中國分散式民用供熱技術(shù)現(xiàn)狀分析
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分散式電／天然氣供熱可行性分析
電作為一種非常清潔的能源，在采取直接加熱取暖過程中的熱轉(zhuǎn)化效率幾乎可以達到?100％，且沒有任何污染物排放。我國?2018?年的總發(fā)電量高達?7．08?萬億千瓦時，其中燃煤發(fā)電量?4．92?萬億千瓦時，占比達到了?69．5％?左右。相對于化石燃料來說，電是一種高品質(zhì)的能量形式。這種從低品質(zhì)能量到高品質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化過程中，必然伴隨著不可逆的能量損失。即使是目前我國最先進的燃煤發(fā)電廠，其發(fā)電效率一般也不超過?40％。因此從能量利用角度來說，用電來取暖非常不經(jīng)濟。而天然氣雖然在燃燒過程中?SO2和?PM?的排放量極低；但由于其較高的燃燒溫度，會在燃燒中將空氣中的氮氣氧化成?NOx。因而，天然氣也并不是絕對清潔的能源。
煤改電／氣的前提條件分析
采取煤改電／氣的措施來進行散煤污染治理必須首先考慮至少兩個前提條件：是否具有充足的電／氣資源，以及是否具備將其輸送到分散熱用戶的條件。這也是從實際出發(fā)、因地制宜原則的體現(xiàn)。
不具備充足的電／氣資源。以京津冀及周邊地區(qū)為例，國家電網(wǎng)公司在該區(qū)域重點實施城市棚戶區(qū)和農(nóng)村煤改電累計達?126?萬戶時，這種大規(guī)模煤改電已經(jīng)對當?shù)仉娋W(wǎng)運行造成了巨大壓力，甚至使當年區(qū)域電網(wǎng)冬季最大負荷首次超過夏季尖峰負荷，給電網(wǎng)的安全運行帶來隱患。而對于使用天然氣來說，從全國范圍來講，2005—2010?年國內(nèi)天然氣商品量年均增長?17％，而同期天然氣需求量卻增長?26％。預計到?2020?年，天然氣需求量將達到?2?000?億立方米，而同期產(chǎn)量卻只能達到?1?100?億立方米，缺口?900?億立方米。因此，我國的天然氣資源總量不足以支撐全國范圍內(nèi)的大規(guī)模煤改氣工作。
不具備將資源輸送到分散熱用戶的條件。根據(jù)北京市農(nóng)村工作委員會?2013?年?6?月提供的數(shù)據(jù)，北京市遠郊區(qū)縣現(xiàn)有行政村莊?3?590?個，2020?年將整合成?1?906?個。其中，約有?l?409?個村處于平原地區(qū)，497?個村處于山區(qū)。從人口居住集中性、氣源條件、規(guī)劃道路等多種因素初步判斷，即使在北京市平原地區(qū)農(nóng)村也有約?40％—50％?的村莊不具備市政天然氣管道鋪設條件，更不用談那些具有天然地理屏障的山區(qū)村莊。顯然，即使是在集中推行煤改電／氣的京津冀及周邊地區(qū)，部分偏遠鄉(xiāng)村采取包括燃煤取暖在內(nèi)的其他清潔供熱措施也是必要的。
大規(guī)模煤改電／氣的經(jīng)濟成本分析
在電／氣資源充裕并且具備上述前提條件的地區(qū)，能否實行大規(guī)模煤改電／氣的關鍵還取決于在經(jīng)濟上是否可承受這一必要條件。這里的經(jīng)濟主要包括前期電網(wǎng)改造或管道鋪設投資，以及后期取暖設備購買和燃料使用成本兩方面。仍然以煤改電為例，國家電網(wǎng)公司?2017?年為此安排了?310．8?億元專項資金用于煤改電配套電網(wǎng)增容和擴容建設，截至當年?9?月底累計完成京津冀及周邊地區(qū)居民煤改電用戶?175?萬戶，戶均投資達到了?17?760?元。對于煤改氣，北京市昌平區(qū)辛店村和平谷區(qū)蔡坨村分別約有?450?戶和?250?戶居民，而煤改氣涉及的中低壓管道鋪設、低壓調(diào)壓箱建設、燃氣灶具或供暖熱水爐購買等費用均攤到每戶的平均造價分別高達?32?900?元和?34?250?元。這些資金投入都給當?shù)卣拖嚓P企業(yè)帶來了巨大的壓力。
從能量利用系統(tǒng)方面分析，以電為能源的分散式供熱技術(shù)包括利用發(fā)熱電纜、電熱膜、蓄熱電暖器以及各類電驅(qū)動熱泵來供熱，其中應用最廣的是空氣源熱泵技術(shù)。該技術(shù)利用逆卡諾循環(huán)原理，通過輸入電力從低品位的空氣中提取熱能，輸送給供熱裝置使用。與將電能直接轉(zhuǎn)化為熱相比，利用空氣源熱泵有助于提高能效比（COP）。但空氣源熱泵的性能在室外溫度極低的嚴寒和高濕地區(qū)會顯著下降，當溫度為??20℃—0℃時的平均能效比一般不高于?2，因而限制了該技術(shù)可以大規(guī)模使用的范圍。分散式燃氣供熱主要通過燃氣壁掛爐來實現(xiàn)，該技術(shù)較為成熟，產(chǎn)業(yè)支撐和市場化能力較強，用戶接受程度高，在城市煤改氣工程中應用最為廣泛。但典型天然氣壁掛爐的?NOx排放濃度折算成基準氧含量為?9％?時一般不低于?170?mg／m3，這使得該技術(shù)的減排優(yōu)勢在越來越嚴格的低氮排放要求下并不明顯。
煤改電／氣后的燃料成本雖然與用戶的使用環(huán)境、使用要求和使用習慣密切相關，但我們?nèi)匀豢梢詮膯挝粺嶂祪r格的角度來將它們與清潔燃煤取暖進行直觀對比。如表?1?所示，天然氣取暖的燃料成本將是清潔燃煤取暖的?2．27?倍，而采用直熱或蓄熱式電采暖的燃料成本則是清潔燃煤取暖的?3?倍。即使考慮空氣源熱泵技術(shù)的使用，其燃料成本也達到了清潔燃煤取暖的?1．5?倍。因此，為了使煤改電／氣的農(nóng)民用戶在經(jīng)濟上可承受，許多地方政府在電／氣價格和取暖器成本方面進行補貼。例如，京津冀各地政府對于蓄熱電暖器最高補貼?1?200?元／臺，空氣源熱泵最高補貼?25?000?元／臺，并采取居民電采暖低谷價?0．3?元／度的電價，以及運行補貼政策。這不僅給地方財政帶來了巨大的壓力，而且隨著清潔供暖面積的進一步加大，氣量和價格雙吃緊的狀態(tài)可能還會越來越明顯。
綜上所述，煤改電／氣首先需要在電網(wǎng)改造或燃氣市政管道鋪設方面投入大量資金，然后再對煤改電／氣用戶進行供熱設備和燃料使用成本補貼，至少達到或接近傳統(tǒng)燃煤取暖成本的水平才有可能被廣大分散熱用戶所接受。由于每個冬季都需要供暖，那些單靠政府投資和高額財政補貼的實施方案顯然是不可持續(xù)的。例如，山東城鄉(xiāng)居民采暖以燃煤為主，盡管各級政府依靠行政手段出臺了煤改氣／電等清潔供熱補貼政策，但卻難以長期為繼；并且因清潔采暖運行費用高，低收入城鄉(xiāng)居民對煤改氣／電等清潔采暖方式的接受度也較低。因此，煤改電／氣取代散煤的清潔供熱方案只有在資源較豐富、政府有條件、用戶可承受的條件下才可能取得長期效果，“一刀切”的去煤化政策不能完全解決我國的散煤污染問題。