江亿院士：大力推广电动热泵是解决供给侧与需求侧热电比不匹配的关键

8月23日，由全国暖通空调学会两委会供暖专委会主办，丹佛斯自动控制管理（上海）有限公司协办，瑞特格（中国）有限公司、安徽安泽电工有限公司

8月23日，由全国暖通空调学会两委会供暖专委会主办，丹佛斯自动控制管理（上海）有限公司协办，瑞特格（中国）有限公司、安徽安泽电工有限公司支持的“清洁供暖技术先行”2017年全国供暖技术学术年会在天津隆重召开。“煤改电”、冬季清洁取暖是最近两年暖通行业最热的话题，有几个问题笔者一直在思索，除了电动热泵技术已经相对完善这个基础条件外，政府及相关机构究竟为什么要大力推进“煤改电”？“煤改电”的意义仅仅是减少冬季雾霾吗？在实际操作中又应该如何更好地实现“煤改电”呢？

对此，中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿在现场一语点出其中要义，热电联产是能源转换效率最高的热源方式，“煤改电”要解决的核心问题是帮助电力调峰，大力推广电动热泵是解决供给侧与需求侧热电比不匹配的关键。

为何要“煤改电”？

据江亿院士介绍，煤改电的重要意义在于以下四方面，分别是解决冬季雾霾、缓解冬季弃风弃光现象、缓解北方冬季热电比不匹配的问题以及改善农民生活。

例如在解决冬季雾霾中，北方冬季燃煤燃烧量仅为当地燃煤总量的20%，但是对雾霾的贡献却为燃煤对雾霾贡献总量的60%，因此，需要重点改造小吨位锅炉以及农村土暖气。北方地区出现弃风弃光现象主要集中在供暖季，原因是热电联产以热电定，不能再为电力调峰。再有就是缓解北方冬季热电比不匹配的问题，由于产业结构调整，用电量下降；冬季最冷季用热量多、用电少，需求侧热电比大于热电联产热电比，电力供应不出去，只好降低供热量以减少发电量，导致热源不足。

现有供热类型例如大型电锅炉、蓄热箱的优点是能够缓解峰谷差、接纳风电；可增加电负荷、减少热负荷，改善热电比；缺点则是浪费了宝贵的电力、高品位能源低品位利用；使用电锅炉时燃煤电厂也在同一个网上运行，相当于30%的热效率被浪费，增加碳排放。江亿院士表示，风电非常宝贵应该珍惜，而不应该被“消纳”。

蓄热式电暖气的缺点也很明显，首先是难以控制室内热量散发的速率；第二是上午室内过热傍晚冷，需要高峰电；此外还包括削峰效果差，运行费用高。

江亿院士对笔者表示，从能源利用率和降低碳排放来看，热电联产是能源转换效率最高的热源方式，其次是热泵。

如何实现“煤改电”？

江亿院士指出，要实现“煤改电”，需要做好利用城市供热网和变“以热变电”为“热点协同”两方面。

在利用好城市供热管网方面，我国城市已建成完善的城市热网系统，是发展热电联产供热的基础条件。江亿院士表示，热网应该用来输送热电联产与工业产生的余热，不应用来输送电热锅炉或燃气锅炉产生的热量。

在变“以热变电”为“热电协同”方面，如何在产热的同时也为电力调峰，江亿院士建议可采取以下四种方式：

1）目前燃煤电厂的调峰方式：改变锅炉供气量，可把发电量将至35%；

2）建大型蓄热罐，实现热点解耦：电力高峰期全负荷发电，低谷期降低主蒸汽量，加大抽气量，发电量将至70%，谷期产热量达最大；

3）建两个大型蓄热罐，分别蓄存供热热量和发电乏汽热量。电力高峰期全负荷发电，并蓄存乏汽热量；电力低谷期抽气供热，并利用电动热泵提升乏汽低温热量至供热要求温度。低谷期发电量可降至35%（发电70%，其中一半用于电动热泵）。

4）必须使供给侧和需求侧的热电比匹配

在供给侧，燃煤热点联产：热电比为1.5~2；燃气热电联产：热电比为0.7~1。

在需求侧，由城市产业结构决定，严寒期热电比为1~5。

例如大同，对外输出电力，全城均由热电联产供热；北京热电联产仅提供20%的供热面积，剩余由燃气燃煤锅炉供应。

江亿院士表示，针对电力调峰和热电比失调两个问题，前者可以依靠热电联产电厂改造，后者可以通过发展电动热泵，解决供给侧与需求侧热电比不匹配的问题，对于燃气热电厂联产和电锅炉需要谨慎使用。

究竟什么样的电动热泵系统最合适？

在阐述“煤改电”的意义、列举“煤改电”的方式方法后，江亿院士重点介绍了能够提供20%~25%供热热源、在“煤改电”中扮演重要角色的电动热泵，并分析了最合适的电动热泵系统。

据悉，电动热泵的特点是希望采用尽可能高的低温热源以及希望产生尽可能低的供热温度，其中，低温热源包括中水、地源和空气源。

因此，从电动热泵热源特点出发的系统形式不能沿用集中供热模式，而是系统应尽量分散：例如分室、分户、分栋，只有中水热泵才需要大集中供热；末端应尽量低温，例如地暖、加大散热器面积；热风优于热水，空气源热泵采用分体机或多联机方式，直接送热风。此外，简化输送环节、降低热源温度、减小系统规模是提高热泵效率的关键。

对于农村煤改电采用的空气源热泵，江亿院士认为，室内采用热风方式好于热水方式。据笔者了解，空气源热泵的热水方式需增加水泵、定压系统，安装调试复杂出故障率高，且冷凝温度要超过50℃；加之系统热惯性大，不适合间歇供热。与之相比，热风方式可改为下送风，冬季热舒适性高，同时具备安装简单、故障率低、冷凝温度可低于40℃、快起快停适于间歇供热的优点。经2016~2017年北京郊区大规模运行结果测试，热水型空气源热泵每平方米用电量为40~60kWh，热风型空气源热泵每平方米用电量为20~40kWh。

中低层地源热泵适用条件及使用效果

经过论证，江亿院士提出，燃煤热电联产热源应为首选，但不应发展燃气热电联产；变“以热定电”为“热点协同”的热电联产方式，同时接纳风电；消费型城市应有20%～25%的供热面积由电动热泵提供热源，且电动热泵热源供热应采用与大型集中供热完全不同的系统架构和运行参数；在农村应推广分室分户的热风型空气源热泵；慎重发展电锅炉和任何直接电热方式的热源。