俞文瑾，賈蓉蓉，肖 夏，鄭浩天，胡寶華

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司，陜西 西安 710000；2.南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；3.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210000；4.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢能效測(cè)評(píng)有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)水平的快速增長(zhǎng)，我國(guó)能源消費(fèi)總量逐年上升，散燒煤消費(fèi)量約為7.5 億t／年，散燒煤使用量約占總量的20%［1］。在當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)下，我國(guó)北方地區(qū)的冬季取暖方式仍以散燒煤為主，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)急需調(diào)整與優(yōu)化［2］。近幾年，霧霾已成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，而大量的散燒煤和燃油使用是造成霧霾的重要原因之一［3］。因此，積極推進(jìn)使用風(fēng)能、光伏、核能等綠色能源替代石油、煤炭等化石能源，提升能源消耗中清潔能源的占比，對(duì)于加快能源結(jié)構(gòu)變革、減少生態(tài)環(huán)境污染具有積極意義［4-5］。

為確?！懊焊碾姟奔夹g(shù)與方案的順利開(kāi)展，簡(jiǎn)要梳理干熱巖供暖、污水源熱泵以及蓄熱式電鍋爐這3 種常見(jiàn)的“煤改電”技術(shù)的工作原理、適用范圍及其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析當(dāng)前“煤改電”市場(chǎng)的潛力并提出可行性較強(qiáng)的市場(chǎng)開(kāi)拓策略，為陜西省“煤改電”技術(shù)的順利實(shí)施保駕護(hù)航。

1 陜西省“煤改電”規(guī)模及分類

以電代煤通過(guò)把工業(yè)鍋爐、取暖廚炊等燃煤方式改為用電方式，將直接減少煤用量以及污染物排放量，有助于改善空氣質(zhì)量［6］。陜西省關(guān)中地區(qū)20 t／h以上燃煤鍋爐分類見(jiàn)表1 和圖1。從表1 和圖1 可以看出，陜西省燃煤鍋爐占比最多的行業(yè)為熱力供應(yīng)企業(yè)，其次為化工企業(yè)，分別占到了燃煤鍋爐規(guī)模的67.24%和25.62%。至2018 年起，陜西省加強(qiáng)節(jié)煤改造，以散煤削弱為主，穩(wěn)步推進(jìn)清潔供暖，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)，采取因地制宜、差異化的方式大力推廣干熱巖、污水源熱泵、蓄熱式電鍋爐等清潔供暖模式。

表1 不同行業(yè)“煤改電”（燃煤鍋爐）容量 MW

圖1 不同行業(yè)燃煤鍋爐占比

2 “煤改電”技術(shù)推廣路徑

2.1 干熱巖供暖

干熱巖資源是一種深層地?zé)崮茉?，地殼?nèi)溫度較高的結(jié)晶質(zhì)巖體在放射性物質(zhì)的作用下發(fā)生熱核反應(yīng)并產(chǎn)生大量熱能，隨后通過(guò)地層中的斷裂帶將熱量傳至地面［7］。據(jù)測(cè)算，我國(guó)大陸3～10 km 深處的干熱巖資源共有2.09×1025J，折合約7.149×1014t 標(biāo)準(zhǔn)煤［8］，陜西省尤其是關(guān)中地區(qū)也有豐富的地?zé)豳Y源。

對(duì)于地?zé)豳Y源，我國(guó)主要采取直接利用與梯級(jí)利用相結(jié)合的開(kāi)發(fā)手段。截至2017 年，陜西省共開(kāi)發(fā)淺層地?zé)豳Y源183 處。其中，地下水地源熱泵項(xiàng)目148 項(xiàng)，供暖／制冷面積達(dá)1 121 萬(wàn)m2；地埋管地源熱泵項(xiàng)目33 項(xiàng)，供暖／制冷面積達(dá)190 萬(wàn)m2；中水源、污水源熱泵項(xiàng)目各1 項(xiàng)。此外，陜西省中深層地?zé)豳Y源主要集中在西安、咸陽(yáng)、渭南等地區(qū)，現(xiàn)有溫泉（群）13 處，地?zé)峋?90 眼，開(kāi)采深度達(dá)340～4 500 m，水溫25～128℃。中深層地?zé)豳Y源年開(kāi)采量為10 548 萬(wàn)m3，其中供暖主要集中在咸陽(yáng)、西安、渭南城區(qū)，總供熱面積為2 200 萬(wàn)m2。地?zé)衢_(kāi)發(fā)的早期階段主要集中在溫泉旅游、特色療養(yǎng)等項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷成熟后逐漸應(yīng)用于供暖、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

干熱巖清潔供熱技術(shù)作為清潔、環(huán)保的可再生地?zé)崮茉?，主要具有以下技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。1）普適性：開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源時(shí)鉆孔位置可靈活選定，場(chǎng)地條件的制約性小；2）高效節(jié)能、綠色環(huán)保：可實(shí)現(xiàn)三廢等污染物零排放，一個(gè)2 000 m 換熱孔可以解決1～1.3 萬(wàn)m2建筑的供暖問(wèn)題；3）保護(hù)地下水資源：地?zé)嵯到y(tǒng)不接觸原有的地下水系統(tǒng)，僅利用換熱器管壁與高溫巖層換熱，不影響地下水的正常使用；4）安全可靠、系統(tǒng)壽命長(zhǎng)：開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源時(shí)鉆孔孔徑?。?00 mm）且深度大（大于2 000 m），不影響原有建筑地基，換熱器由耐高溫、耐腐蝕、耐高壓的特種鋼材制造，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50 年；5）投資與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)：目前一次投資成本略高于集中供熱，但是后期運(yùn)行維護(hù)成本僅為集中供熱運(yùn)行維護(hù)成本的一半，從長(zhǎng)期發(fā)展的角度來(lái)看經(jīng)濟(jì)效益更加可觀。

2.2 污水源熱泵

城市污水屬于載熱水體，其水溫相對(duì)較高且一年四季變化的范圍一般在10 ℃以內(nèi)，具有熱容量大且冬暖夏涼的特點(diǎn)［9］。與空氣源、土壤源相比，城市污水換熱設(shè)備一般具有相當(dāng)高的傳熱效率，能夠大大緩解能源資源分配的不均衡問(wèn)題［10］。因此，將城市污水作為熱泵冷熱源代替部分空調(diào)供暖，能夠有效緩解高峰時(shí)段電力資源緊張的局面，具有廣闊的發(fā)展前景。截至2019 年，陜西省污水處理公司已達(dá)298 家，全省污水處理廠提標(biāo)改造率達(dá)70%。到2020 年，陜西省日污水處理量將達(dá)到約464 萬(wàn)t／d，污水源供熱溫差為8 ℃，污水源熱泵的供熱能力為1.05 億m2。

一般來(lái)說(shuō)，污水源熱泵系統(tǒng)的能量來(lái)源為生活和工業(yè)污水，通過(guò)判斷熱泵機(jī)組內(nèi)部制冷劑的狀態(tài)變化來(lái)獲取能量并實(shí)現(xiàn)為建筑物供暖［11］，系統(tǒng)由壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器和冷凝器等主要部件組成，其供熱原理如圖2 表示。

圖2 污水源熱泵系統(tǒng)原理

污水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)在于：1）地域分布范圍廣，城市污水量豐富且覆蓋范圍廣，在污水源附近即可設(shè)置污水源熱泵機(jī)組為所需設(shè)備供能，大大緩解了城市高峰時(shí)段電力負(fù)荷容易超載的壓力；2）節(jié)能高效、綠色環(huán)保，城市污水的水溫一般僅在小范圍內(nèi)波動(dòng)，冬季的污水和夏天的污水一般比氣溫分別高和低10 ℃左右，這部分溫差即可讓污水作為冷熱源分擔(dān)部分耗能，直接降低一次、二次能源的使用量；3）經(jīng)濟(jì)效益顯著，利用污水溫差可以帶來(lái)21～42 J／kg的熱量。另外，與燃煤鍋爐相比，利用污水源熱泵輸送到用戶側(cè)的熱量很大程度降低了設(shè)備耗能與維護(hù)費(fèi)用。

2.3 蓄熱式電鍋爐

電加熱鍋爐的熱效率一般可達(dá)96%以上，且在使用過(guò)程中不產(chǎn)生任何有毒有害氣體，自動(dòng)化程度遠(yuǎn)超過(guò)普通燃煤鍋爐。在電鍋爐裝置的基礎(chǔ)上，蓄熱式電鍋爐增加了蓄熱裝置，不僅具有電加熱鍋爐的優(yōu)勢(shì)，還能響應(yīng)電網(wǎng)公司所提倡的低谷用電號(hào)召，具有調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷、優(yōu)化電能市場(chǎng)資源配置的作用。在使用過(guò)程中，蓄熱電鍋爐將電鍋爐作為熱源，以水作為熱媒加熱并儲(chǔ)存在保溫式蓄熱水箱中，在電網(wǎng)高峰時(shí)段可及時(shí)關(guān)閉電鍋爐，利用提前加熱存儲(chǔ)在蓄水箱中的熱水進(jìn)行供熱［12］，其原理如圖3 所示。

總體來(lái)說(shuō)，蓄熱式電鍋爐主要具有以下技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：1）清潔、綠色、環(huán)保，電鍋爐利用清潔的電能，使用時(shí)不排放任何有毒有害氣體，是各類取暖鍋爐中最為綠色環(huán)保的；2）節(jié)能、高效，蓄熱式電鍋爐在低谷時(shí)段用電，最大程度節(jié)省用電費(fèi)用，熱效率可達(dá)96%以上；3）自動(dòng)化程度高、系統(tǒng)安全可靠，蓄熱式電鍋爐運(yùn)行自動(dòng)化程度遠(yuǎn)高于普通燃煤鍋爐，在特殊情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電保護(hù)，安全性可靠。

圖3 蓄熱式電鍋爐工作原理

3 “煤改電”市場(chǎng)潛力分析與開(kāi)拓戰(zhàn)略

3.1 市場(chǎng)潛力分析

陜西省的取暖方式目前仍以煤炭和天然氣為主，其他能源所占比例較小。燃煤供暖面積約5.4 億m2，其中熱電聯(lián)產(chǎn)約1.1 億m2，燃?xì)夤┡娣e約3.4 億m2，可再生能源、電和工業(yè)余熱供暖面積約0.4 億m2［13］。不同方式的熱取暖面積占總?cè)∨娣e的比重如圖4 所示?？梢钥闯?，陜西省當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)中清潔能源占比仍較低，“煤改電”戰(zhàn)略無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境效益方面考慮都有巨大的市場(chǎng)潛力與發(fā)展空間。

圖4 陜西省供暖能源結(jié)構(gòu)

3.2 客戶細(xì)分戰(zhàn)略

電力作為一種特殊的商品，客戶間存在需求和消費(fèi)能力的差異。電力企業(yè)對(duì)客戶進(jìn)行細(xì)分，有助于實(shí)行針對(duì)不同屬性客戶的戰(zhàn)略性資源配置以及個(gè)性化服務(wù)營(yíng)銷策略［14］。以客戶的商業(yè)價(jià)值對(duì)客戶進(jìn)行分類管理是客戶細(xì)分的基本方法，根據(jù)不同客戶的消費(fèi)需求及其屬性，提供個(gè)性化、針對(duì)化的服務(wù)，有助于提升各類用戶滿意度，建立企業(yè)口碑［15］?；诳蛻艏?xì)分的背景，對(duì)于陜西省“煤改電”市場(chǎng)的開(kāi)拓主要有以下建議及策略。

居民用電市場(chǎng)消費(fèi)能力較弱但人數(shù)眾多，加強(qiáng)峰谷電價(jià)政策宣傳，實(shí)時(shí)峰谷分時(shí)電價(jià)對(duì)于調(diào)整居民用電結(jié)構(gòu)有一定的積極意義，既有助于降低居民用電成本，又能在一定程度上緩解高峰時(shí)段的用電壓力。同時(shí)，電力企業(yè)還可以聯(lián)系小區(qū)居委會(huì)，籌建例如干熱巖供暖等“煤改電”清潔能源示范點(diǎn)，優(yōu)化小區(qū)居民的用電質(zhì)量，以蓄熱式電熱水器和蓄熱式電鍋爐作為居民采暖、供熱水主要熱源，推進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

針對(duì)企業(yè)用電市場(chǎng)，聯(lián)系企業(yè)相關(guān)的負(fù)責(zé)人，推廣污水源熱泵、蓄熱式電鍋爐等“煤改電”方式，為廠區(qū)、商務(wù)用地等使用的電熱鍋爐、蓄熱式電鍋爐、空調(diào)冰（水）蓄冷裝置用電執(zhí)行其他電鍋爐電價(jià)。對(duì)于幾種電采暖客戶采取參與直接交易的方式，例如采暖期用電量在20 萬(wàn)kWh 及以上的包括 “居民、商業(yè)、辦公樓宇、公共場(chǎng)所、政府機(jī)關(guān)、部隊(duì)、學(xué)校、醫(yī)院”各類別中凡采用電（蓄）熱鍋爐、干熱巖、熱泵、電熱膜、碳晶板、空調(diào)等集中式電采暖的用戶均可自主選擇一家售電公司代理參與本次電力直接交易，增加政策給予的補(bǔ)助及優(yōu)惠力度，吸引更多企業(yè)客戶優(yōu)化用電質(zhì)量。

3.3 地域和行業(yè)差異戰(zhàn)略

陜西省不同地域間存在較大差異，“煤改電”市場(chǎng)的推廣以地域差異為落腳點(diǎn)，針對(duì)不同地域不同行業(yè)采用個(gè)性化的推廣策略，主要有以下措施。

采暖是陜西北部、關(guān)中地區(qū)以及陜西南部部分地區(qū)的剛性需求，尤其是學(xué)校、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓等公共場(chǎng)所，可采用電熱膜、碳晶、發(fā)熱電纜等分散電采暖的方式替代傳統(tǒng)的取暖方式；針對(duì)無(wú)法安裝燃?xì)饣蛘邿崃艿某青l(xiāng)接合部等區(qū)域，可推廣熱泵、蓄熱式電鍋爐等清潔采暖方式。

以關(guān)中地區(qū)為主，重點(diǎn)推廣地?zé)崮芄┡?，提高地?zé)崮艿氖褂眯省Ｒ晕靼彩泻臀飨绦聟^(qū)為例、全部新建建筑采用地?zé)崮芄┡貏e是政府可以推動(dòng)公共建筑率先應(yīng)用；針對(duì)2 萬(wàn)m2以上的新建單體建筑面積且滿足集中供暖制冷條件的，應(yīng)采用地?zé)崮芄┡评?；針?duì)社會(huì)投資在1 萬(wàn)m2以上的酒店和商場(chǎng)等公共建筑的，可以優(yōu)先采用地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?；在此基礎(chǔ)上，還可以推進(jìn)老舊建筑建設(shè)一批分布式供暖（制冷）示范項(xiàng)目。

在不同的生產(chǎn)制造領(lǐng)域推廣適宜的用電方式有助于優(yōu)化用電方式。例如，在生產(chǎn)工藝中涉及熱水或熱蒸汽的行業(yè)，可以大力推廣應(yīng)用直熱式用電方式；針對(duì)木材加工或水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)，可逐步推廣采用蓄熱式電鍋爐替代傳統(tǒng)電鍋爐；針對(duì)金屬鑄造加工等行業(yè)，可選擇符合要求的地區(qū)推廣應(yīng)用電窯爐。

4 結(jié)語(yǔ)

陜西省“煤改電”技術(shù)推廣對(duì)于優(yōu)化地區(qū)能源結(jié)構(gòu)，提升地區(qū)用電質(zhì)量具有積極意義?；诋?dāng)前陜西省“煤改電”規(guī)模與現(xiàn)狀，梳理了干熱巖供暖、污水源熱泵以及蓄熱式電鍋爐3 種常見(jiàn)“煤改電”推廣技術(shù)的工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景及其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)陜西省“煤改電”的市場(chǎng)潛力，從個(gè)人用戶與企業(yè)用戶細(xì)分以及地域和行業(yè)差異分類推廣兩方面，提出了開(kāi)拓陜西省“煤改電”市場(chǎng)的可行性建議及實(shí)施策略。