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华北地区煤改气、煤改电经济性对比及使用建议

原创:牛黎明、文雯 发布时间:2021-12-03

 2020年9月22日,习近平主席在联合国一般性辩论时郑重宣布,中国二氧化碳排放量力争在2030年达到峰值,2060年前实现碳中和。2021年10月26日,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,提出阶段性目标,明确了重点实施碳达峰十大行动,推动重点用煤行业减煤限煤,要求到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%,为实现碳达峰奠定坚实基础。

华北地区人口密集,每年冬季因采暖消耗大量煤炭,对地方生态环境造成一定影响。为解决大气污染问题,国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,北方京津冀及汾渭平原地区积极推进区域散煤治理,于2020年采暖季前已基本完成对生活和冬季取暖散煤的替代。2021年,受国际国内大宗能源商品价格暴涨影响,电力供应一度紧缺,社会整体用能成本上升,国家迅速推出鼓励提高煤炭生产和供应的举措,并用较短时间抑制住了煤炭价格不合理的上涨,但随之而来的是冬季空气质量下降,雾霾天比例上升。因此,在渡过当前能源供应紧张的特殊时期后,燃煤替代将是重现蓝天、实现碳达峰任务的重要工作之一。根据当前主流燃煤替代的方式,对比分析典型地区“煤改气”和“煤改电”的改造和使用费用,本文为今后华北地区燃煤替代方式的选择提供参考意见。

一、取暖方式对比

华北地区属于我国传统供暖区域,一般供暖时间4个月左右。取暖燃料主要包括燃煤、天然气、电、地热能、太阳能、生物质、工业余热等,其中燃煤占比较高。

燃煤取暖主要有四种方式:热电联产、区域锅炉房、散烧煤小锅炉、小火炉。集中利用和清洁改造是燃煤取暖的发展方向。集中利用指通过减少散烧煤,热电联产和大型燃煤锅炉房等方式集中采暖,成为燃煤取暖的主流。清洁改造一方面是指在热电联产和锅炉房等集中采暖方式中实施超低排放改造,使其污染物排放达到/接近燃气取暖的水平;另一方面是指针对民用散煤,制定民用散煤质量标准,推广高效清洁燃烧炉具,尽可能降低污染物排放。

天然气取暖方式主要有四种:燃气热电联产、燃气锅炉房、分户式燃气壁挂炉和天然气分布式能源。

电取暖主要有三种:集中电锅炉、分户式电供暖和热泵。集中电锅炉包括直热式电热水锅炉和蓄热式电热水锅炉;分户式电供暖主要包括电热膜、发热电缆、碳晶电地暖、碳纤维电地暖、蓄热式电暖器;热泵包括空气源热泵、水源热泵和地源热泵。

地热供暖主要有两种:一种是利用浅层地热能(0-200m),以土壤为低温热源,以电能作为驱动能源,即地源热泵;另一种是利用常规(水热型)地热资源,采用人工钻井的方式开采热储中的地热水作为供热系统的热源。

生物质能取暖主要是通过生物质燃料燃烧获取热能的取暖方式。生物质成型燃料主要包括成型压块燃料、成型颗粒燃料,以生物质锅炉为载体作为供热热源。生物质燃气主要指沼气。

太阳能利用主要有发电和光热利用两种形式,太阳能供暖属于光热利用。太阳能供暖需要配备辅助热源,适合与其他能源结合,实现热水、供暖复合系统的应用。

工业余热供暖主要是指工业企业的工艺设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源,利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用,为建筑物供热、提供生活热水。

二、煤改气、煤改电经济性对比

笔者根据公开资料收集整理相关数据,“煤改气”和“煤改电”部分设备和使用方式在能源价格、运行费用等方面的对比表详见附表一。其中,燃气锅炉和燃气壁挂炉的燃料成本分别按工业集中采暖用气价格和居民用气价格取,直热式电锅炉和空气源热泵的电价按峰谷段电价加权值计,蓄热式电锅炉和蓄热式电暖器按谷段电价计。

可以看出,燃气锅炉、燃气壁挂炉和蓄热式电锅炉运行费用相当,蓄热式电暖器的运行费用最低,直热式电锅炉和空气源热泵的竞争力较差。

三、 煤改气、煤改电使用建议

天然气供暖方式以燃气锅炉房和燃气壁挂炉为主。燃气锅炉房供暖面积占天然气总供暖面积的47%,燃气壁挂炉占比为 44%,燃气热电联产占比为 8%,天然气分布式能源占比较少。燃气锅炉房供暖适用于人口密集区域的集中供暖,燃气壁挂炉适用于家庭等分户供暖。天然气采暖升温比较温和,用户反映使用舒适度较高。国内各种天然气取暖技术和设备比较成熟,其中,燃气锅炉和燃气壁挂炉的国产化程度相对较高,但高端产品技术仍有待进步,与国外差距较大。

但“煤改气”受天然气消费的季节性特征影响明显,增加了天然气管网的用气不均匀性,给供气系统的季节调峰带来了较大的压力,其中以华北地区最为显著。据统计,华北地区采暖季高月高日与淡季期低月低日的用气峰谷比在4.5以上,部分地区高达6.5,而且峰谷差(高月高日与低月低日的用气量差)也有逐年增大的趋势。峰谷差比越大,意味着供气方的调峰压力越大。

电制热供暖布置灵活,用户端无污染物排放,适用于热力管网、天然气管网难以覆盖的农村地区。当前,空气源热泵、蓄热式电暖器等已成为“煤改电”清洁供暖政策推广的主流产品。然而,我国北方农村地区户均电网线路容量只有 2-3千瓦,而普通型家用电制热储热供暖装置需达到 9-10 千瓦,大规模高压电制热储热供暖系统则需达到几百千瓦甚至几兆瓦,这就涉及大规模的农村电网增容改造,以及房屋保暖改造等基础设施建设,导致电制热供暖成本较高。

因此建议:

一是根据燃气管网及电网情况选取天然气取暖方式或电采暖方式。集中供热地区适宜“煤改气”,分散地区适宜“煤改电”。

二是“煤改气”和“煤改电”仍比较依赖补贴,需要多措并举降低成本。

附表一

煤改气、煤改电经济性测算表

  

燃气

锅炉

燃气

壁挂炉

直热式

电锅炉

蓄热式

电锅炉

蓄热式

电暖器

空气源

热泵

类型

集中

分户

集中

集中

分户

分户

能源种类

天然气

能源消费量

7.33

5.9

72.4

72.4

28.3

67.9

能源消费量单位

m3/(m2a)

kWh/(m2a)

能源价格

2.49

2.63

0.46

0.31

0.31

0.46

能源价格单位

/m3

/KWh

能源成本(元/m2·a

18

16

33

22

9

31

能源成本占运行费用比例

80%

100%

80%

80%

100%

100%

运行费用(元/m2·a

14.4

16

26.5

17.6

9

31

取样地区

北京城区供暖用气价格

北京城区居民用天然气第一档价格

河北电采暖峰谷段电价加权

河北电采暖谷段电价

河北电采暖谷段电价

河北电采暖峰谷段电价加权

 

 


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