源战略发展具有重大意义[1]。清洁供暖是通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式。清洁供暖的方式多种多样，主要有清洁煤燃烧、生物质、煤改气、煤改清洁电和地热等[2]。

于红等人针对清洁供暖政策补贴难以持续、运行费用高、散煤供暖难以完全替代等问题，提出了可以降低用户取暖能耗相关建议[3]。支国瑞等人调查北方农村燃煤情况，揭示了重灰霾与集中燃煤供暖的时间相关性，建议着重完成对农村能源结构的调整，消除散煤污染排放[4]。李雪玉等人通过研究发现年均雾霾天数与煤炭消费量正相关，并提出相应的治理建议[5]。刘超波等研究分析国外建立完善的法律法规体系和利用清洁能源技术等应对雾霾等环境问题，论述世界散煤治理相关经验，并对我国散煤治理提出具体建议和方针[6]。梁斌等人研究了洁净型煤的燃烧特性，设计并搭建了一套针对正烧类炉具、反烧类炉具和解耦燃烧炉具的评估民用炉具热性能的测试系统[7]。孙澜涛研究了电采暖的临界电价，并提出了推广应用的方式[8]。赵婷婷等人研究了多种供暖方式的经济性，选出适宜的电供暖方案。

综上所述，采取何种能源、何种利用方式极为重要，如何针对一个具体场景选取最适合的供暖方式，具有重要利用价值。该文重点研究了城乡居民清洁供暖的不同方案，并对不同方案进行经济分析，获得不同清洁供暖方案的适应性。

1 我国供暖现状

我国每年消耗散烧煤约7亿t～8亿t，约占煤炭消费总量20%。用于取暖所消耗的标煤占散烧燃烧的一半，农村是散煤的主要应用区域。北方城镇供暖面积呈快速增长趋势。供暖方式包括集中、分散式供暖，其中分散式供暖消耗大量散煤，因此减少小型燃煤锅炉房是实施北方清洁供暖的重要举措。如图1所示，山东省近年各类供暖占比，尽管集中供暖发展较为快速，但散煤燃烧也增长迅速，成本较低的集中供暖方式很受欢迎。针对北方供热污染，清洁供暖以替代散煤燃烧为主，主要是围绕着“煤改电”“煤改气”，对具备电供暖条件的，“宜集中则集中、宜分散则分散”，通过蓄热电锅炉、空气源热泵、热膜、发热电缆、碳晶等多种形式实行清洁供暖。

2 清洁供暖技术

2.1 电供暖技术

电供暖技术即是利用电能转换为热能，电直接取暖方式主要有电锅炉、电暖器、电热膜、电缆加热等。电锅炉以水为介质，通过电加热管使水温升高，从而再室内循环热水释放热能。电暖器、电热膜等是直接在电源上安装散热装置实现室内取暖。其中热泵供暖是电力驱动间接取暖的方式，一般归结为空气能、地热能的利用。从供电可靠性方面来看，在电网检修或电力故障期间，供暖可靠性由电网决定，从而增加供电服务的压力。针对“煤改电”的区域或乡村，将在配电网层面增加电网配套投资。使用电采暖的费用可通过如下公式计算可得：

2.4 太阳能供暖技术

太阳能是一种作为可再生能源越来越受到大家的重视，利用方式包括光伏发电、光热发电、热利用等，由于太阳能的间歇性，一般与不同供暖技术相结合使用，从而提高可再生能源的利用比例。一般包括太阳能辅助电供暖、太阳能辅助空气源热泵、太阳能辅助地源热泵、太阳能辅助燃气供暖、太阳能辅助燃煤锅炉供暖等。

3 清洁供暖技术经济性分析

针对北方某农村住宅，建筑面积为120m2，供暖天为120天，设计热负荷为50W/m2;峰谷电价为0.5 元/kWh和0.3元/kWh，日平均电价为0.4元/kWh，天然气为2.3元/Nm3，燃煤为1.2元/kgce。不同供暖方式热源设备热效率：电采暖技术中电锅炉、电蓄热锅炉、电热膜的热效率分别为0.95、0.90、0.98，燃气热水锅炉热效率为0.88，燃煤锅炉热效率为0.7，冬季空气源热热泵机组平均COP为3.2，冬地源热泵机组平均COP为3.8;对于耦合太阳能系统，假设太阳能设计贡献率为35%。分析各类清洁供暖的技术与使用燃煤锅炉房的经济性，具体见表1。

根据以上案例分析，比较了不同供暖方式的经济性。从能耗角度来看，采用太阳能耦合空气源热泵供暖技术的能耗最小，可见耦合可再生能源可有效减少供暖能耗。能耗最大的是采用燃煤锅炉，主要因为燃煤锅炉的效率最低。从运行费用来看，运行费用最低的也是太阳能耦合空气源热泵供暖技术，最高的是直接采用電锅炉供暖。从投资费用来看，投资费用最高的是太阳能耦合空气源热泵供暖技术，最低的是燃煤锅炉供暖技术。

4 清洁供暖发展建议

4.1 结合电力系统的清洁供暖发展建议

目前清洁供暖技术主要依靠政府补贴得以发展，以北京为例，空气源热泵供暖，其政策补贴费用为0.20元/kWh，电价补贴是推进清洁供暖的有效政策。随着补贴范围的不断扩大，给国家财政带来很大挑战。考虑我国可再生能源发电快速发展，实现发电企业、电网企业、电供暖企业之间的内部让利机制，通过电采暖设备参与辅助服务市场，降低清洁供暖的电费支出，进一步提高清洁供暖的经济性，是一条非常有前景的途径。借助电力交易平台，发电企业和电供暖企业在双方达成交易的电价基础上，采用等额价差联动模式下，让利额叠加在当前终端销售电价下，电供暖项目其全生命周期内运行费用得以降低，有利于电采暖技术的推广应用。在完善电力交易平台的同时，根据可再生能源电力发展态势和自身用电结构，结合目前我国弃风、弃光与弃水情况，近期清洁能源电力供暖交易可考虑以短期集中交易为主，消纳更多新能源。

4.2 清洁供暖配额制的建立

目前国内可再生能源配额制主要目的是建立可再生能源长效消纳机制，促进可再生能源消纳。电力交易买方包括供暖、冶金、制造等行业的众多企业，均在电力市场中竞价购电。同样，供暖作为民生工程，电供暖项目的电价承受能力比其他类型电力用户低，每年用电时间又比较短，可能无法在电力交易中买到足够的弃电或低价电力。因此，建立北方清洁供暖配额制发展模式十分必要。通过设定区域清洁供暖配额，规定一个区域可再生能源供暖、清洁能源供暖、燃煤供暖的能源利用比例，协同发展不同类型能源，在保证低收入人群供暖的前提下，促进可再生能源发电供暖，从而促进清洁能源消纳。

5 结语

我国主要采用燃煤供暖，导致冬季污染严重。该文在分析不同清洁供暖技术特点的基础上，研究包括耦合太阳能的多种清洁供暖技术经济性，研究结果表明：不同取暖技术经济性各异。从能耗角度来看，采用太阳能耦合空气源热泵供暖技术的能耗最小，可见耦合可再生能源可有效减少供暖能耗。能耗最大的是采用燃煤锅炉。从运行费用来看，运行费用最低的是太阳能耦合空气源热泵供暖技术，最高的是直接采用电锅炉供暖。从投资费用来看，投资费用最高的是太阳能耦合空气源热泵供暖技术，最低的是燃煤锅炉供暖技术。此外，该文基于电力系统发展经验，提出基于发电企业、电网企业、电供暖企业之间的内部让利机制，通过电采暖设备参与辅助服务市场获得收益，从而降低清洁供暖的电费支出;通过设定区域清洁供暖配额制度，促进可再生能源发电供暖，从而促进清洁能源消纳。

参考文献

[1] 王惠，李义强，田拥军，等.华北地区农村清洁供暖方式适用性研究[J].建筑节能，2018，46（3）：103-106.

[2] 闫瑞妙.基于节能改造后清洁能源在北方农宅供热系统的应用与研究[D].太原理工大学，2018.

[3] 于红，张一清，宋华岭.山东省城乡居民冬季清洁采暖分析[J].山东工商学院学报，2018（5）：27-33.

[4] 支国瑞，杨俊超，张涛，等.我国北方农村生活燃煤情况调查、排放估算及政策启示[J].环境科学研究，2015（8）：1179-1185.

[5] 李雪玉，杨富强.我国雾霾成因分析及散煤治理建议[J].煤炭加工与综合利用，2017（2）：7-11.

[6] 刘超波，杨芊.世界散煤治理经验对我国散煤治理的启示[J].煤炭加工与综合利用，2016（12）： 6-9.

[7] 梁斌，宋华，白浩隆，等.民用散煤污染治理（Ⅰ）不同炉具燃烧特性的对比试验研究[J].洁净煤技术，2017（4）：89-94.

[8] 孙澜涛.HSNY公司北京市电能替代项目经济分析[D].北京理工大学， 2015.

[9] 赵婷婷.低环境温度空气源热泵（冷水）机组采暖系统绩效评价体系的研究[D].北京建筑大学， 2015.

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[11] 覃露才，孙纪康，陈江娜.北方供热地区清洁供暖规划技术路线与案例[J].煤气与热力，2018（4）： 4-10.