基于電能替代應(yīng)用的分析

崔戰(zhàn)濤

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司，寧夏石嘴山753000）

基于電能替代應(yīng)用的分析

崔戰(zhàn)濤

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司石嘴山供電公司，寧夏石嘴山753000）

分析了當(dāng)前開(kāi)展電能替代的目的、意義及其后續(xù)的發(fā)展；對(duì)我國(guó)當(dāng)前開(kāi)展的電能替代方式進(jìn)行了描述，介紹了天津地區(qū)當(dāng)前開(kāi)展的電能替代項(xiàng)目，并對(duì)西北地區(qū)實(shí)施電能替代項(xiàng)目進(jìn)行了分析。

電能替代；以電代煤；以電代油；充電樁

1 引言

能源是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類(lèi)文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源應(yīng)用的改進(jìn)和更替。隨著新一輪能源的變革，安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保的能源供應(yīng)與利用，成為了人們共同關(guān)心的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)三十多年的改革開(kāi)放，中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，取得了舉世矚目的成就，已經(jīng)發(fā)展為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，中國(guó)也變成了世界第二大能源生產(chǎn)國(guó)和第一消費(fèi)國(guó)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求越來(lái)越大，國(guó)家能源安全與環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題日益突出。

我國(guó)是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，燃煤排放的二氧化碳、氮氧化合物、煙粉塵等是空氣當(dāng)中的主要污染物。2014年，我國(guó)石油和天然氣的對(duì)外依存度分別達(dá)到了59.5%和32.2%，能源安全問(wèn)題形勢(shì)嚴(yán)峻。與此同時(shí)，近年來(lái)我國(guó)環(huán)境污染事件頻發(fā)，霧霾天氣越來(lái)越多，嚴(yán)重?fù)p害了人們健康，以PM2.5 為例，50%－60%的 PM2.5 來(lái)自于自燃煤，20%－30%的PM2.5來(lái)自燃油。電能在終端消費(fèi)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換效率和排放顯著優(yōu)于煤和油，煤炭就地轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行集中排污治理的環(huán)保效果顯著優(yōu)于分散燃燒。通過(guò)實(shí)施“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來(lái)”等能源消費(fèi)新模式，能夠有效解決目前存在的問(wèn)題。

2 電能替代的方式

2.1 以電代煤

當(dāng)前以電代煤的方式較多，主要涉及分散電采暖、熱泵、蓄熱式電鍋爐、電窯爐、電蒸汽發(fā)生器、蓄冷空調(diào)、農(nóng)村家庭電氣化、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施、綜合型電能替代等。

2.1.1 分散電采暖

電采暖是通電后能將電能向熱能轉(zhuǎn)換并輻射熱量的采暖技術(shù)。所謂分散電采暖，即將小容量的電采暖設(shè)備，如電熱膜、發(fā)熱電纜、碳晶電熱板、相變蓄能電暖氣等分散安裝在建筑室內(nèi)，達(dá)到供暖的目的，可廣泛應(yīng)用于居民樓、學(xué)校醫(yī)院等場(chǎng)所。

電熱膜技術(shù)最先開(kāi)始于美國(guó)，近二十年來(lái)迅速發(fā)展，幾乎應(yīng)用于各類(lèi)建筑中，在北歐、韓國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)普遍應(yīng)用。我國(guó)的電熱膜制造工藝已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，技術(shù)成熟。

發(fā)熱電纜供暖系統(tǒng)起源于芬蘭，在歐洲、北美等世界60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)廣泛應(yīng)用，1992年進(jìn)入我國(guó)，在部分城市有所應(yīng)用。

碳晶電熱板供暖系統(tǒng)起源于2004年，目前主要推出的有碳晶墻暖技術(shù)、電熱板技術(shù)等。

電熱膜技術(shù)

發(fā)熱電纜技術(shù)

碳晶電熱板

2.1.2 熱泵

熱泵是利用低溫?zé)嵩?，回收其中的熱量，?jīng)過(guò)壓縮機(jī)升溫升壓后向建筑物供熱的技術(shù)。一般熱泵可以“一機(jī)兩用”，即冬季供暖，夏季制冷。按照低溫?zé)嵩吹姆N類(lèi)不同，熱泵可以分為水源熱泵、地源熱泵和空氣源熱泵。熱泵具有可再生、高效節(jié)能、環(huán)保無(wú)污染、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。

地源熱泵是一種利用地表淺層地?zé)豳Y源的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，它由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成，以巖土體、地下水或地表水為低溫?zé)嵩吹墓峥照{(diào)系統(tǒng)。

水源熱泵將地下水資源或部分地表水作為熱泵的冷熱源，海水熱泵、污水熱泵和工業(yè)廢水熱泵應(yīng)用較廣泛。

空氣源熱泵以豐富的空氣資源作為低溫?zé)嵩?，它包括大型冷風(fēng)熱泵機(jī)組、VRV熱泵空調(diào)系統(tǒng)及熱泵空調(diào)機(jī)。凡是具有良好空氣獲取能力及適當(dāng)安裝空間的建筑均可使用空氣源熱泵。

2.1.3 電鍋爐

電鍋爐是采用電阻式和電磁感應(yīng)式加熱器，將電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，電鍋爐分為直熱式電鍋爐和蓄熱式電鍋爐兩種。

直熱式電鍋爐沒(méi)有蓄熱裝置，占地面積小，沒(méi)有污染物排放，但運(yùn)行費(fèi)用較高。

蓄熱式電鍋爐采暖是在夜間谷電時(shí)段，利用電加熱鍋爐產(chǎn)生熱量，然后將熱量蓄積在蓄熱裝置中（目前蓄熱方式主要包含熱水蓄熱和鎂砂固體蓄熱），在白天用電高峰時(shí)段，停止電鍋爐運(yùn)行，利用蓄熱裝置向外供熱，以達(dá)到轉(zhuǎn)移高峰電力、節(jié)省電費(fèi)、減輕電力負(fù)荷和降低設(shè)備容量的目的。

2.1.4 電窯爐

電窯爐是一種電加熱窯爐，利用逆流工作原理，窯爐是用耐火材料砌成，用以煅燒物料或燒成制品的設(shè)備。與爐窯相比，電窯爐控制溫度準(zhǔn)確度更高，且完全不需要進(jìn)行預(yù)熱，節(jié)省成本，無(wú)污染無(wú)公害，主要應(yīng)用于耐火材料、陶瓷、玻璃、金屬熱處理等。目前，拖拉機(jī)、汽車(chē)工業(yè)70%－80%的零部件需要進(jìn)行熱處理加工，刃具、工具和軸承產(chǎn)品都需要進(jìn)行熱處理，電窯爐發(fā)展前景良好。

2.1.5 蓄冷空調(diào)

根據(jù)蓄冷介質(zhì)的不同，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)可分為水蓄冷和冰蓄冷。

水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)是以水為介質(zhì)，將低電價(jià)時(shí)夜間電網(wǎng)多余的谷段電力與水的顯熱相結(jié)合來(lái)蓄冷，以低溫冷凍水形式儲(chǔ)存冷量，并在用電高峰時(shí)段使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水來(lái)作為冷源的空調(diào)系統(tǒng)。

冰蓄冷空調(diào)技術(shù)是利用夜間電網(wǎng)谷電運(yùn)轉(zhuǎn)制冷主機(jī)制冷，并以冰的形式儲(chǔ)存，在白天用電高峰時(shí)將冰融化提供給空調(diào)用冷，從而避免中央空調(diào)爭(zhēng)用高峰電力調(diào)節(jié)負(fù)荷，能節(jié)約能源。冰蓄冷空調(diào)可廣泛應(yīng)用于飯店、商場(chǎng)、賓館、辦公樓等用電高峰和冷負(fù)荷高峰基本一致且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合。

2.2 以電代油

當(dāng)前，以電帶油的方式主要涉及電動(dòng)汽車(chē)和電氣化軌道交通等。

電動(dòng)汽車(chē)是指全部或部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車(chē)，具有起步快、污染物零排放等特點(diǎn)，一般充一次電可以行使80km－160km，可滿(mǎn)足城市出行需要。

電氣化軌道交通包括城市軌道、電氣化鐵路等，以電能作為驅(qū)動(dòng)力，減少了石油的使用量，從而降低交通對(duì)石油的依賴(lài)。

3 天津地區(qū)的做法

按照國(guó)務(wù)院大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃要求，天津市面臨著2017年凈削減煤炭消費(fèi)總量1000萬(wàn)噸，“煤改燃”帶來(lái)天然氣供應(yīng)缺口不斷加大等清潔能源發(fā)展新問(wèn)題。當(dāng)?shù)仉娏疽浴懊禾肯麥p和散煤治理等形成的既有市場(chǎng)，及新項(xiàng)目電能應(yīng)用等形成的新增市場(chǎng)”這兩個(gè)市場(chǎng)為核心，積極推進(jìn)能源清潔化。

3.1 以電代煤工作的開(kāi)展

天津市煤炭消耗總量5338萬(wàn)噸。其中，供熱用煤1022萬(wàn)噸，占19%；工業(yè)用煤1300萬(wàn)噸，占24%；發(fā)電用煤2746萬(wàn)噸，占51%。2014年底，天津市10蒸噸及以下的燃煤鍋爐有4155臺(tái)，共10129蒸噸。其中，在環(huán)城四區(qū)、遠(yuǎn)郊區(qū)縣和濱海新區(qū)的有4060臺(tái)，共9824蒸噸，占97%。按照京津冀大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃要求，到2017年，城郊、區(qū)縣全面淘汰10蒸噸及以下燃煤鍋爐。

案例：小站鎮(zhèn)閥門(mén)工業(yè)園位于津南區(qū)小站鎮(zhèn)東部地區(qū)，有閥門(mén)企業(yè)76家，原有沖天爐81座，年耗標(biāo)準(zhǔn)煤23400噸，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為了環(huán)境治理和減少煤炭消耗，政府部門(mén)和電力企業(yè)共同實(shí)施了小站東部地區(qū)“煤改電”工程。

天津市天一閥門(mén)有限公司地處小站鎮(zhèn)轄區(qū)，是專(zhuān)門(mén)從事閥門(mén)鑄造的廠家，一直靠?jī)膳_(tái)5噸的沖天爐進(jìn)行鑄造。2014年初該公司投資1000萬(wàn)元，對(duì)原有沖天爐進(jìn)行拆除，新上3噸電爐，新建1座2500千伏安變電室。

投入生產(chǎn)后有五個(gè)方面發(fā)生明顯的變化：①產(chǎn)品成品率提高15個(gè)百分點(diǎn)；②產(chǎn)品產(chǎn)量提高170%以上；③年減少標(biāo)煤1500噸，改善環(huán)境；④企業(yè)節(jié)約人工80%；⑤產(chǎn)品利潤(rùn)提高3－5倍。電窯爐和燃煤爐的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如表1所示。

表1 天一閥門(mén)廠電窯爐、燃煤沖天爐經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.2 以電代油工作的開(kāi)展

天津市以電代油工作，特別是電動(dòng)汽車(chē)推廣方面形成了政府倡導(dǎo)、電力企業(yè)主導(dǎo)，多部門(mén)配合的態(tài)勢(shì)。

在電動(dòng)汽車(chē)推廣初期，電力企業(yè)多次與對(duì)應(yīng)的政府部門(mén)對(duì)接，在新市場(chǎng)拓展和大氣污染治理等方面與政府達(dá)成共識(shí)，形成了由政府無(wú)償劃撥土地，由電力企業(yè)出資建設(shè)大型充換電站；由公交公司出資購(gòu)置城市公交電動(dòng)汽車(chē)，公交公司負(fù)責(zé)公交車(chē)輛運(yùn)維，供電公司負(fù)責(zé)充換電站運(yùn)維的建設(shè)運(yùn)行模式。

案例：天津市河西區(qū)津門(mén)湖電動(dòng)汽車(chē)充換電站建設(shè)項(xiàng)目

津門(mén)湖電動(dòng)汽車(chē)充換電站項(xiàng)目于2013年9月30日開(kāi)工，同年12月31日建成，項(xiàng)目總投資1.02億元。該站占地面積5063m2，建有綜合樓一座，總面積3148m2。設(shè)有變電室、監(jiān)控室、商用車(chē)換電區(qū)、電池檢測(cè)和維護(hù)區(qū)等5個(gè)功能區(qū)。平行設(shè)置4個(gè)換電工位，運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)48人，可為120輛電動(dòng)公交車(chē)提供換電服務(wù)。

該電動(dòng)汽車(chē)充換電站具有以下特點(diǎn)：

（1）采用毗鄰公交首末車(chē)站一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了換電零距離，更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，減少建設(shè)用地50%。

（2）使用在線動(dòng)力電池檢測(cè)維護(hù)技術(shù)和電池均衡技術(shù)，可延長(zhǎng)電池壽命30%。

（3）采用第三代換電機(jī)器人、應(yīng)用動(dòng)力電池柔性頂桿的鎖止解鎖技術(shù)，使換電速度更快，平均換電時(shí)間8分鐘。

（4）對(duì)應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)采用輕量化設(shè)計(jì)，每車(chē)配備5大4小共9箱320安時(shí)電池，車(chē)輛滿(mǎn)載后行駛里程不小于120公里。百公里平均運(yùn)營(yíng)費(fèi)用僅為傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的55%。

（5）從2014年4月30日開(kāi)始至今2016年4月30日共為3路共計(jì)90輛純電動(dòng)公交車(chē)提供換電服務(wù)141079次，日均換電189次，服務(wù)車(chē)輛總行駛里程950.63萬(wàn)公里，減少燃油消耗2795噸，減少二氧化碳排放8905噸。

（6）同時(shí)具備給個(gè)人用戶(hù)提供私家車(chē)快（慢）充電服務(wù)功能。

目前該充換電站運(yùn)行狀況良好，日常運(yùn)維由國(guó)網(wǎng)天津市電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)公司委托第三方進(jìn)行。私家車(chē)用戶(hù)服務(wù)電價(jià)為1.7元／千瓦時(shí)，實(shí)際運(yùn)行電價(jià)執(zhí)行大工業(yè)電價(jià)。

4 電能替代在西北地區(qū)，尤其是寧夏推廣的思考

我國(guó)西北地區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量豐富、全年日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)極具優(yōu)勢(shì)。寧夏地處西北地區(qū)，全區(qū)煤炭探明儲(chǔ)量300多億噸，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量2020多億噸，儲(chǔ)量位居全國(guó)第六位。第二產(chǎn)業(yè)中電解鋁、鐵合金、碳素制品、碳化硅、電石、金屬鎂等產(chǎn)品的生產(chǎn)極具規(guī)模。截止目前，全區(qū)太陽(yáng)能光伏發(fā)電規(guī)模已達(dá)495萬(wàn)千瓦，根據(jù)自治區(qū)政府批復(fù)的《寧夏2015年－2020年光伏園區(qū)規(guī)劃》，到2020年底，寧夏風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模超過(guò)1100萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能裝機(jī)規(guī)模超過(guò)1000萬(wàn)千瓦。

4.1 以新能源代替用戶(hù)自備電廠

鐵合金等高耗能產(chǎn)業(yè)需要豐富而價(jià)廉的電力資源。隨著國(guó)家嚴(yán)格控制“兩高一資”產(chǎn)品出口措施的實(shí)施，鋼鐵企業(yè)去產(chǎn)能、全球經(jīng)濟(jì)下滑等因素影響，相關(guān)企業(yè)經(jīng)營(yíng)困難。以高耗能產(chǎn)業(yè)為支柱的寧夏、內(nèi)蒙、甘肅地區(qū)也不例外。

為了降低電價(jià)成本，高耗能企業(yè)除了在大規(guī)模新建用戶(hù)產(chǎn)權(quán)高電壓等級(jí)的變電站以外，近年來(lái)隨著煤炭?jī)r(jià)格的降低，又開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)自備電廠。

近年來(lái)西北地區(qū)“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，2015年，全國(guó)平均棄風(fēng)率達(dá)15.2%，甘肅棄光率達(dá)到40.2%。寧夏2015年棄風(fēng)率達(dá)18%，棄光率為8%；2016年上半年寧夏棄風(fēng)率為21%，棄光率達(dá)11%。

電價(jià)是最好的市場(chǎng)杠桿，也是最壞的杠桿。如果政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)能夠引導(dǎo)光伏、風(fēng)電發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)與高耗能企業(yè)對(duì)接，用富裕的太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電量替換用戶(hù)自身自備電廠的電量，可以實(shí)現(xiàn)目前的供需平衡。對(duì)于政府而言控制了溫室氣體排放，減輕了環(huán)境壓力；對(duì)新能源企業(yè)而言，提高了經(jīng)濟(jì)收入，不至于設(shè)備空置；對(duì)于高耗能企業(yè)而言減輕了企業(yè)負(fù)擔(dān)；對(duì)電網(wǎng)企業(yè)而言，提高了銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。是一個(gè)各方均受益的共贏戰(zhàn)略。

4.2 以電代油

當(dāng)前西北地區(qū)城市規(guī)模和一線城市比較普遍不大，日常出行半徑均在電動(dòng)汽車(chē)的范圍之內(nèi)。應(yīng)積極與政府相關(guān)部門(mén)接觸，借鑒天津市模式：政府無(wú)償劃撥土地，電力企業(yè)積極申請(qǐng)資金建設(shè)充換電站實(shí)體，公交公司購(gòu)置電動(dòng)公交汽車(chē)。實(shí)現(xiàn)企業(yè)與政府共贏的目的。

電能替代工作既是國(guó)家能源消費(fèi)革命、促進(jìn)節(jié)能減排、服務(wù)城市建設(shè)的重大戰(zhàn)略，也是電力企業(yè)應(yīng)對(duì)售電市場(chǎng)增速下滑、增加售電增量、支撐發(fā)展的重要舉措。以上僅為個(gè)人的一些見(jiàn)解和拙見(jiàn)，如有不妥之處，盡請(qǐng)批評(píng)指正。

［1］國(guó)家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)司.中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2013.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2013.

［2］電能替代的幾種形式.中國(guó)電力企業(yè)管理，2015，（2）：12－21.

［3］國(guó)網(wǎng)天津市電力公司.電能替代技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，2015.

［4］劉素伊，張金偉，許 芳.電能替代對(duì)霧霾的影響分析.硅谷，2014，（19）：168－168.

Analysis of the application based on electric energy substitution

CUI Zhan－tao

（Shizuishan Power Supply Company，State Grid Ningxia Electric Power Company，Shizuishan 753000，China）

The purpose and significance of doing electric energy substitution at present as well as its developing prospects are presented.The electric energy substitution modes at present in China are described.The electric energy substitution project being carried on at present in Tianjin area is also described.The implementations of doing electric energy substitution in the Northwest China are given.

electric energy substitution；replacing coal by electricity；replacing oil by electricity；charging pile

TM614

A

1005—7277（2016）05—0009—04

崔戰(zhàn)濤（1981－），男，工程師，寧夏石嘴山供電公司職工，從事繼電保護(hù)等技術(shù)工作和調(diào)度及配網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)等技術(shù)管理工作。

2016－08－01