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浅析空气源热泵为何成为各地政府煤改电首选

发布时间:2017-9-1 8:15:41

浅析空气源热泵为何成为各地政府煤改电首选

       现在全国上下都在抓节能减排、治理雾霾这个事,在这样的大环境下空气源热泵更显出他的重要性,也是发展的大好机遇。政府、老百姓都在谈雾霾,那么冬天的雾霾从哪来的?不得不说,老百姓冬季采暖烧煤、烧化石能源是产生雾霾的一个重要原因,冬季采暖那四个月也是雾霾出现的高峰期。所以,治理雾霾,减少冬天采暖烧煤、烧化石能源是一个很重要的途径。

       另外,我们也不能仅仅只看烧多少煤,还要关注在哪烧、用什么方式烧,不同的方式烧煤排放的污染物可能会相差10倍!而农村烧散煤的排放是最多的。
比如说,现在北京郊区农户差不多200万户,每年采暖季烧散煤不到400万吨,但每烧一吨煤排放的污染物是北京四大燃煤电厂烧一吨煤排放的12倍,四大电厂每年烧煤大概在500万吨,但排放的污染物却只有郊区农户烧散煤排放的1/10不到,这也是四大电厂煤改气后对雾霾问题的解决起到的作用很小的原因。而京津冀地区农村散煤冬季的消耗量大概在1800万吨,产生的污染物是这一地区燃煤排放污染物的45%。雾霾都知道钢厂等是烧煤大户,但农户烧煤已经占了烧煤排放的一小半了。所以,取消冬季土暖气散煤,是治理雾霾的主要措施之一。
       用可再生能源供暖不行
       再说说可再生能源,我们国家这几年风电、光电没少发展,增加量是世界上最快的了,但却产生了严重的弃风弃光的问题。根据统计,冬天风电的弃风量达到了20%~30%,而像新疆等地可能40%都不能上网,而光电弃的更厉害,所以,不解决弃风弃光的问题,再发展可再生能源也是一个瓶颈。
        弃风弃光,都说是电网的输送有问题,不能上网,事实上并不是输送的问题。我国建的特高压的西电东输、北电南输工程很多都是世界第一的,主要问题是供需之间矛盾不协调,是需求侧峰谷差,再加上风电、光电受自然环境影响,和需求侧不同步,导致巨大的供需矛盾不匹配。比如说,京津唐电网需求最大的时候要5200万千瓦,到了深夜只要3700千瓦,而我国最大风电厂之一的坝上在夜里3点的时候发电量最大,450万千瓦,而这时候正是需求侧电负荷需求最小的时候,火电都还用不完,而需求侧最需要电的时候坝上发电量却是最低。这种现象导致了严重的弃风弃光现象,因此要解决这个问题必须要协调好供、需侧之间的矛盾。而最好的调节方法就是用水电,但我国的水电资源都在西南,距离太远,调节起来非常难。
       另外一个调节方法是天然气,但我国天然气资源紧缺,用来调峰的天然气严重不足。所以,要解决我国可再生能源利用问题,就要想出电的削峰填谷的方法来。
       根据我国现实状况,一条可能的途径就是在农村“煤改电”,利用建筑物本身的热惯性来蓄能,一方面用电力来供暖,另一方面利用房子的热惯性直接为力电系统削峰填谷。也就是说,在风电、光电充足,而电力负荷低谷时,用电力供暖,当风电、光电不足,电力负荷达到高峰期时,停止电力供暖,利用建筑本身的热惯性维持室内的热状态。这可能是协调供、需两边矛盾的一种可行方式,而且还可以一石三鸟:通过“煤改电”,来从源头上治理雾霾;提高农户冬季室内温度,改善生活水平;缓解电力供需的峰谷差矛盾,促进可再生电源的规模发展。
       煤改电,其实是煤改空气源热泵
       那么直接用电热行不行呢?最近也有文件建议直接用电锅炉、电热膜、电热缆等,行不行?答案是不行。
       首先,这样是直接把高品位电力转换为低品位热量,能源转会效率太低,不仅浪费能源,同时我们知道电生产也是烧煤的,也会造成大量的污染,这都不是好事。
       其次,要在农村采暖推广直接电采暖,需要大规模增加农村电网的供电容量,每一户的容量要从目前的4~6KW增加到10KW以上,电网改造的投资巨大,至少也是100个亿的规模。
       再次,京津冀地区有1500万散煤农户,直接用电采暖的话电力负荷高达1.5亿KW,已经远远超过这一地区的发电能力和电网供电能力。我们不能因为现在工业不景气,就使劲让农户去使用电采暖,如果直接电采暖真发展起来了,问题会很多,我们必须立足在现有电网的供电能力和电源容量的基础上去考虑问题。另外,近年北京郊区的一些农户也尝试用蓄热式电暖气,但效果不是很好。为什么?电暖气蓄热并不能缓慢地释放,不好控制,老百姓希望白天出去干活时,屋子里温度不要那么高,能够省点,但不行,晚上蓄的那点热,白天一直在释放,等到傍晚和晚上需要用暖气的时候,蓄的热量已经不能满足房间的温度了,又得重新开电,而这时候又是用电高峰期,电费很贵。
       这种方式既不节约,也不能调峰,使用舒适度又差,结果只能靠1毛一度电的超低电价来维持运行,而这1毛钱完全靠的是国家政府补贴实现的,电力公司怎么算都不够成本,即使能帮着调峰也不是这个价,所以完全靠政府补贴扛着去干的事总是不可持续的,也不可能会长久。
       煤改电,绝对不是煤改电热,而是用电来驱动空气源热泵,这可能是煤改电供暖的最佳方式。
       空气源热泵采暖技术已成熟
       很多人说空气源热泵采暖的一些技术问题不好解决,实际上经过这几年企业的研究,问题都解决的差不多了。比如说室外机结霜的问题,那是江浙一带、长江流域的事,到了黄河以北地区冬季干燥,结霜已经不再是主要问题,而且现在可以通过有效的化霜措施来解决。还有说室外温度太低,空气源热泵产品不行。温差大可以通过双转子压缩机等好些技术,现在可以在-20℃下正常工作,并且能效还很好,COP可以到2.5以上。实际上现在各大检测实验室都是照着夏天制冷时的工况一条条检测的,但在北方地区冬天使用比夏天重要的多,完全可以取消夏天的那些工况。
       空气源热泵就是用来冬天供暖的,这样来看好多矛盾都可以解决了,不然的话夏天要求小压比,冬天要求大压比,把压缩机设置在两者中间,怎么弄都不合适,为什么冰箱不用喷气增焓?因为它就一个工况。空气源热泵只要管冬天采暖,很多毛病都没了。还有说室内不舒服,上热下冷,这又是被空调给影响了。因为空调希望从上面送冷风,所以设置成挂式的,如果只管冬天供暖,完全可以做成落地的风盘,通过下送风来实现,完全可以消除纵向梯度,甚至下热上凉,人体感觉最舒适,还没有吹风感,还没有冷凝水排水。
       今年北京最低温达到了-20℃,这是多少年都没有了的,但通过北京200多家农户使用落地风盘的测试,每户整个冬季用电量都在2500度左右,室内温度可以在15℃以上,室外温度在10℃时COP还能在3以上,别说按低价电算,就算按4毛9的农用电,也就1000多块钱,跟烧煤采暖差不多。所以说,空气源热泵以后不要叫什么热泵空调机,直接叫热泵供暖机或者热泵热风机,因为黄河以北缺的是冬天的供热,夏天制冷的需求并不是很大。
       空气源热泵可有效进行电网调峰
       每台空气源热泵上还可以安装直接接受电调控制中心命令的控制器,这个控制器也就几十块钱,安装在空气源热泵机组里,然后可以通过手机通讯到村里,通过村里通讯电力载波到家家户户。这个控制器可以通过很远距离的电调中心直接把命令下到每个村的每台机器那,使得空气源热泵在下面三种状态之一运行:1、强行开启运行;2、强行停止;3、自行控制,根据意愿调节。这个命令是统一在电调中心那下的,电调中心可以根据电网负荷峰谷变化和风电状况向各空气源热泵机组发出上述三个任意一个的命令,比如说峰电时就强停,没人用的时候就强开,一般情况下就放开随便农户自己调节,通过这样的方式使空气源热泵按照电力调峰的需要运行。
       当然,电力中心也不是随便强开强停,电网公司要根据时间和功率对用户进行经济补偿,比如说强开一个小时和强停一个小时,每度电补贴2毛钱,让用户有偿地参与到电网调峰当中去。
       这样到底有什么样的效果,我们通过京津唐电网做了一个仿真的案例。京津唐电网周边农户有600万户,总的空气源热泵装机容量是1200万KW,建筑面积每户为60㎡,为了维持京津唐电网对周边农户的电力供应,需要188台300MW的燃煤机组发电。电调中心每天每个时段根据电力负荷强开强停。12月份时农户室内的温度都在18~21℃之间,1月份强开强关的时候多点,农户家里的温度也都在15℃以上,2、3月份同样如此,因此基本不会影响到农户家里的供暖舒适度。
        电网在没有空气源热泵时,每天电负荷曲线都大幅度变化,需要靠火电来进行调峰,一天里要来回折腾,高效电都在低效运行。现在这么一调,天冷时发电机组要开都是连续多少天地开,运行就比较高效,电负荷的曲线也成直的了。
       煤改电可少50%的燃煤排放量
       在供暖初期,每天强开的时间为5.4小时,强停的时间为1.8小时,其余时间农户自己控制;在供暖中期时,由于进入严寒每天强开强停的时间多点,平均每天强开6.2小时,强停7.1小时;而在采暖末期,强开的时间为4小时,强停的时间为2.9小时。一个采暖季下来,平均每户强开强停的时间为8.9小时/天,其中强开3.7小时/天,强停5.2小时/天。(见表1)整个冬季用平均每户用电量为3839度,其中有2143度电是在强开状态下使用的。
       在使用空气源热泵调峰前,发电机组都是低负荷运行,平均下来煤耗比较高,调峰后要么全部关掉,要么全力开启,煤耗降低了,能效也就提上来了。通过表格可以看出,尽管使用空气源热泵调峰后用电量上升了231亿度,但煤耗却下降了936万吨,电厂全负荷运行后,发电效率也提高了,每度电的煤耗从335克降到了326克。

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       这样一来,使得电网负荷的峰谷变化问题得到有效解决,风电可以有效上网,而且还可以进一步替代部分煤电,燃煤电厂也不需要承担调峰任务,可以在全负荷下高效运行或者完全停止,平均煤耗量下降了将近10克,这是个很大的数字了。另外,电厂只要多消耗636万吨煤,就可以在农村减少散煤消耗1572万吨,实现节煤936万吨。由于农村不用散煤了,而电厂烧煤发电比农户烧散煤的效率高的多,电厂发电的污染排放量要低得多,还可以减少燃煤50%的排放量。


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       再来算经济账,农户土暖气平均每个采暖季用煤2.6吨,在煤价比较低时也要1560元,而空气源热泵每个采暖季用电为3839度/户,按5毛算也只要1919元/户,中间电力公司强开强停补偿2毛/度,平均下来每个采暖季补偿745元/户,实际上每户采暖费用只要1174元,比烧煤还要更低。同时,家里的舒适度还要更高,也更省事,不用人工来操作了。