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

發(fā)布時(shí)間：2017-03-10   已瀏覽：  次

 中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)教授江億在“2016中國(guó)熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟年會(huì)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(kāi)視頻。

 

現(xiàn)在全國(guó)上下都在抓節(jié)能減排、治理霧霾這個(gè)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(jī)遇。政府、老百姓都在談霧霾，那么冬天的霧霾從哪來(lái)的?不得不說(shuō)，老百姓冬季采暖燒煤、燒化石能源是產(chǎn)生霧霾的一個(gè)重要原因，冬季采暖那四個(gè)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(gè)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(huì)相差10倍!而農(nóng)村燒散煤的排放是最多的。 

比如說(shuō)，現(xiàn)在北京郊區(qū)農(nóng)戶差不多200萬(wàn)戶，每年采暖季燒散煤不到400萬(wàn)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(wàn)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(duì)霧霾問(wèn)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(wàn)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(shuō)說(shuō)可再生能源，我們國(guó)家這幾年風(fēng)電、光電沒(méi)少發(fā)展，增加量是世界上最快的了，但卻產(chǎn)生了嚴(yán)重的棄風(fēng)棄光的問(wèn)題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，冬天風(fēng)電的棄風(fēng)量達(dá)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(fēng)棄光的問(wèn)題，再發(fā)展可再生能源也是一個(gè)瓶頸。 

棄風(fēng)棄光，都說(shuō)是電網(wǎng)的輸送有問(wèn)題，不能上網(wǎng)，事實(shí)上并不是輸送的問(wèn)題。我國(guó)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(wèn)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(fēng)電、光電受自然環(huán)境影響，和需求側(cè)不同步，導(dǎo)致巨大的供需矛盾不匹配。 

比如說(shuō)，京津唐電網(wǎng)需求最大的時(shí)候要5200萬(wàn)千瓦，到了深夜只要3700千瓦，而我國(guó)最大風(fēng)電廠之一的壩上在夜里3點(diǎn)的時(shí)候發(fā)電量最大，450萬(wàn)千瓦，而這時(shí)候正是需求側(cè)電負(fù)荷需求最小的時(shí)候，火電都還用不完，而需求側(cè)最需要電的時(shí)候壩上發(fā)電量卻是最低。

這種現(xiàn)象導(dǎo)致了嚴(yán)重的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，因此要解決這個(gè)問(wèn)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(guó)的水電資源都在西南，距離太遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)起來(lái)非常難。 

另外一個(gè)調(diào)節(jié)方法是天然氣，但我國(guó)天然氣資源緊缺，用來(lái)調(diào)峰的天然氣嚴(yán)重不足。所以，要解決我國(guó)可再生能源利用問(wèn)題，就要想出電的削峰填谷的方法來(lái)。 

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)實(shí)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(lái)蓄能，一方面用電力來(lái)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(shuō)，在風(fēng)電、光電充足，而電力負(fù)荷低谷時(shí)，用電力供暖，當(dāng)風(fēng)電、光電不足，電力負(fù)荷達(dá)到高峰期時(shí)，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(niǎo)：通過(guò)“煤改電”，來(lái)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(jìn)可再生電源的規(guī)模發(fā)展。 

煤改電，其實(shí)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(huì)效率太低，不僅浪費(fèi)能源，同時(shí)我們知道電生產(chǎn)也是燒煤的，也會(huì)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(gè)億的規(guī)模。 

再次，京津冀地區(qū)有1500萬(wàn)散煤農(nóng)戶，直接用電采暖的話電力負(fù)荷高達(dá)1.5億KW，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這一地區(qū)的發(fā)電能力和電網(wǎng)供電能力。我們不能因?yàn)楝F(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(lái)了，問(wèn)題會(huì)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(wèn)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(shí)，屋子里溫度不要那么高，能夠省點(diǎn)，但不行，晚上蓄的那點(diǎn)熱，白天一直在釋放，等到傍晚和晚上需要用暖氣的時(shí)候，蓄的熱量已經(jīng)不能滿足房間的溫度了，又得重新開(kāi)電，而這時(shí)候又是用電高峰期，電費(fèi)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(jià)來(lái)維持運(yùn)行，而這1毛錢完全靠的是國(guó)家政府補(bǔ)貼實(shí)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(gè)價(jià)，所以完全靠政府補(bǔ)貼扛著去干的事總是不可持續(xù)的，也不可能會(huì)長(zhǎng)久。

煤改電，絕對(duì)不是煤改電熱，而是用電來(lái)驅(qū)動(dòng)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(shuō)空氣源熱泵采暖的一些技術(shù)問(wèn)題不好解決，實(shí)際上經(jīng)過(guò)這幾年企業(yè)的研究，問(wèn)題都解決的差不多了。比如說(shuō)室外機(jī)結(jié)霜的問(wèn)題，那是江浙一帶、長(zhǎng)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(wèn)題，而且現(xiàn)在可以通過(guò)有效的化霜措施來(lái)解決。 

還有說(shuō)室外溫度太低，空氣源熱泵產(chǎn)品不行。溫差大可以通過(guò)雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)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(shí)際上現(xiàn)在各大檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室都是照著夏天制冷時(shí)的工況一條條檢測(cè)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(lái)冬天供暖的，這樣來(lái)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(jī)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?yàn)樗鸵粋€(gè)工況。空氣源熱泵只要管冬天采暖，很多毛病都沒(méi)了。 

還有說(shuō)室內(nèi)不舒服，上熱下冷，這又是被空調(diào)給影響了。因?yàn)榭照{(diào)希望從上面送冷風(fēng)，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(fēng)盤，通過(guò)下送風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，完全可以消除縱向梯度，甚至下熱上涼，人體感覺(jué)最舒適，還沒(méi)有吹風(fēng)感，還沒(méi)有冷凝水排水。 

今年北京最低溫達(dá)到了-20℃，這是多少年都沒(méi)有了的，但通過(guò)北京200多家農(nóng)戶使用落地風(fēng)盤的測(cè)試，每戶整個(gè)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(shí)COP還能在3以上，別說(shuō)按低價(jià)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(shuō)，空氣源熱泵以后不要叫什么熱泵空調(diào)機(jī)，直接叫熱泵供暖機(jī)或者熱泵熱風(fēng)機(jī)，因?yàn)辄S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(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰

 每臺(tái)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(gè)控制器也就幾十塊錢，安裝在空氣源熱泵機(jī)組里，然后可以通過(guò)手機(jī)通訊到村里，通過(guò)村里通訊電力載波到家家戶戶。這個(gè)控制器可以通過(guò)很遠(yuǎn)距離的電調(diào)中心直接把命令下到每個(gè)村的每臺(tái)機(jī)器那，使得空氣源熱泵在下面三種狀態(tài)之一運(yùn)行：1、強(qiáng)行開(kāi)啟運(yùn)行;2、強(qiáng)行停止;3、自行控制，根據(jù)意愿調(diào)節(jié)。

這個(gè)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(fù)荷峰谷變化和風(fēng)電狀況向各空氣源熱泵機(jī)組發(fā)出上述三個(gè)任意一個(gè)的命令，比如說(shuō)峰電時(shí)就強(qiáng)停，沒(méi)人用的時(shí)候就強(qiáng)開(kāi)，一般情況下就放開(kāi)隨便農(nóng)戶自己調(diào)節(jié)，通過(guò)這樣的方式使空氣源熱泵按照電力調(diào)峰的需要運(yùn)行。 

當(dāng)然，電力中心也不是隨便強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)停，電網(wǎng)公司要根據(jù)時(shí)間和功率對(duì)用戶進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，比如說(shuō)強(qiáng)開(kāi)一個(gè)小時(shí)和強(qiáng)停一個(gè)小時(shí)，每度電補(bǔ)貼2毛錢，讓用戶有償?shù)貐⑴c到電網(wǎng)調(diào)峰當(dāng)中去。 

這樣到底有什么樣的效果，我們通過(guò)京津唐電網(wǎng)做了一個(gè)仿真的案例。京津唐電網(wǎng)周邊農(nóng)戶有600萬(wàn)戶，總的空氣源熱泵裝機(jī)容量是1200萬(wàn)KW，建筑面積每戶為60㎡，為了維持京津唐電網(wǎng)對(duì)周邊農(nóng)戶的電力供應(yīng)，需要188臺(tái)300MW的燃煤機(jī)組發(fā)電。電調(diào)中心每天每個(gè)時(shí)段根據(jù)電力負(fù)荷強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)停。12月份時(shí)農(nóng)戶室內(nèi)的溫度都在18～21℃之間，1月份強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)關(guān)的時(shí)候多點(diǎn)，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(huì)影響到農(nóng)戶家里的供暖舒適度。 

電網(wǎng)在沒(méi)有空氣源熱泵時(shí)，每天電負(fù)荷曲線都大幅度變化，需要靠火電來(lái)進(jìn)行調(diào)峰，一天里要來(lái)回折騰，高效電都在低效運(yùn)行?，F(xiàn)在這么一調(diào)，天冷時(shí)發(fā)電機(jī)組要開(kāi)都是連續(xù)多少天地開(kāi)，運(yùn)行就比較高效，電負(fù)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(qiáng)開(kāi)的時(shí)間為5.4小時(shí)，強(qiáng)停的時(shí)間為1.8小時(shí)，其余時(shí)間農(nóng)戶自己控制;在供暖中期時(shí)，由于進(jìn)入嚴(yán)寒每天強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)停的時(shí)間多點(diǎn)，平均每天強(qiáng)開(kāi)6.2小時(shí)，強(qiáng)停7.1小時(shí);而在采暖末期，強(qiáng)開(kāi)的時(shí)間為4小時(shí)，強(qiáng)停的時(shí)間為2.9小時(shí)。一個(gè)采暖季下來(lái)，平均每戶強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)停的時(shí)間為8.9小時(shí)/天，其中強(qiáng)開(kāi)3.7小時(shí)/天，強(qiáng)停5.2小時(shí)/天。(見(jiàn)表1)整個(gè)冬季用平均每戶用電量為3839度，其中有2143度電是在強(qiáng)開(kāi)狀態(tài)下使用的。(見(jiàn)表1)

在使用空氣源熱泵調(diào)峰前，發(fā)電機(jī)組都是低負(fù)荷運(yùn)行，平均下來(lái)煤耗比較高，調(diào)峰后要么全部關(guān)掉，要么全力開(kāi)啟，煤耗降低了，能效也就提上來(lái)了。通過(guò)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(wàn)噸，電廠全負(fù)荷運(yùn)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(jiàn)表2)

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

另外，電廠只要多消耗636萬(wàn)噸煤，就可以在農(nóng)村減少散煤消耗1572萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)節(jié)煤936萬(wàn)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(lái)算經(jīng)濟(jì)賬，農(nóng)戶土暖氣平均每個(gè)采暖季用煤2.6噸，在煤價(jià)比較低時(shí)也要1560元，而空氣源熱泵每個(gè)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(qiáng)開(kāi)強(qiáng)停補(bǔ)償2毛/度，平均下來(lái)每個(gè)采暖季補(bǔ)償745元/戶，實(shí)際上每戶采暖費(fèi)用只要1174元，比燒煤還要更低。 

同時(shí)，家里的舒適度還要更高，也更省事，不用人工來(lái)操作了。

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