基于電能替代應用的分析

崔戰濤

（國網寧夏電力公司石嘴山供電公司，寧夏石嘴山753000）

基于電能替代應用的分析

崔戰濤

（國網寧夏電力公司石嘴山供電公司，寧夏石嘴山753000）

分析了當前開展電能替代的目的、意義及其后續的發展；對我國當前開展的電能替代方式進行了描述，介紹了天津地區當前開展的電能替代項目，并對西北地區實施電能替代項目進行了分析。

電能替代；以電代煤；以電代油；充電樁

1 引言

能源是人類社會賴以生存和發展的物質基礎，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源應用的改進和更替。隨著新一輪能源的變革，安全可靠、經濟高效、清潔環保的能源供應與利用，成為了人們共同關心的問題。經過三十多年的改革開放，中國經濟迅猛發展，取得了舉世矚目的成就，已經發展為世界第二大經濟體，中國也變成了世界第二大能源生產國和第一消費國，經濟發展對能源的需求越來越大，國家能源安全與環境保護的問題日益突出。

我國是世界上最大的煤炭消費國，燃煤排放的二氧化碳、氮氧化合物、煙粉塵等是空氣當中的主要污染物。2014年，我國石油和天然氣的對外依存度分別達到了59.5%和32.2%，能源安全問題形勢嚴峻。與此同時，近年來我國環境污染事件頻發，霧霾天氣越來越多，嚴重損害了人們健康，以PM2.5 為例，50%－60%的 PM2.5 來自于自燃煤，20%－30%的PM2.5來自燃油。電能在終端消費環節的轉換效率和排放顯著優于煤和油，煤炭就地轉化為電能并進行集中排污治理的環保效果顯著優于分散燃燒。通過實施“以電代煤、以電代油、電從遠方來”等能源消費新模式，能夠有效解決目前存在的問題。

2 電能替代的方式

2.1 以電代煤

當前以電代煤的方式較多，主要涉及分散電采暖、熱泵、蓄熱式電鍋爐、電窯爐、電蒸汽發生器、蓄冷空調、農村家庭電氣化、現代農業設施、綜合型電能替代等。

2.1.1 分散電采暖

電采暖是通電后能將電能向熱能轉換并輻射熱量的采暖技術。所謂分散電采暖，即將小容量的電采暖設備，如電熱膜、發熱電纜、碳晶電熱板、相變蓄能電暖氣等分散安裝在建筑室內，達到供暖的目的，可廣泛應用于居民樓、學校醫院等場所。

電熱膜技術最先開始于美國，近二十年來迅速發展，幾乎應用于各類建筑中，在北歐、韓國、日本等國家和地區普遍應用。我國的電熱膜制造工藝已達到世界領先水平，技術成熟。

發熱電纜供暖系統起源于芬蘭，在歐洲、北美等世界60多個國家和地區廣泛應用，1992年進入我國，在部分城市有所應用。

碳晶電熱板供暖系統起源于2004年，目前主要推出的有碳晶墻暖技術、電熱板技術等。

電熱膜技術

發熱電纜技術

碳晶電熱板

2.1.2 熱泵

熱泵是利用低溫熱源，回收其中的熱量，經過壓縮機升溫升壓后向建筑物供熱的技術。一般熱泵可以“一機兩用”，即冬季供暖，夏季制冷。按照低溫熱源的種類不同，熱泵可以分為水源熱泵、地源熱泵和空氣源熱泵。熱泵具有可再生、高效節能、環保無污染、應用廣泛的特點。

地源熱泵是一種利用地表淺層地熱資源的高效節能空調系統，它由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成，以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源的供熱空調系統。

水源熱泵將地下水資源或部分地表水作為熱泵的冷熱源，海水熱泵、污水熱泵和工業廢水熱泵應用較廣泛。

空氣源熱泵以豐富的空氣資源作為低溫熱源，它包括大型冷風熱泵機組、VRV熱泵空調系統及熱泵空調機。凡是具有良好空氣獲取能力及適當安裝空間的建筑均可使用空氣源熱泵。

2.1.3 電鍋爐

電鍋爐是采用電阻式和電磁感應式加熱器，將電能轉化為熱能的設備，電鍋爐分為直熱式電鍋爐和蓄熱式電鍋爐兩種。

直熱式電鍋爐沒有蓄熱裝置，占地面積小，沒有污染物排放，但運行費用較高。

蓄熱式電鍋爐采暖是在夜間谷電時段，利用電加熱鍋爐產生熱量，然后將熱量蓄積在蓄熱裝置中（目前蓄熱方式主要包含熱水蓄熱和鎂砂固體蓄熱），在白天用電高峰時段，停止電鍋爐運行，利用蓄熱裝置向外供熱，以達到轉移高峰電力、節省電費、減輕電力負荷和降低設備容量的目的。

2.1.4 電窯爐

電窯爐是一種電加熱窯爐，利用逆流工作原理，窯爐是用耐火材料砌成，用以煅燒物料或燒成制品的設備。與爐窯相比，電窯爐控制溫度準確度更高，且完全不需要進行預熱，節省成本，無污染無公害，主要應用于耐火材料、陶瓷、玻璃、金屬熱處理等。目前，拖拉機、汽車工業70%－80%的零部件需要進行熱處理加工，刃具、工具和軸承產品都需要進行熱處理，電窯爐發展前景良好。

2.1.5 蓄冷空調

根據蓄冷介質的不同，蓄冷空調系統可分為水蓄冷和冰蓄冷。

水蓄冷空調系統是以水為介質，將低電價時夜間電網多余的谷段電力與水的顯熱相結合來蓄冷，以低溫冷凍水形式儲存冷量，并在用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水來作為冷源的空調系統。

冰蓄冷空調技術是利用夜間電網谷電運轉制冷主機制冷，并以冰的形式儲存，在白天用電高峰時將冰融化提供給空調用冷，從而避免中央空調爭用高峰電力調節負荷，能節約能源。冰蓄冷空調可廣泛應用于飯店、商場、賓館、辦公樓等用電高峰和冷負荷高峰基本一致且持續時間長的場合。

2.2 以電代油

當前，以電帶油的方式主要涉及電動汽車和電氣化軌道交通等。

電動汽車是指全部或部分由電能驅動電機作為動力系統的汽車，具有起步快、污染物零排放等特點，一般充一次電可以行使80km－160km，可滿足城市出行需要。

電氣化軌道交通包括城市軌道、電氣化鐵路等，以電能作為驅動力，減少了石油的使用量，從而降低交通對石油的依賴。

3 天津地區的做法

按照國務院大氣污染防治行動計劃要求，天津市面臨著2017年凈削減煤炭消費總量1000萬噸，“煤改燃”帶來天然氣供應缺口不斷加大等清潔能源發展新問題。當地電力公司以“煤炭消減和散煤治理等形成的既有市場，及新項目電能應用等形成的新增市場”這兩個市場為核心，積極推進能源清潔化。

3.1 以電代煤工作的開展

天津市煤炭消耗總量5338萬噸。其中，供熱用煤1022萬噸，占19%；工業用煤1300萬噸，占24%；發電用煤2746萬噸，占51%。2014年底，天津市10蒸噸及以下的燃煤鍋爐有4155臺，共10129蒸噸。其中，在環城四區、遠郊區縣和濱海新區的有4060臺，共9824蒸噸，占97%。按照京津冀大氣污染防治行動計劃要求，到2017年，城郊、區縣全面淘汰10蒸噸及以下燃煤鍋爐。

案例：小站鎮閥門工業園位于津南區小站鎮東部地區，有閥門企業76家，原有沖天爐81座，年耗標準煤23400噸，對環境造成嚴重污染。為了環境治理和減少煤炭消耗，政府部門和電力企業共同實施了小站東部地區“煤改電”工程。

天津市天一閥門有限公司地處小站鎮轄區，是專門從事閥門鑄造的廠家，一直靠兩臺5噸的沖天爐進行鑄造。2014年初該公司投資1000萬元，對原有沖天爐進行拆除，新上3噸電爐，新建1座2500千伏安變電室。

投入生產后有五個方面發生明顯的變化：①產品成品率提高15個百分點；②產品產量提高170%以上；③年減少標煤1500噸，改善環境；④企業節約人工80%；⑤產品利潤提高3－5倍。電窯爐和燃煤爐的經濟性對比如表1所示。

表1 天一閥門廠電窯爐、燃煤沖天爐經濟性對比

3.2 以電代油工作的開展

天津市以電代油工作，特別是電動汽車推廣方面形成了政府倡導、電力企業主導，多部門配合的態勢。

在電動汽車推廣初期，電力企業多次與對應的政府部門對接，在新市場拓展和大氣污染治理等方面與政府達成共識，形成了由政府無償劃撥土地，由電力企業出資建設大型充換電站；由公交公司出資購置城市公交電動汽車，公交公司負責公交車輛運維，供電公司負責充換電站運維的建設運行模式。

案例：天津市河西區津門湖電動汽車充換電站建設項目

津門湖電動汽車充換電站項目于2013年9月30日開工，同年12月31日建成，項目總投資1.02億元。該站占地面積5063m2，建有綜合樓一座，總面積3148m2。設有變電室、監控室、商用車換電區、電池檢測和維護區等5個功能區。平行設置4個換電工位，運行維護團隊48人，可為120輛電動公交車提供換電服務。

該電動汽車充換電站具有以下特點：

（1）采用毗鄰公交首末車站一體化設計，實現了換電零距離，更為經濟實用，減少建設用地50%。

（2）使用在線動力電池檢測維護技術和電池均衡技術，可延長電池壽命30%。

（3）采用第三代換電機器人、應用動力電池柔性頂桿的鎖止解鎖技術，使換電速度更快，平均換電時間8分鐘。

（4）對應電動汽車采用輕量化設計，每車配備5大4小共9箱320安時電池，車輛滿載后行駛里程不小于120公里。百公里平均運營費用僅為傳統燃油汽車的55%。

（5）從2014年4月30日開始至今2016年4月30日共為3路共計90輛純電動公交車提供換電服務141079次，日均換電189次，服務車輛總行駛里程950.63萬公里，減少燃油消耗2795噸，減少二氧化碳排放8905噸。

（6）同時具備給個人用戶提供私家車快（慢）充電服務功能。

目前該充換電站運行狀況良好，日常運維由國網天津市電動汽車服務公司委托第三方進行。私家車用戶服務電價為1.7元／千瓦時，實際運行電價執行大工業電價。

4 電能替代在西北地區，尤其是寧夏推廣的思考

我國西北地區煤炭儲量豐富、全年日照時間長，太陽輻射強，發展光伏產業極具優勢。寧夏地處西北地區，全區煤炭探明儲量300多億噸，預測儲量2020多億噸，儲量位居全國第六位。第二產業中電解鋁、鐵合金、碳素制品、碳化硅、電石、金屬鎂等產品的生產極具規模。截止目前，全區太陽能光伏發電規模已達495萬千瓦，根據自治區政府批復的《寧夏2015年－2020年光伏園區規劃》，到2020年底，寧夏風電裝機規模超過1100萬千瓦，太陽能裝機規模超過1000萬千瓦。

4.1 以新能源代替用戶自備電廠

鐵合金等高耗能產業需要豐富而價廉的電力資源。隨著國家嚴格控制“兩高一資”產品出口措施的實施，鋼鐵企業去產能、全球經濟下滑等因素影響，相關企業經營困難。以高耗能產業為支柱的寧夏、內蒙、甘肅地區也不例外。

為了降低電價成本，高耗能企業除了在大規模新建用戶產權高電壓等級的變電站以外，近年來隨著煤炭價格的降低，又開始大規模建設自備電廠。

近年來西北地區“棄風棄光”現象時有發生，2015年，全國平均棄風率達15.2%，甘肅棄光率達到40.2%。寧夏2015年棄風率達18%，棄光率為8%；2016年上半年寧夏棄風率為21%，棄光率達11%。

電價是最好的市場杠桿，也是最壞的杠桿。如果政府監管機構能夠引導光伏、風電發電企業、電網企業與高耗能企業對接，用富裕的太陽能、風能發電量替換用戶自身自備電廠的電量，可以實現目前的供需平衡。對于政府而言控制了溫室氣體排放，減輕了環境壓力；對新能源企業而言，提高了經濟收入，不至于設備空置；對于高耗能企業而言減輕了企業負擔；對電網企業而言，提高了銷售業績。是一個各方均受益的共贏戰略。

4.2 以電代油

當前西北地區城市規模和一線城市比較普遍不大，日常出行半徑均在電動汽車的范圍之內。應積極與政府相關部門接觸，借鑒天津市模式：政府無償劃撥土地，電力企業積極申請資金建設充換電站實體，公交公司購置電動公交汽車。實現企業與政府共贏的目的。

電能替代工作既是國家能源消費革命、促進節能減排、服務城市建設的重大戰略，也是電力企業應對售電市場增速下滑、增加售電增量、支撐發展的重要舉措。以上僅為個人的一些見解和拙見，如有不妥之處，盡請批評指正。

［1］國家統計局能源統計司.中國能源統計年鑒2013.北京：中國統計出版社，2013.

［2］電能替代的幾種形式.中國電力企業管理，2015，（2）：12－21.

［3］國網天津市電力公司.電能替代技術發展及應用.北京：中國電力出版社，2015.

［4］劉素伊，張金偉，許 芳.電能替代對霧霾的影響分析.硅谷，2014，（19）：168－168.

Analysis of the application based on electric energy substitution

CUI Zhan－tao

（Shizuishan Power Supply Company，State Grid Ningxia Electric Power Company，Shizuishan 753000，China）

The purpose and significance of doing electric energy substitution at present as well as its developing prospects are presented.The electric energy substitution modes at present in China are described.The electric energy substitution project being carried on at present in Tianjin area is also described.The implementations of doing electric energy substitution in the Northwest China are given.

electric energy substitution；replacing coal by electricity；replacing oil by electricity；charging pile

TM614

A

1005—7277（2016）05—0009—04

崔戰濤（1981－），男，工程師，寧夏石嘴山供電公司職工，從事繼電保護等技術工作和調度及配網運行維護等技術管理工作。

2016－08－01