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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中國熱泵產業聯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絡公開視頻。

 

現在全國上下都在抓節能減排、治理霧霾這個事，在這樣的大環境下空氣源熱泵更顯出他的重要性，也是發展的大好機遇。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、燒化石能源是產生霧霾的一個重要原因，冬季采暖那四個月也是霧霾出現的高峰期。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!而農村燒散煤的排放是最多的。 

比如說，現在北京郊區農戶差不多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農戶燒散煤排放的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。 

而京津冀地區農村散煤冬季的消耗量大概在1800萬噸，產生的污染物是這一地區燃煤排放污染物的45%。霧霾都知道鋼廠等是燒煤大戶，但農戶燒煤已經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、光電沒少發展，增加量是世界上最快的了，但卻產生了嚴重的棄風棄光的問題。根據統計，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，而光電棄的更厲害，所以，不解決棄風棄光的問題，再發展可再生能源也是一個瓶頸。 

棄風棄光，都說是電網的輸送有問題，不能上網，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調，是需求側峰谷差，再加上風電、光電受自然環境影響，和需求側不同步，導致巨大的供需矛盾不匹配。 

比如說，京津唐電網需求最大的時候要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點的時候發電量最大，450萬千瓦，而這時候正是需求側電負荷需求最小的時候，火電都還用不完，而需求側最需要電的時候壩上發電量卻是最低。

這種現象導致了嚴重的棄風棄光現象，因此要解決這個問題必須要協調好供、需側之間的矛盾。而最好的調節方法就是用水電，但我國的水電資源都在西南，距離太遠，調節起來非常難。 

另外一個調節方法是天然氣，但我國天然氣資源緊缺，用來調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。 

根據我國現實狀況，一條可能的途徑就是在農村“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的熱狀態。這可能是協調供、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;提高農戶冬季室內溫度，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模發展。 

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換為低品位熱量，能源轉會效率太低，不僅浪費能源，同時我們知道電生產也是燒煤的，也會造成大量的污染，這都不是好事。 

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

再次，京津冀地區有1500萬散煤農戶，直接用電采暖的話電力負荷高達1.5億KW，已經遠遠超過這一地區的發電能力和電網供電能力。我們不能因為現在工業不景氣，就使勁讓農戶去使用電采暖，如果直接電采暖真發展起來了，問題會很多，我們必須立足在現有電網的供電能力和電源容量的基礎上去考慮問題。 

另外，近年北京郊區的一些農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。

 這種方式既不節約，也不能調峰，使用舒適度又差，結果只能靠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的，電力公司怎么算都不夠成本，即使能幫著調峰也不是這個價，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已成熟 

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

還有說室外溫度太低，空氣源熱泵產品不行。溫差大可以通過雙轉子壓縮機等好些技術，現在可以在-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。空氣源熱泵只要管冬天采暖，很多毛病都沒了。 

還有說室內不舒服，上熱下冷，這又是被空調給影響了。因為空調希望從上面送冷風，所以設置成掛式的，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，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調峰

 每臺空氣源熱泵上還可以安裝直接接受電調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之一運行：1、強行開啟運行;2、強行停止;3、自行控制，根據意愿調節。

這個命令是統一在電調中心那下的，電調中心可以根據電網負荷峰谷變化和風電狀況向各空氣源熱泵機組發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戶自己調節，通過這樣的方式使空氣源熱泵按照電力調峰的需要運行。 

當然，電力中心也不是隨便強開強停，電網公司要根據時間和功率對用戶進行經濟補償，比如說強開一個小時和強停一個小時，每度電補貼2毛錢，讓用戶有償地參與到電網調峰當中去。 

這樣到底有什么樣的效果，我們通過京津唐電網做了一個仿真的案例。京津唐電網周邊農戶有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對周邊農戶的電力供應，需要188臺300MW的燃煤機組發電。電調中心每天每個時段根據電力負荷強開強停。12月份時農戶室內的溫度都在18～21℃之間，1月份強開強關的時候多點，農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戶家里的供暖舒適度。 

電網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峰，一天里要來回折騰，高效電都在低效運行。現在這么一調，天冷時發電機組要開都是連續多少天地開，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度電是在強開狀態下使用的。(見表1)

在使用空氣源熱泵調峰前，發電機組都是低負荷運行，平均下來煤耗比較高，調峰后要么全部關掉，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，使得電網負荷的峰谷變化問題得到有效解決，風電可以有效上網，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峰任務，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，這是個很大的數字了。

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

再來算經濟賬，農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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