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中國工程院院士、清華大學教授江億解讀“為什么空氣源熱泵被政府認為是煤改電首選？”

發(fā)布時間：2017-03-10   已瀏覽：  次

 中國工程院院士、清華大學教授江億在“2016中國熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟年會及亞洲空氣源熱泵高峰論壇”上演講。本文整理自江教授演講的網(wǎng)絡(luò)公開視頻。

 

現(xiàn)在全國上下都在抓節(jié)能減排、治理霧霾這個事，在這樣的大環(huán)境下空氣源熱泵更顯出他的重要性，也是發(fā)展的大好機遇。政府、老百姓都在談霧霾，那么冬天的霧霾從哪來的?不得不說，老百姓冬季采暖燒煤、燒化石能源是產(chǎn)生霧霾的一個重要原因，冬季采暖那四個月也是霧霾出現(xiàn)的高峰期。所以，治理霧霾，減少冬天采暖燒煤、燒化石能源是一個很重要的途徑。

 另外，我們也不能僅僅只看燒多少煤，還要關(guān)注在哪燒、用什么方式燒，不同的方式燒煤排放的污染物可能會相差10倍!而農(nóng)村燒散煤的排放是最多的。 

比如說，現(xiàn)在北京郊區(qū)農(nóng)戶差不多200萬戶，每年采暖季燒散煤不到400萬噸，但每燒一噸煤排放的污染物是北京四大燃煤電廠燒一噸煤排放的12倍，四大電廠每年燒煤大概在500萬噸，但排放的污染物卻只有郊區(qū)農(nóng)戶燒散煤排放的1/10不到，這也是四大電廠煤改氣后對霧霾問題的解決起到的作用很小的原因。 

而京津冀地區(qū)農(nóng)村散煤冬季的消耗量大概在1800萬噸，產(chǎn)生的污染物是這一地區(qū)燃煤排放污染物的45%。霧霾都知道鋼廠等是燒煤大戶，但農(nóng)戶燒煤已經(jīng)占了燒煤排放的一小半了。所以，取消冬季土暖氣散煤，是治理霧霾的主要措施之一。 

用可再生能源供暖不行 

再說說可再生能源，我們國家這幾年風電、光電沒少發(fā)展，增加量是世界上最快的了，但卻產(chǎn)生了嚴重的棄風棄光的問題。根據(jù)統(tǒng)計，冬天風電的棄風量達到了20%～30%，而像新疆等地可能40%都不能上網(wǎng)，而光電棄的更厲害，所以，不解決棄風棄光的問題，再發(fā)展可再生能源也是一個瓶頸。 

棄風棄光，都說是電網(wǎng)的輸送有問題，不能上網(wǎng)，事實上并不是輸送的問題。我國建的特高壓的西電東輸、北電南輸工程很多都是世界前列的，主要問題是供需之間矛盾不協(xié)調(diào)，是需求側(cè)峰谷差，再加上風電、光電受自然環(huán)境影響，和需求側(cè)不同步，導致巨大的供需矛盾不匹配。 

比如說，京津唐電網(wǎng)需求最大的時候要5200萬千瓦，到了深夜只要3700千瓦，而我國最大風電廠之一的壩上在夜里3點的時候發(fā)電量最大，450萬千瓦，而這時候正是需求側(cè)電負荷需求最小的時候，火電都還用不完，而需求側(cè)最需要電的時候壩上發(fā)電量卻是最低。

這種現(xiàn)象導致了嚴重的棄風棄光現(xiàn)象，因此要解決這個問題必須要協(xié)調(diào)好供、需側(cè)之間的矛盾。而最好的調(diào)節(jié)方法就是用水電，但我國的水電資源都在西南，距離太遠，調(diào)節(jié)起來非常難。 

另外一個調(diào)節(jié)方法是天然氣，但我國天然氣資源緊缺，用來調(diào)峰的天然氣嚴重不足。所以，要解決我國可再生能源利用問題，就要想出電的削峰填谷的方法來。 

根據(jù)我國現(xiàn)實狀況，一條可能的途徑就是在農(nóng)村“煤改電”，利用建筑物本身的熱慣性來蓄能，一方面用電力來供暖，另一方面利用房子的熱慣性直接為力電系統(tǒng)削峰填谷。 

也就是說，在風電、光電充足，而電力負荷低谷時，用電力供暖，當風電、光電不足，電力負荷達到高峰期時，停止電力供暖，利用建筑本身的熱慣性維持室內(nèi)的熱狀態(tài)。這可能是協(xié)調(diào)供、需兩邊矛盾的一種可行方式，而且還可以一石三鳥：通過“煤改電”，來從源頭上治理霧霾;提高農(nóng)戶冬季室內(nèi)溫度，改善生活水平;緩解電力供需的峰谷差矛盾，促進可再生電源的規(guī)模發(fā)展。 

煤改電，其實是煤改空氣源熱泵 

那么直接用電熱行不行呢?最近也有文件建議直接用電鍋爐、電熱膜、電熱纜等，行不行?答案是不行。 

首先，這樣是直接把高品位電力轉(zhuǎn)換為低品位熱量，能源轉(zhuǎn)會效率太低，不僅浪費能源，同時我們知道電生產(chǎn)也是燒煤的，也會造成大量的污染，這都不是好事。 

其次，要在農(nóng)村采暖推廣直接電采暖，需要大規(guī)模增加農(nóng)村電網(wǎng)的供電容量，每一戶的容量要從目前的4～6KW增加到10KW以上，電網(wǎng)改造的投資巨大，至少也是100個億的規(guī)模。 

再次，京津冀地區(qū)有1500萬散煤農(nóng)戶，直接用電采暖的話電力負荷高達1.5億KW，已經(jīng)遠遠超過這一地區(qū)的發(fā)電能力和電網(wǎng)供電能力。我們不能因為現(xiàn)在工業(yè)不景氣，就使勁讓農(nóng)戶去使用電采暖，如果直接電采暖真發(fā)展起來了，問題會很多，我們必須立足在現(xiàn)有電網(wǎng)的供電能力和電源容量的基礎(chǔ)上去考慮問題。 

另外，近年北京郊區(qū)的一些農(nóng)戶也嘗試用蓄熱式電暖氣，但效果不是很好。為什么?電暖氣蓄熱并不能緩慢地釋放，不好控制，老百姓希望白天出去干活時，屋子里溫度不要那么高，能夠省點，但不行，晚上蓄的那點熱，白天一直在釋放，等到傍晚和晚上需要用暖氣的時候，蓄的熱量已經(jīng)不能滿足房間的溫度了，又得重新開電，而這時候又是用電高峰期，電費很貴。

 這種方式既不節(jié)約，也不能調(diào)峰，使用舒適度又差，結(jié)果只能靠1毛一度電的超低電價來維持運行，而這1毛錢完全靠的是國家政府補貼實現(xiàn)的，電力公司怎么算都不夠成本，即使能幫著調(diào)峰也不是這個價，所以完全靠政府補貼扛著去干的事總是不可持續(xù)的，也不可能會長久。

煤改電，絕對不是煤改電熱，而是用電來驅(qū)動空氣源熱泵，這可能是煤改電供暖的最佳方式。

空氣源熱泵采暖技術(shù)已成熟 

很多人說空氣源熱泵采暖的一些技術(shù)問題不好解決，實際上經(jīng)過這幾年企業(yè)的研究，問題都解決的差不多了。比如說室外機結(jié)霜的問題，那是江浙一帶、長江流域的事，到了黃河以北地區(qū)冬季干燥，結(jié)霜已經(jīng)不再是主要問題，而且現(xiàn)在可以通過有效的化霜措施來解決。 

還有說室外溫度太低，空氣源熱泵產(chǎn)品不行。溫差大可以通過雙轉(zhuǎn)子壓縮機等好些技術(shù)，現(xiàn)在可以在-20℃下正常工作，并且能效還很好，COP可以到2.5以上。實際上現(xiàn)在各大檢測實驗室都是照著夏天制冷時的工況一條條檢測的，但在北方地區(qū)冬天使用比夏天重要的多，完全可以取消夏天的那些工況。

空氣源熱泵就是用來冬天供暖的，這樣來看好多矛盾都可以解決了，不然的話夏天要求小壓比，冬天要求大壓比，把壓縮機設(shè)置在兩者中間，怎么弄都不合適，為什么冰箱不用噴氣增焓?因為它就一個工況?？諝庠礋岜弥灰芏觳膳芏嗝《紱]了。 

還有說室內(nèi)不舒服，上熱下冷，這又是被空調(diào)給影響了。因為空調(diào)希望從上面送冷風，所以設(shè)置成掛式的，如果只管冬天供暖，完全可以做成落地的風盤，通過下送風來實現(xiàn)，完全可以消除縱向梯度，甚至下熱上涼，人體感覺最舒適，還沒有吹風感，還沒有冷凝水排水。 

今年北京最低溫達到了-20℃，這是多少年都沒有了的，但通過北京200多家農(nóng)戶使用落地風盤的測試，每戶整個冬季用電量都在2500度左右，室內(nèi)溫度可以在15℃以上，室外溫度在10℃時COP還能在3以上，別說按低價電算，就算按4毛9的農(nóng)用電，也就1000多塊錢，跟燒煤采暖差不多。 

所以說，空氣源熱泵以后不要叫什么熱泵空調(diào)機，直接叫熱泵供暖機或者熱泵熱風機，因為黃河以北缺的是冬天的供熱，夏天制冷的需求并不是很大。 

空氣源熱泵可有效進行電網(wǎng)調(diào)峰

 每臺空氣源熱泵上還可以安裝直接接受電調(diào)控制中心命令的控制器，這個控制器也就幾十塊錢，安裝在空氣源熱泵機組里，然后可以通過手機通訊到村里，通過村里通訊電力載波到家家戶戶。這個控制器可以通過很遠距離的電調(diào)中心直接把命令下到每個村的每臺機器那，使得空氣源熱泵在下面三種狀態(tài)之一運行：1、強行開啟運行;2、強行停止;3、自行控制，根據(jù)意愿調(diào)節(jié)。

這個命令是統(tǒng)一在電調(diào)中心那下的，電調(diào)中心可以根據(jù)電網(wǎng)負荷峰谷變化和風電狀況向各空氣源熱泵機組發(fā)出上述三個任意一個的命令，比如說峰電時就強停，沒人用的時候就強開，一般情況下就放開隨便農(nóng)戶自己調(diào)節(jié)，通過這樣的方式使空氣源熱泵按照電力調(diào)峰的需要運行。 

當然，電力中心也不是隨便強開強停，電網(wǎng)公司要根據(jù)時間和功率對用戶進行經(jīng)濟補償，比如說強開一個小時和強停一個小時，每度電補貼2毛錢，讓用戶有償?shù)貐⑴c到電網(wǎng)調(diào)峰當中去。 

這樣到底有什么樣的效果，我們通過京津唐電網(wǎng)做了一個仿真的案例。京津唐電網(wǎng)周邊農(nóng)戶有600萬戶，總的空氣源熱泵裝機容量是1200萬KW，建筑面積每戶為60㎡，為了維持京津唐電網(wǎng)對周邊農(nóng)戶的電力供應(yīng)，需要188臺300MW的燃煤機組發(fā)電。電調(diào)中心每天每個時段根據(jù)電力負荷強開強停。12月份時農(nóng)戶室內(nèi)的溫度都在18～21℃之間，1月份強開強關(guān)的時候多點，農(nóng)戶家里的溫度也都在15℃以上，2、3月份同樣如此，因此基本不會影響到農(nóng)戶家里的供暖舒適度。 

電網(wǎng)在沒有空氣源熱泵時，每天電負荷曲線都大幅度變化，需要靠火電來進行調(diào)峰，一天里要來回折騰，高效電都在低效運行?，F(xiàn)在這么一調(diào)，天冷時發(fā)電機組要開都是連續(xù)多少天地開，運行就比較高效，電負荷的曲線也成直的了。 

煤改電可少50%的燃煤排放量 

在供暖初期，每天強開的時間為5.4小時，強停的時間為1.8小時，其余時間農(nóng)戶自己控制;在供暖中期時，由于進入嚴寒每天強開強停的時間多點，平均每天強開6.2小時，強停7.1小時;而在采暖末期，強開的時間為4小時，強停的時間為2.9小時。一個采暖季下來，平均每戶強開強停的時間為8.9小時/天，其中強開3.7小時/天，強停5.2小時/天。(見表1)整個冬季用平均每戶用電量為3839度，其中有2143度電是在強開狀態(tài)下使用的。(見表1)

在使用空氣源熱泵調(diào)峰前，發(fā)電機組都是低負荷運行，平均下來煤耗比較高，調(diào)峰后要么全部關(guān)掉，要么全力開啟，煤耗降低了，能效也就提上來了。通過表格可以看出，盡管使用空氣源熱泵調(diào)峰后用電量上升了231億度，但煤耗卻下降了936萬噸，電廠全負荷運行后，發(fā)電效率也提高了，每度電的煤耗從335克降到了326克。(見表2)

這樣一來，使得電網(wǎng)負荷的峰谷變化問題得到有效解決，風電可以有效上網(wǎng)，而且還可以進一步替代部分煤電，燃煤電廠也不需要承擔調(diào)峰任務(wù)，可以在全負荷下高效運行或者完全停止，平均煤耗量下降了將近10克，這是個很大的數(shù)字了。

另外，電廠只要多消耗636萬噸煤，就可以在農(nóng)村減少散煤消耗1572萬噸，實現(xiàn)節(jié)煤936萬噸。由于農(nóng)村不用散煤了，而電廠燒煤發(fā)電比農(nóng)戶燒散煤的效率高的多，電廠發(fā)電的污染排放量要低得多，還可以減少燃煤50%的排放量。 

再來算經(jīng)濟賬，農(nóng)戶土暖氣平均每個采暖季用煤2.6噸，在煤價比較低時也要1560元，而空氣源熱泵每個采暖季用電為3839度/戶，按5毛算也只要1919元/戶，中間電力公司強開強停補償2毛/度，平均下來每個采暖季補償745元/戶，實際上每戶采暖費用只要1174元，比燒煤還要更低。 

同時，家里的舒適度還要更高，也更省事，不用人工來操作了。

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