京津冀農村“煤改電”運行情況分析

吳 亮，吳 迪，解 巖，張 劍，趙寶國，張志剛

（1.國網天津市電力公司，天津 300010；2.國網天津市電力公司 電力科學研究院，天津 300384；3.國網天津城東供電分公司，天津 301600）

我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段。國家電網公司在京津冀及周邊地區重點實施城市棚戶區、農村散煤“煤改電”，累計完成了126萬戶“煤改電”，有效促進了散煤治理，滿足了冬季清潔取暖需求。同時，大規模“煤改電”對政府、電網都帶來了深刻的影響。一方面，政府財政壓力增加。在居民建筑節能水平普遍較低的現狀下，京津冀各地政府出臺了建設補貼，對于蓄能電暖器最高補貼1 200元/臺，空氣源熱泵最高補貼2.5萬元/臺；以及居民電采暖低谷電價0.3元/kWh、再補貼0.2元/kWh的電價和運行補貼政策，實際到戶電價0.1元/kWh，確保電取暖與燃煤供熱取暖費用相當。另一方面，電網運行特性發生歷史性改變。以天津為例，某區12.4萬戶主要采用分戶空氣源熱泵方式，區域電網2018年冬季最大負荷首次超過夏季尖峰負荷。下一步，北方地區清潔取暖全面鋪開，難度最大的是范圍分布廣的農村地區，探索農村建筑適用的、政府財政可承受、電網可靠安全運行多方共贏的改造方式極為重要。

由于清潔取暖提出相對不長，目前相關技術選型方面的文獻較少。文獻［1］系統闡述了各類電采暖等電能替代技術發展及應用。文獻［2］提供了一系列的優化方法，綜合比較熱源與最終用戶連接起來時不同匹配方式和規模之間的優劣。文獻［3］提出了一種不確定的固定混合模糊隨機規劃（IFFSP）方法來處理復雜環境下的清潔能源供熱系統的熱供應管理問題。文獻［4］以北方某地區的農村配電網為例，給出了規劃電采暖的用電負荷和評價指標。文獻［5］和文獻［6］分別對空氣源熱泵和商業用戶電能采暖替代技術選型進行了論證分析。文獻［7］通過贏得值法和類比分析法等成本控制和成本分析方法研究農村“煤改電”實施成本。文獻［8］對比分析了“煤改電”工程實施前后農網的負荷特性變化。文獻［9］對大規模空氣源熱泵參與電網削峰填谷進行仿真分析。文獻［10］分析了不同類型的電采暖設備產生的諧波原理和特點。本文通過分析京津冀及周邊農村“煤改電”典型案例，著重對比各類“煤改電”建設運行成本、使用情況以及對電網的影響和對補貼政策的依賴程度，從技術選型、政策標準制定、后續發展等方面提出5點建議，為各地統籌推進北方農村“煤改電”工作提供參考。

1 “煤改電”技術應用現狀

2017—2018年取暖季，京津冀“2+26”城市完成“煤改電”197.25萬戶。其中，農村“煤改電”為144.16萬戶，絕大部分采用分散采暖技術，直熱電采暖占22%，蓄熱電采暖占16%，空氣源熱泵占62%。首次在天津某區12個村、6 105戶試點建成了5座、共81 MW水蓄熱電鍋爐集中供熱站。

2 農村“煤改電”典型應用

根據京津冀及周邊“2+26”城市各地實踐，選取規模較大的典型案例進行分析。農村主要以平房為主，戶型相對較大，逐戶集中居住，選擇蓄熱電暖器、空氣源熱泵較多，較少采用直（蓄）電采暖爐。根據調研，典型農村分散“煤改電”具體實踐如表1所示。典型地區電價及補貼政策如表2所示。

2.1 農村“煤改電”分散式改造項目

（1）河北某片區7.4萬戶農村平房蓄熱電暖器項目

項目概況:河北某片區，絕大部分使用蓄熱電暖器，供熱面積591.94萬m2，熱負荷配置標準為70 W/m2，室內供熱效果為13～25 ℃。

技術特點:蓄熱電暖器具有布置靈活、使用方便的特點，用戶可根據自身采暖需求，分居室選擇開啟部分電暖氣。

采暖系統運行經濟性:7.4萬戶采暖季120天總電量1.5億kWh，其中谷段電量10 433萬kWh，占比69.55%。2月為用電量最多的一個月，62.63%的用戶幾乎沒用（用電量為0的占比20.90%），18.27%的用戶較少使用（月用電量為501～1 000 kWh），正常使用（月用電量1 000 kWh以上）的用戶占19.1%。

補貼前后經濟性分析:按照正常使用計，“煤改電”執行電價補貼后折合0.25元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.12元/（m2·天），比燃煤取暖高0.01元/（m2·天）；比燃氣取暖低0.10元/（m2·天）。

表1 農村分散“煤改電”典型實踐情況

表2 典型地區電價及補貼政策

采暖設施運維內容及成本:包括設備調試、維修等，質保期1～3年，出保后由用戶自行運維。

電網影響:①電力設施運維，2017采暖季與改造前相比，未增加運行維護人員，維護檢修人員取暖季處于超負荷工作狀態，預計人力缺口30%；搶修工單增加0.19倍，投訴增加3倍。電網運維費用合計420萬元，折合8元/kVA。②區域電網運行特性，2017采暖季與改造前相比廊坊電網峰谷差增加15%。冬季最大負荷低于夏季最大負荷。

（2）天津某片區12.4萬戶分戶空氣源熱泵項目

項目概況:天津某片區，絕大部分使用分戶空氣源熱泵，供熱面積1 265萬m2，熱負荷配置標準為40 W/m2，室內供熱效果為18～22℃。圖1為該項目示意圖。

技術特點:分戶空氣源熱泵能效比高，根據用戶不同采暖需求，隨時關停，但在低溫環境（-10°C以下）供熱效率較低（能效比由3.0降到1.8），極端氣溫下存在結霜和供熱難的問題。

采暖系統運行經濟性:12.46萬戶采暖季135天總電量4.39億kWh，其中谷段電量17 978萬kWh，占比40.98%。1月為用電量最多的一個月，40.21%的用戶幾乎沒用（用電量為0的占比20.24%），12.39%的用戶較少使用，正常使用的用戶占47.40%。

補貼前后經濟性分析:按照正常使用計，“煤改電”執行電價后折合0.346元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.178元/（m2·天），比燃煤取暖高0.058元/（m2·天）；比燃氣取暖高0.008元/（m2·天）。

圖1 分戶空氣源熱泵分散取暖示意圖

采暖設施運維內容及成本:質保期2年，出保后用戶自行運維。

電網影響:如圖2所示，①電力設施運維，2017采暖季與改造前相比，運行人員增加2倍，缺口8倍；搶修工單增加6倍，投訴增加9倍。電網運維費用合計2 667萬元，折合51.33元/kVA。②區域電網運行特性，2017采暖季與改造前（2016年）相比區域電網峰谷差同比增加35.84%。2017年冬季最大負荷比夏季最大負荷同比增長10.2%。

圖2 天津某片區分戶空氣源熱泵“煤改電”對電網的影響（最大負荷日）

（3）北京某片區12.66萬戶分戶空氣源熱泵項目（建筑節能改造）

項目概況:北京某片區，絕大部分使用分戶空氣源熱泵，供熱面積1 500萬m2，熱負荷配置標準為30 W/m2，室內供熱效果為18℃。政府出資對建筑進行了節能改造。

技術特點:同天津空氣源熱泵改造方案。

采暖系統運行經濟性:12.66萬戶采暖季140天總電量7.24億kWh，其中谷段電量4.31億kWh，占比59.62%。1月為用電量最多的一個月，23.90%的用戶幾乎沒用（用電量為0的占比10.88%），10%的用戶較少使用，正常使用的用戶占66%。

補貼前后經濟性分析:按照正常使用計，“煤改電”執行電價后折合0.36元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.18元/（m2·天），比燃煤取暖節約0.12元/（m2·天）、比燃氣取暖節約0.12元/（m2·天）。

采暖設施運維內容及成本:質保期5年，出保后用戶自行運維。

電網影響:2017采暖季與改造前相比，運行人員增加1.5倍，缺口1倍；搶修工單增加3.2倍，投訴增加4.67倍。2017采暖季與改造前相比區域電網峰谷差增加69.7%。冬季最大負荷僅比夏季最大負荷少3.19%。

（4）河南某片區256戶分戶相變蓄能電采暖爐項目

項目概況:河南某村落，全部使用相變蓄能電采暖爐，供熱面積2.05萬m2，熱負荷配置標準為40 W/m2，室內供熱效果為15℃。圖3為該項目技術原理圖。

技術特點:分散式相變儲能供熱裝置主要原理是相變儲熱技術，利用夜間低谷時段對相變儲能裝置儲能供熱，白天釋放熱能，相比水蓄熱節省空間。

采暖系統運行經濟性:256戶采暖季總電量150.53萬kWh，其中谷段電量113.45萬kWh，占比75.37%。2月為用電量最多的一個月，11.4%的用戶幾乎沒用（用電量為0的占比9.4%），7.8%的用戶較少使用，正常使用的用戶占80.8%。

補貼前后經濟性分析:按照正常使用計算，“煤改電”執行電價后折合0.306元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.240元/（m2·天），比燃煤取暖高0.084元/（m2·天）；比天燃氣取暖低0.114元/（m2·天）。

采暖設施運維內容及成本:質保期2年，出保后用戶自行運維。

電網影響:典型日谷段最大負載率為90%，峰平段平均負載率為28%。

（5）河北某片區307戶分戶電直熱采暖爐項目

項目概況:河北某村落，全部使用電直熱采暖爐，供熱面積2.15萬m2，熱負荷配置標準為79 W/m2，室內供熱效果為15～20℃。圖4為該項目技術原理圖。

圖3 河南某村落分戶相變蓄能電采暖爐技術原理圖

技術特點:分戶直接一臺電采暖爐替代小煤爐，可以隨時關停、智能溫控。

采暖系統運行經濟性:307戶采暖季總電量49.22萬kWh，其中谷段電量25.27萬kWh，占比51.33%。12月為用電量最多的一個月，65.14%的用戶幾乎沒用（用電量為0的占比26.06%），17.92%的用戶較少使用，正常使用的用戶占16.94%。

補貼前后經濟性分析:按照正常使用計，“煤改電”執行電價后折合0.34元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.18元/（m2·天），比燃煤取暖低0.05元/（m2·天）；比燃氣取暖低0.10元/（m2·天）。

采暖設施運維內容及成本:質保期2年，出保后用戶自行運維。

電網影響:典型日谷段最大負載率為93%，峰平段平均負載率約78%。

圖4 河北某村落分戶電直熱采暖爐技術原理圖

2.2 農村“煤改電”集中式改造項目

天津某區12個村水蓄熱電鍋爐集中供熱項目，屬于北方農村平房建筑“煤改電”集中式改造首例。圖5為該項目示意圖。

項目概況:12個村共6 105戶村民，總建筑面積約40萬m2。其中，郭莊子村有332戶，總面積2萬m2、戶均面積60 m2，家家戶戶采用家用小煤爐取暖，一個冬季每戶平均用煤2～3 t。熱負荷配置標準為110 W/m2，室內供熱效果為18～22 ℃。

技術特點:以村為單元建設“區域小管網”集中蓄熱電鍋爐供熱站，充分利用電網低谷電，直接供熱到戶，專人運維壽命更長，保證了項目長期穩定運行。

采暖系統運行經濟性:郭莊子村332戶采暖季總電量309.88萬kWh，其中谷段電量231.28萬kWh，占比74.63%。

補貼前后經濟性分析:“煤改電”執行電價后折合0.53元/（m2·天），享受政府補貼后折合0.16元/（m2·天），比燃煤取暖高0.04元/（m2·天）；比燃氣取暖低0.01元/（m2·天），相差不大。

采暖設施運維內容及成本:集中供熱站由村委運維，一個采暖季按照每片暖氣片400元收取供熱費，戶均3-4片，村民繳費率較高，取暖費總收入50萬元，能夠與供熱站運營支出（取暖電費和駐站運維成本48萬元）基本持平。

電網影響:電力設施運維，蓄熱電鍋爐集中供熱節省低壓投資、無低壓線損，電網年運維成本僅為10元/kVA（10 kV架空線和配電變壓器標準費用折算），人力、物力和配電設施故障率大量減少。

圖5 農村蓄熱電鍋爐集中供熱示意圖

3 農村“煤改電”對比分析

（1）從政策看，一是農村居民既有建筑電采暖在到戶電價0.1元/kWh水平才能長期運行。在居民建筑節能水平普遍較低的現狀下，各地政府出臺了居民電采暖低谷電價0.30元/kWh、再補貼0.20元/kWh的電價和補貼政策，其中補貼占30%～70%。二是大規模分散“煤改電”方式，有24%～65%的用戶幾乎沒有使用（月用電量少于500 kWh），其中甚至有11%～26%的用戶用電量為0。按照電量補貼的方式，別墅等大戶型用電量越大、享受的補貼越多。三是建筑節能保溫改造有助于降低采暖電量。根據用電量偏少的用戶群體分析，北京某片區實施節能改造后戶均用電量759 kWh/采暖季，比天津某片區未實施節能改造的戶均用電量767 kWh/采暖季低。若改造前后同比，節能效果將會更明顯。

（2）從技術路徑看，一是集中和分散對比，北方農村一般為平房、保溫效果較差，目前主要采用分散改造方式，初期建設成本低，用戶可隨時關停、靈活控溫，但存在設備超過保修期維護困難、管理難的問題，同時電網搶修投訴服務壓力大、低壓線損大、安全風險和運維成本高。天津針對西青郭莊子村等12個集中居住村，進行了農村集中供熱首次試點，村委集中管理，按照散熱片收費，電網人力、物力和配電設施故障率大量減少，電網建設全部投資到10 kV及以上，有效補強主網架，且直接供熱到戶、專人運維、百姓更舒適且負擔不增加，“一步到位”解決散煤問題，取得較好效果。二是熱泵與直電相比，熱泵能效比高，適用于電網運維能力強、資源和溫度條件好的地區；直電供熱可靠性高、應用廣泛，集中電鍋爐相對電暖器等分戶設備造價相差不大，但壽命長、折合年值有優勢。熱泵能效比高，屬當前較為先進的供熱技術，配合利用干熱巖、污水源等經濟性更高，其中空氣源熱泵在低溫環境（-10℃以下）供熱效率較低（能效比由3.0降低到1.8），極端氣溫下存在結霜和供熱難的問題。直電方式不受氣候和地域影響，典型的主要有集中電鍋爐與蓄能電暖器，2種方式造價相差不大（含配套電網在內，集中蓄熱電鍋爐、蓄能電暖器造價分別為666.38元/m2、603.3元/m2），但集中電鍋爐壽命長（電鍋爐16年，電暖器10年），折算到年平均投資，集中電鍋爐有優勢。三是直熱（含熱泵）和蓄熱對比，直熱方式進一步拉大了電網峰谷差，對電網運行特性影響大；蓄熱方式有利于實現停電不停暖、改善電網運行特性。比如，武清縣12.4萬戶空氣源熱泵電網峰谷差同比增加35.84%，冬季最大負荷首次超過夏季尖峰負荷，電網運行特性發生歷史性改變。而蓄熱方式主要在電網低谷時段運行，削峰填谷作用明顯，有效提升現有電力設施利用率，顯著增強風電等新能源的消納能力。比如，河北廊坊電網峰谷差同比增加15%。

（3）從商業模式看，居民領域因采用分散方式，存在管理難、供熱收費低等問題，盈利空間有限，一般無法吸引社會投資。集中方式主要商業模式有電力公司建設移交（代建）模式、熱力公司投資運維模式、熱力公司投資運維+政府補貼模式、熱力公司建設運維+風電直接交易模式等。蒙東、張家口、新疆等新能源富集地區，采用風電交易進一步降低購電價和到戶電價，實現多方共贏。

4 農村“煤改電”工作建議

總結現有實踐經驗，提出以下5點建議:

（1）建立全社會分攤機制。加快建立適應供熱能源變革的全社會分攤機制，適當提高清潔取暖供熱收費（如北京市清潔取暖供熱收費按建筑面積30元/m2，比燃煤高出6元/m2），逐步減少財政負擔，避免過度降低取暖費，反而加重居民電價倒掛的現象。高效利用中央大氣污染治理專項資金，有針對性對低收入農村居民進行采暖補貼，加快特高壓輸電通道建設，提高低谷電量省間交易限額，通過電蓄熱采暖提升新能源消納比重。

（2）堅持“宜集中則集中、宜分散則分散”原則。在農村地區，推廣應用蓄能電暖器；其中，在集中居住區，適當擴大應用區域型蓄熱電鍋爐進行集中供熱。在城鎮住宅，大力推廣集中供熱，有條件的地區應用“可再生能源+蓄熱電鍋爐”、“熱泵提溫+電鍋爐輔熱”等組合集中供熱方式。在電網運維有保障的地區，推廣地源和空氣源熱泵，充分利用城鎮污水等余熱資源，積極構建新時代清潔供熱體系。

（3）優化電網投資界面。結合“煤改電”、電采暖等民生工程，借助政府支持的良好形勢，加大電網投資建設布局，針對集中電供暖項目，將電網投資界面延伸到配電變壓器出線，增加電網資產，為發展“錯暖”用電、提升電網投資效益奠定基礎，提高熱電公司、社會企業投資居民電采暖的積極性。

（4）拓展居民綜合能源服務市場。聚焦電網投資效益，統籌“煤改電”和農網改造升級，走“供熱、民用電、動力電”一舉多得的新路子。發揮電網下屬綜合能源服務公司和社會節能公司的作用，聯合社會資本投資打造造價合理、運營管理規范、多方共贏的居民電供暖示范工程，圍繞居民電采暖，積極拓展家居電氣化、農村農業電氣化、電動汽車、新能源消納等能源服務新業態。

（5）加快制定農村電采暖標準。目前電供暖技術標準較少，尤其是農村電采暖尚未出臺相關標準，且現有供熱條例中供熱效果評價規定不適用于農村建筑，建議充分發揮電網技術優勢，研究適用于農村建筑的采暖溫度要求、設備配置方式、系統運行規范等，以標準引領清潔供熱升級，推動農村集中供熱健康發展。D