陜西省“煤改電”現狀及市場開拓分析

俞文瑾，賈蓉蓉，肖 夏，鄭浩天，胡寶華

（1.國網陜西省電力公司，陜西 西安 710000；2.南瑞集團有限公司，江蘇 南京 210000；3.國網電力科學研究院有限公司，江蘇 南京 210000；4.國網電力科學研究院武漢能效測評有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著世界經濟水平的快速增長，我國能源消費總量逐年上升，散燒煤消費量約為7.5 億t／年，散燒煤使用量約占總量的20%［1］。在當前的能源結構下，我國北方地區(qū)的冬季取暖方式仍以散燒煤為主，能源消費結構急需調整與優(yōu)化［2］。近幾年，霧霾已成為全社會關注的熱點問題，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，積極推進使用風能、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，對于加快能源結構變革、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與方案的順利開展，簡要梳理干熱巖供暖、污水源熱泵以及蓄熱式電鍋爐這3 種常見的“煤改電”技術的工作原理、適用范圍及其技術優(yōu)勢，分析當前“煤改電”市場的潛力并提出可行性較強的市場開拓策略，為陜西省“煤改電”技術的順利實施保駕護航。

1 陜西省“煤改電”規(guī)模及分類

以電代煤通過把工業(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，有助于改善空氣質量［6］。陜西省關中地區(qū)20 t／h以上燃煤鍋爐分類見表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，陜西省加強節(jié)煤改造，以散煤削弱為主，穩(wěn)步推進清潔供暖，根據不同地區(qū)的特點，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”技術推廣路徑

2.1 干熱巖供暖

干熱巖資源是一種深層地熱能源，地殼內溫度較高的結晶質巖體在放射性物質的作用下發(fā)生熱核反應并產生大量熱能，隨后通過地層中的斷裂帶將熱量傳至地面［7］。據測算，我國大陸3～10 km 深處的干熱巖資源共有2.09×1025J，折合約7.149×1014t 標準煤［8］，陜西省尤其是關中地區(qū)也有豐富的地熱資源。

對于地熱資源，我國主要采取直接利用與梯級利用相結合的開發(fā)手段。截至2017 年，陜西省共開發(fā)淺層地熱資源183 處。其中，地下水地源熱泵項目148 項，供暖／制冷面積達1 121 萬m2；地埋管地源熱泵項目33 項，供暖／制冷面積達190 萬m2；中水源、污水源熱泵項目各1 項。此外，陜西省中深層地熱資源主要集中在西安、咸陽、渭南等地區(qū)，現有溫泉（群）13 處，地熱井490 眼，開采深度達340～4 500 m，水溫25～128℃。中深層地熱資源年開采量為10 548 萬m3，其中供暖主要集中在咸陽、西安、渭南城區(qū)，總供熱面積為2 200 萬m2。地熱開發(fā)的早期階段主要集中在溫泉旅游、特色療養(yǎng)等項目，開發(fā)技術不斷成熟后逐漸應用于供暖、農業(yè)等領域。

干熱巖清潔供熱技術作為清潔、環(huán)保的可再生地熱能源，主要具有以下技術特點及優(yōu)勢。1）普適性：開發(fā)地熱資源時鉆孔位置可靈活選定，場地條件的制約性小；2）高效節(jié)能、綠色環(huán)保：可實現三廢等污染物零排放，一個2 000 m 換熱孔可以解決1～1.3 萬m2建筑的供暖問題；3）保護地下水資源：地熱系統(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：開發(fā)地熱資源時鉆孔孔徑?。?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，使用壽命長達50 年；5）投資與運行經濟：目前一次投資成本略高于集中供熱，但是后期運行維護成本僅為集中供熱運行維護成本的一半，從長期發(fā)展的角度來看經濟效益更加可觀。

2.2 污水源熱泵

城市污水屬于載熱水體，其水溫相對較高且一年四季變化的范圍一般在10 ℃以內，具有熱容量大且冬暖夏涼的特點［9］。與空氣源、土壤源相比，城市污水換熱設備一般具有相當高的傳熱效率，能夠大大緩解能源資源分配的不均衡問題［10］。因此，將城市污水作為熱泵冷熱源代替部分空調供暖，能夠有效緩解高峰時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298 家，全省污水處理廠提標改造率達70%。到2020 年，陜西省日污水處理量將達到約464 萬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。

一般來說，污水源熱泵系統(tǒng)的能量來源為生活和工業(yè)污水，通過判斷熱泵機組內部制冷劑的狀態(tài)變化來獲取能量并實現為建筑物供暖［11］，系統(tǒng)由壓縮機、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)的技術特點在于：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置污水源熱泵機組為所需設備供能，大大緩解了城市高峰時段電力負荷容易超載的壓力；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波動，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部分耗能，直接降低一次、二次能源的使用量；3）經濟效益顯著，利用污水溫差可以帶來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的熱量很大程度降低了設備耗能與維護費用。

2.3 蓄熱式電鍋爐

電加熱鍋爐的熱效率一般可達96%以上，且在使用過程中不產生任何有毒有害氣體，自動化程度遠超過普通燃煤鍋爐。在電鍋爐裝置的基礎上，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，還能響應電網公司所提倡的低谷用電號召，具有調節(jié)電網負荷、優(yōu)化電能市場資源配置的作用。在使用過程中，蓄熱電鍋爐將電鍋爐作為熱源，以水作為熱媒加熱并儲存在保溫式蓄熱水箱中，在電網高峰時段可及時關閉電鍋爐，利用提前加熱存儲在蓄水箱中的熱水進行供熱［12］，其原理如圖3 所示。

總體來說，蓄熱式電鍋爐主要具有以下技術特點及優(yōu)勢：1）清潔、綠色、環(huán)保，電鍋爐利用清潔的電能，使用時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段用電，最大程度節(jié)省用電費用，熱效率可達96%以上；3）自動化程度高、系統(tǒng)安全可靠，蓄熱式電鍋爐運行自動化程度遠高于普通燃煤鍋爐，在特殊情況實現自動斷電保護，安全性可靠。

圖3 蓄熱式電鍋爐工作原理

3 “煤改電”市場潛力分析與開拓戰(zhàn)略

3.1 市場潛力分析

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，其中熱電聯產約1.1 億m2，燃氣供暖面積約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取暖面積的比重如圖4 所示?？梢钥闯?，陜西省當前能源結構中清潔能源占比仍較低，“煤改電”戰(zhàn)略無論是從經濟效益還是環(huán)境效益方面考慮都有巨大的市場潛力與發(fā)展空間。

圖4 陜西省供暖能源結構

3.2 客戶細分戰(zhàn)略

電力作為一種特殊的商品，客戶間存在需求和消費能力的差異。電力企業(yè)對客戶進行細分，有助于實行針對不同屬性客戶的戰(zhàn)略性資源配置以及個性化服務營銷策略［14］。以客戶的商業(yè)價值對客戶進行分類管理是客戶細分的基本方法，根據不同客戶的消費需求及其屬性，提供個性化、針對化的服務，有助于提升各類用戶滿意度，建立企業(yè)口碑［15］?；诳蛻艏毞值谋尘?，對于陜西省“煤改電”市場的開拓主要有以下建議及策略。

居民用電市場消費能力較弱但人數眾多，加強峰谷電價政策宣傳，實時峰谷分時電價對于調整居民用電結構有一定的積極意義，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段的用電壓力。同時，電力企業(yè)還可以聯系小區(qū)居委會，籌建例如干熱巖供暖等“煤改電”清潔能源示范點，優(yōu)化小區(qū)居民的用電質量，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，推進能源消費結構調整。

針對企業(yè)用電市場，聯系企業(yè)相關的負責人，推廣污水源熱泵、蓄熱式電鍋爐等“煤改電”方式，為廠區(qū)、商務用地等使用的電熱鍋爐、蓄熱式電鍋爐、空調冰（水）蓄冷裝置用電執(zhí)行其他電鍋爐電價。對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kWh 及以上的包括 “居民、商業(yè)、辦公樓宇、公共場所、政府機關、部隊、學校、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，增加政策給予的補助及優(yōu)惠力度，吸引更多企業(yè)客戶優(yōu)化用電質量。

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”市場的推廣以地域差異為落腳點，針對不同地域不同行業(yè)采用個性化的推廣策略，主要有以下措施。

采暖是陜西北部、關中地區(qū)以及陜西南部部分地區(qū)的剛性需求，尤其是學校、商場、寫字樓等公共場所，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；針對無法安裝燃氣或者熱力管的城鄉(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。

以關中地區(qū)為主，重點推廣地熱能供暖，提高地熱能的使用效率。以西安市和西咸新區(qū)為例、全部新建建筑采用地熱能供暖，特別是政府可以推動公共建筑率先應用；針對2 萬m2以上的新建單體建筑面積且滿足集中供暖制冷條件的，應采用地熱能供暖制冷；針對社會投資在1 萬m2以上的酒店和商場等公共建筑的，可以優(yōu)先采用地熱能供暖（制冷）；在此基礎上，還可以推進老舊建筑建設一批分布式供暖（制冷）示范項目。

在不同的生產制造領域推廣適宜的用電方式有助于優(yōu)化用電方式。例如，在生產工藝中涉及熱水或熱蒸汽的行業(yè)，可以大力推廣應用直熱式用電方式；針對木材加工或水產養(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；針對金屬鑄造加工等行業(yè)，可選擇符合要求的地區(qū)推廣應用電窯爐。

4 結語

陜西省“煤改電”技術推廣對于優(yōu)化地區(qū)能源結構，提升地區(qū)用電質量具有積極意義?；诋斍瓣兾魇　懊焊碾姟币?guī)模與現狀，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“煤改電”推廣技術的工作原理、應用場景及其技術優(yōu)勢。針對陜西省“煤改電”的市場潛力，從個人用戶與企業(yè)用戶細分以及地域和行業(yè)差異分類推廣兩方面，提出了開拓陜西省“煤改電”市場的可行性建議及實施策略。