電采暖對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響與適應(yīng)性分析

安佳坤, 齊曉光, 習(xí) 朋, 馬國真, 朱俊棟,崔立飛, 趙海東, 呂 航

1.國家電網(wǎng)河北省電力有限公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院 石家莊 050000 2.國家電網(wǎng)河北省電力有限公司 石家莊 050000 3.國家電網(wǎng)保定供電公司 河北保定 071000

1 研究背景

煤炭是北方地區(qū)冬季取暖的主要燃料之一。隨著化石能源的日益枯竭及節(jié)能減排形勢的日益嚴(yán)峻,為減少環(huán)境污染,煤改電等電能替代技術(shù)取得了顯著發(fā)展[1-2]。

文獻(xiàn)[3-6]分析了蓄熱式電暖器、蓄熱式電鍋爐、蓄熱地板等不同類型電采暖的方式及特點,并對其經(jīng)濟性和運行效果進行了研究。文獻(xiàn)[7]分析了煤改電接入前后負(fù)荷特性的變化。文獻(xiàn)[8]分析了煤改電接入后農(nóng)村電網(wǎng)的規(guī)劃方法。文獻(xiàn)[9-12]以天津、黑龍江、北京、新疆等地為例,對煤改電實施情況進行了分析。文獻(xiàn)[13-15]對煤改電與風(fēng)電、光伏等新能源的綜合利用情況進行了研究。

筆者從電采暖類型、實施流程、政策等方面總結(jié)煤改電實施流程,分析煤改電對配套電網(wǎng)建設(shè)改造的影響及技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境適應(yīng)性,同時結(jié)合實際工程開展情況,探討煤改電推進中存在的問題,并提出相關(guān)發(fā)展建議。

2 電采暖發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 電采暖類型

根據(jù)不同的供熱形式,電采暖可分為集中式和分散式。其中:集中式電采暖包括普通式、蓄熱式等電鍋爐和空氣源、水源、地源等集中式熱泵;分散式電采暖包括直接加熱的直熱式電暖器、戶用空氣源熱泵、電熱膜、發(fā)熱電纜,以及間接加熱的蓄熱式電暖器、戶用蓄熱式電鍋爐等,如圖1所示。

空氣源熱泵由于經(jīng)濟、清潔的優(yōu)勢,在采暖期短、熱負(fù)荷低、室外空氣溫度較高的南方地區(qū)應(yīng)用較廣。地源熱泵和蓄熱式電鍋爐由于效率較高、經(jīng)濟性較好,在集中供暖或整村改造地區(qū)應(yīng)用較多。蓄熱式電暖器具有安全、可靠、可調(diào)控性強、可分戶計量等突出優(yōu)勢,適用范圍較廣,應(yīng)用潛力較大。

圖1 電采暖類型

2.2 電采暖實施流程

實施電采暖將對電網(wǎng)、用戶產(chǎn)生較大影響。以蓄熱式電暖器應(yīng)用為例,實施電采暖需要完成配套電網(wǎng)建設(shè)改造、采暖設(shè)備購置安裝、房屋節(jié)能保溫修繕等多項工作。電采暖具體實施流程如圖2所示。

圖2 電采暖實施流程

(1) 配套電網(wǎng)建設(shè)。農(nóng)村居民大規(guī)模、密集式實施電采暖,將迅速、顯著提升地區(qū)負(fù)荷水平,由此需要建設(shè)和改造各電壓等級配套電網(wǎng),以滿足負(fù)荷要求。

(2) 設(shè)備購置安裝。實施電采暖后,戶均負(fù)荷顯著增大,傳統(tǒng)戶線型號、截面大多不能滿足用電需求,需要進行相應(yīng)改造。

(3) 房屋保溫修繕。實施電采暖需要對農(nóng)村房屋進行保溫修繕,以保證采暖效果,具體包括外墻增設(shè)保溫層和更換保溫門窗等。同時,傳統(tǒng)農(nóng)戶多為單相用電、無接地模式,而隨著電采暖負(fù)荷的激增,為保障用電安全,需要對電氣設(shè)備外殼、戶內(nèi)線路、房屋等加裝接地線和接地裝置,開展房屋接地改造。

2.3 政策現(xiàn)狀

宏觀形勢上,國家下發(fā)了《京津冀大氣污染防治強化措施(2016～2017年)》和《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》,明確提出了京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)細(xì)顆粒物年均濃度下降指標(biāo),并要求相關(guān)省市大力推進農(nóng)村電采暖和城區(qū)氣代煤工程,這標(biāo)志著京津冀地區(qū)乃至全國電采暖進入快速發(fā)展時期。

建設(shè)改造補貼方面,以北京市出臺的補貼政策最為完善,對電網(wǎng)10 kV以下配套電網(wǎng)改造項目給予30%資金支持,電網(wǎng)公司承擔(dān)70%。同時,由區(qū)縣政府組織實施房屋節(jié)能保溫修繕,并承擔(dān)戶內(nèi)線改造和房屋保溫修繕費用。此外,對電采暖設(shè)備購置給予2/3資金補貼,用戶承擔(dān)1/3。

在運行電價費用方面,居民在采暖季可享受峰谷電價,部分地區(qū)還可享受政府電價補貼。以北京為例,低谷時段電價為0.3元/kWh,優(yōu)惠時段為21:00至次日6:00,電采暖用戶在享受低谷電價的基礎(chǔ)上,還可享受0.2元/kWh的政府補貼,農(nóng)戶自己僅承擔(dān)0.1元/kWh的電價。

3 電采暖負(fù)荷對配套電網(wǎng)的影響

電采暖實施后,將對電網(wǎng)規(guī)劃、運行、建設(shè)產(chǎn)生重要影響。各階段工作均需相應(yīng)性修訂,以滿足電采暖負(fù)荷發(fā)展的需求。

第一,電采暖改變了各地區(qū)負(fù)荷預(yù)測信息和電力電量平衡,需要修訂電網(wǎng)規(guī)劃方案。

現(xiàn)有電網(wǎng)規(guī)劃和負(fù)荷預(yù)測均依據(jù)自然增長的負(fù)荷信息,未考慮電采暖負(fù)荷的大規(guī)模、集中式、爆發(fā)式接入。電采暖實施后,部分地區(qū)負(fù)荷激增,甚至可能翻倍。分地區(qū)負(fù)荷預(yù)測、電力平衡、各電壓等級電網(wǎng)規(guī)劃容量均需相應(yīng)修訂,以滿足電采暖的負(fù)荷需求。

第二,電采暖改變了各地區(qū)冬夏季負(fù)荷差、冬季最大負(fù)荷時點、峰谷差等,使進一步優(yōu)化電網(wǎng)運行成為可能。

隨著冬季采暖負(fù)荷的增大,電網(wǎng)冬夏負(fù)荷差額減小,甚至可能冬季最大負(fù)荷高于夏季,這對于平衡季節(jié)性負(fù)荷、提高設(shè)備全年平均利用效率具有積極意義。此外,基于蓄熱式電暖器的電采暖工程可以在夜間用電低谷時運行蓄熱,白天用電高峰期停運散熱,減小日負(fù)荷峰谷差,減輕調(diào)峰壓力。同時,蓄熱式電暖器作為一種儲能設(shè)備,具有參與需求側(cè)響應(yīng)的潛力和優(yōu)勢,使基于蓄熱式電采暖的優(yōu)化運行成為可能。

電采暖實施后,冬季最大負(fù)荷時刻可能由現(xiàn)在的18:00左右變?yōu)椴膳?fù)荷大量接入的22:00左右,需要在安排電網(wǎng)運行方式時予以注意。并且,電采暖設(shè)備在22:00統(tǒng)一啟動,峰值用電負(fù)荷將是前一時刻基礎(chǔ)負(fù)荷的2～3倍,沖擊電流較大,容易對電網(wǎng)設(shè)備造成危害,因此需要加強用戶負(fù)荷側(cè)管理,合理安排電采暖設(shè)備啟動時序,選擇恰當(dāng)時間間隔分批啟動,避免出現(xiàn)尖峰負(fù)荷。

第三,電采暖使局部地區(qū)負(fù)荷激增,需要加強配套電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

為滿足煤改電負(fù)荷接入需求,需要優(yōu)化電網(wǎng)35 kV及以上項目的建設(shè)時序,新增部分“十三五”規(guī)劃庫外的項目或提前開展部分項目,以滿足電采暖實施規(guī)模和實施時間的要求。另一方面,電采暖工程使戶均供電負(fù)荷大幅增長,負(fù)荷密度顯著增大,部分10 kV配變和線路需要更換為大容量配變和大截面型號導(dǎo)線。

電采暖實施后,居民生活對電力的依賴性更強,長時間停電對居民生活將造成重大影響。電采暖區(qū)域的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)加強網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)性和負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力,提高供電可靠性。

4 電采暖適應(yīng)性分析

4.1 技術(shù)適應(yīng)性

目前,清潔取暖最主要的改造方式是煤改電和煤改氣。

實施煤改氣需要在各個農(nóng)村安裝液化天然氣橇裝站,而橇裝站為易燃易爆設(shè)施,安全上可能存在隱患,需要加強配套的消防、供電等安全防護,并需考慮農(nóng)村居民的接受程度。同時,液化天然氣橇裝站主要設(shè)施需與居住區(qū)、工業(yè)企業(yè)、倉庫、電力設(shè)施、鐵路公路等建筑按標(biāo)準(zhǔn)保持一定安全距離,在橇裝站、管網(wǎng)的位置選取上限制條件較多。此外,目前供氣企業(yè)經(jīng)營范圍主要是城市、縣城及周邊區(qū)域,農(nóng)村供氣企業(yè)較少,在后期運營維護中可能存在成本高、無經(jīng)驗、不穩(wěn)定、服務(wù)人員缺乏等問題,增加后期運營成本。

相對于煤改氣,國家電網(wǎng)目前已建成省、市、縣、村各級全面覆蓋的電力供應(yīng)、設(shè)備維護、市場運營等服務(wù)網(wǎng)絡(luò),有足夠的運維能力有效保障廣大農(nóng)村地區(qū)各種供電負(fù)荷的安全穩(wěn)定運行。并且,電能相較天然氣,具有排放少、傳輸安全等優(yōu)勢。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電比重提高,電能的清潔優(yōu)勢可進一步提升。但長期以來,農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展緩慢,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為薄弱。若實施煤改電,需要大力開展10 kV及以下配套電網(wǎng)工程建設(shè),部分區(qū)域甚至還需要新增500 kV、220 kV或110 kV變電站布點?？梢?相對于煤改氣,煤改電投資壓力較大。

4.2 經(jīng)濟適應(yīng)性

電采暖工程投資涉及初始設(shè)備投資和日常運行維護兩方面,由此可見,電采暖工程若想順利開展,需要用戶、企業(yè)和國家三方面的積極參與和協(xié)調(diào)支持配合。

在用戶層面,根據(jù)試點建設(shè)情況,電采暖戶均初始設(shè)備建設(shè)成本需2.14萬元,運行成本每采暖季戶均需0.25萬元。其中,初始設(shè)備成本包括兩方面。一是房屋節(jié)能保溫修繕戶均1.14萬元。外墻保溫修繕按戶均80 m2、1 m2投資80元考慮,門窗保溫修繕按戶均25 m2,1 m2投資200元考慮。二是采暖設(shè)備購置安裝戶均約1萬元。戶均采暖面積80 m2、最大采暖負(fù)荷9 kW,需配置蓄熱式電暖器不超過三臺,單臺蓄熱式電暖器最大功率3.2 kW。采暖設(shè)備購置需戶均8 500元,戶表以下線路改造按1 500元考慮。運行成本按照戶均采暖電量8 000 kWh、1 kWh電量0.31元測算。

據(jù)調(diào)研,農(nóng)村居民燃煤每供暖季戶均燃煤約2.5 t,按照600元/t測算,戶均采暖成本0.15萬元,相比電采暖具有較大的經(jīng)濟優(yōu)勢。可見,為保證電采暖順利實施,必須出臺足夠的電采暖補償政策,以調(diào)動用戶積極性。

在企業(yè)層面,推廣實施電采暖,需大力加強配套電網(wǎng)建設(shè),增強網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)率和負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力,保障供電能力和供電可靠性。電網(wǎng)企業(yè)是實施電采暖配套電網(wǎng)工程的建設(shè)主體和投資主體。據(jù)初步估計,僅10 kV及以下電網(wǎng)投資戶均需1.8萬元,增大了電網(wǎng)企業(yè)的投資壓力。

此外,電采暖項目涉及的征地拆遷、環(huán)境影響評估等前期工作,不僅需要一定的投資金額,而且將占用大量時間。為保障電采暖項目,特別是部分規(guī)劃提前或新增布點項目的順利實施和有效落地,需要政府相關(guān)部門的支持和協(xié)調(diào),以提高電采暖實施效率。

在社會層面,實施電采暖后用戶可以根據(jù)自身具體需要調(diào)整供熱量,解決了傳統(tǒng)集中供熱模式難以按需供熱的問題,有助于推動用戶自覺節(jié)能,減少整個社會的資源消耗。同時,分布式電源接入地區(qū)實施電采暖,還能夠促進新能源的就地消納,減少棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象,進一步提高社會效益。

然而,電采暖的推廣實施將給政府帶來較大的資金壓力。按照房屋節(jié)能保溫修繕戶均定額補貼1萬元、電采暖設(shè)備購置戶均定額補貼1萬元、10 kV及以下電網(wǎng)投資補貼30%、電價1 kWh補貼0.2元測算,政府每戶初始資金補貼2.54萬元、運行資金補貼0.16萬元。按照1個地市15個縣,平均每縣400村、每村400戶統(tǒng)計,電采暖推廣1個地市需初始資金補貼609.6億元,同時每年補貼運行資金38.4億元,對政府而言,資金壓力巨大。

4.3 環(huán)境適應(yīng)性

根據(jù)北京市統(tǒng)計局、國家統(tǒng)計局北京調(diào)查總隊對京津冀污染的調(diào)查分析報告,燃煤產(chǎn)生的污染物是造成河北大氣污染的重要原因。實施電采暖,將有效減少燃煤污染物的排放。按照1 t煤減排2.493 t二氧化碳、0.68 t粉塵、0.075 t二氧化硫和0.037 5 t氮氧化物測算,每戶每采暖季減排6.23 t二氧化碳、1.7 t粉塵、0.19 t二氧化硫和0.09 t氮氧化物,每市將減排1 496萬t二氧化碳、408萬t粉塵、45萬t二氧化硫和22.5萬t氮氧化物,具有較大的環(huán)保優(yōu)勢。

綜上所述,電采暖實施具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢,但同時也將給配套電網(wǎng)建設(shè)、政府企業(yè)投資帶來較大挑戰(zhàn)。因此,綜合現(xiàn)有電網(wǎng)供電能力、工程建設(shè)能力和政府企業(yè)財政能力等多方面因素,合理、有序地確定電采暖實施規(guī)模,是確保電采暖工程順利開展的重要環(huán)節(jié)。

5 工程中存在的問題

5.1 用戶方面

(1) 煤改電確村確戶工作的約束性有待加強。根據(jù)各地區(qū)煤改電實際實施經(jīng)驗,實施過程中存在部分地點變?yōu)闊崃蛱烊粴夤┡那闆r,確村確戶名單多次變化,影響配套電網(wǎng)建設(shè)。

(2) 部分地區(qū)采暖效果不理想。農(nóng)村居民用戶住房多為非節(jié)能建筑,無保溫層,頂高窗大,部分煤改電用戶室溫在9～14 ℃,外墻普遍沒有保溫改造,冬季取暖效果不理想。

5.2 項目實施方面

(1) 煤改電設(shè)備類型眾多,用電負(fù)荷差異較大。部分地區(qū)煤改電實施過程中,未明確居民電采暖設(shè)備類型、戶均配置臺數(shù)、用電功率等,較難科學(xué)確定配套電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),存在電采暖設(shè)備形式變化、設(shè)備功率超出或低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的可能性。

(2) 工程審批慢,影響項目進度。煤改電工程涉及市城管局或區(qū)城管局、建設(shè)規(guī)劃許可等多項審批,審批部門多,流程長,約為2個月,影響施工周期。同時工程涉及的占地協(xié)調(diào)均由街道居委會、村委會落實,施工占地協(xié)調(diào)困難,在組立電桿、搭設(shè)架構(gòu)等施工過程中頻繁受阻,造成工期延誤。

5.3 政策方面

(1) 大規(guī)?？沙掷m(xù)運行機制尚不成熟。目前,河北省政府對用戶電價補貼政策暫定3年,3年以后的補貼政策與措施尚不明確。并且隨著煤改電、煤改氣規(guī)模的擴大,單靠政府補貼的模式,難以長期可持續(xù)實施。

(2) 能源依賴增加,供應(yīng)能力不足。以河北南網(wǎng)為例,網(wǎng)內(nèi)裝機不足,迎峰度冬期間存在一定的電力缺口。根據(jù)電力平衡測算,2017年冬季河北南網(wǎng)仍有200 MW左右的最大供應(yīng)缺口,煤改電新增負(fù)荷在500 MW左右,需要通過臨時交易等方式予以滿足。

6 相關(guān)建議

6.1 加強溝通協(xié)調(diào)

宜制定自上而下的煤改電常態(tài)溝通對接機制,明確政府、供應(yīng)商、用戶與供電企業(yè)的四方對接關(guān)系,按照政府主導(dǎo)、企業(yè)實施、用戶配合的工作原則,統(tǒng)籌推進房屋節(jié)能保溫改造、戶內(nèi)線改造、電采暖設(shè)備購置及配套電網(wǎng)改造等工程,確保煤改電工作全環(huán)節(jié)高效運轉(zhuǎn)。

6.2 構(gòu)建長效運行機制

構(gòu)建跨省跨區(qū)可再生能源交易,購入低價新能源電力,供應(yīng)煤改電用戶,使電力公司購電成本降低。在用戶承擔(dān)電價不變的基礎(chǔ)上,降低政府補貼費用,實現(xiàn)煤改電補貼的長效運行。

6.3 提前開展確村確戶工作

建議按照宜電則電、宜氣則氣的原則,明確各階段煤改電區(qū)域、電采暖設(shè)備類型、容量規(guī)模等。對集中供暖和供氣難以覆蓋的區(qū)域,按照整村推進的原則和規(guī)模實施電采暖。同時盡量避開美麗鄉(xiāng)村、中心村等已實施整村改造的村落,避免大拆大建和投資浪費。

7 總結(jié)

筆者結(jié)合煤改電工作的開展情況,分析了煤改電接入對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響,開展了技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境三方面適應(yīng)性研究,總結(jié)了煤改電工程實施中存在的問題,并提出了相應(yīng)建議,有助于煤改電等電能替代技術(shù)的發(fā)展。