唐偉

（國網能源研究院有限公司）

0 引言

清潔取暖是我國推動構建清潔低碳安全高效能源體系的一項重要舉措［1］。2017年底，國家發(fā)展和改革委員會等十部委下發(fā)了發(fā)改能源〔2017〕2100號《關于印發(fā)北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021年）的通知》。各地政府積極響應國家政策，按照“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”、“以供定改”等原則，有序推進清潔取暖工作開展。

2019年，國家能源局組織開展了清潔取暖中期評估工作，認為北方地區(qū)清潔取暖實施整體情況良好。截至2019年底，清潔取暖率達55%，超過2019年50%的規(guī)劃目標。其中電供暖在各類新增清潔取暖面積中居于第三，占清潔取暖總增加面積的12%。電供暖是利用電鍋爐、發(fā)熱電纜、電熱膜、蓄熱電暖器以及各類電驅動熱泵等供暖設施，通過電力向用戶集中或分散供暖。

1 電供暖實施現(xiàn)狀

1.1 電供暖相關政策

國家及地方層面針對電供暖項目分別從電價優(yōu)惠及投資補貼等方面出臺了相應的政策法規(guī)。

1）電價政策

2017年9月，國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)《關于北方地區(qū)清潔供暖價格政策的意見》，指出要通過完善峰谷分時制度和階梯價格政策、健全輸配電價體系等方式，適當延長谷段時間，優(yōu)化峰、平、谷價格時段劃分，降低供暖用電成本。

北京、天津、山西、山東及新疆等省份推出了0.2～0.3元/（kW·h）不等的電價補貼政策，谷段到戶電價基本維持在0.1元/（kW·h）左右。

2）設備補貼

北京、天津、河北、山西等省份分別按空氣源熱泵、直熱式電暖器、蓄能式電暖器等設備類型以臺、供暖面積為單位進行補貼：

空氣源熱泵每戶補貼 1.2×104元左右，蓄熱供暖每戶補貼2 400～7 400元不等；山東、河南、陜西、寧夏、青海等地區(qū)按戶給予一次性補貼，一般以3 000元/戶為補貼上限。

3）建筑節(jié)能改造

北京市新建住房節(jié)能項目補貼2×104元/戶，既有住房1×104元/戶；新疆維吾爾自治區(qū)部分地區(qū)提供80元/m2外墻保溫建設費用補貼。

4）配套電網改造

北京市對“煤改電”的電供暖項目，由政府固定資產投資給予30%的資金支持；天津市政府提供給每戶2 800元的配套電網補貼。

1.2 電供暖技術比較

從熱效率來看，熱泵的熱效率最高，制熱能效比高達3.0～4.0；碳晶、發(fā)熱電纜的熱效率可達到100%；直接式電熱設備和蓄熱式電熱設備的熱效率上限雖然較高，但?效率較低，其平均熱效率不是很理想。

從經濟性來看，居民冬季取暖成本因熱源燃料、供熱技術不同，價格差異較大。由于無法充分利用峰谷價差，直熱電供暖方式運行成本較高；而熱泵COP（熱泵的循環(huán)性能系數）值較高，故運行成本較低，熱泵經濟性較好。

從實際應用上看，分散式電供暖規(guī)模遠大于集中式電供暖。分散式電供暖面積占總電供暖面積的77%，其中河南、陜西和河北三省占比最多。

從電網運行角度看，直熱式電供暖進一步拉大了電網峰谷差，對電網運行影響大。蓄熱式電供暖主要在電網低谷時段運行，削峰填谷作用明顯，可以有效提升現(xiàn)有電力設施利用率，增強風電等新能源消納能力。蓄熱式有利于實現(xiàn)停電不停暖、改善電網運行特性。電供暖主要技術及特點詳見表1。

表1 電供暖主要技術及特點

1.3 電供暖實施中存在的突出問題

一是部分政府政策支持力度及執(zhí)行尚有不足。

“一刀切”的政策造成投資和補貼失準。部分政府投資和補貼未充分考慮用戶需求、補貼對象及電供暖技術的差異性，導致投資、補貼不精準，效率偏低。除北京、天津、山西等少數省份外，其他地方政府在居民戶內改造、取暖設備補貼、電供暖運行補貼等方面缺乏有效的支持政策。

二是配套電網投資效率低。

“煤改電”用戶對供電可靠性要求顯著提高，戶均配變容量從2 kVA提升至6～10 kVA，電網投資大幅增加。電供暖僅在冬季供暖期使用，平均負載率僅為30%。城鎮(zhèn)規(guī)劃、拆遷等不確定因素較多，“煤改電”項目確村確戶數量變化較大，導致電網投資精準度不高，投資效率及效益偏低。

三是電供暖經濟性偏弱，電網經營壓力大。

電供暖電價低于平均購電成本，造成電網購銷價差倒掛，客觀形成電網公司對用戶補貼。無補貼情況下，部分用戶電供暖費用高于燃煤供暖，居民用戶存在“補貼不持續(xù)”的后顧之憂，導致部分“煤改電”設備出現(xiàn)“改而不用，基本不用”現(xiàn)象。

四是供暖方式不科學。

由于缺乏專業(yè)指導，部分“煤改電”用戶電供暖設備為直熱式，未采用可靠性更高的蓄熱式或其他適宜的供暖設備。

2 電供暖技術路線選擇方法

部分地區(qū)存在“一刀切”盲目推進清潔取暖的現(xiàn)象，實際執(zhí)行中存在“改不動”“用不起”“用不長”等問題，亟須優(yōu)化實施方案及深入研究具體的技術路線。

2.1 影響技術路線選擇的主要因素

（1）能源稟賦。能源主要包括煤炭、天然氣、電、可再生能源等。能源供應、對外依存度、供需形勢對供暖方式的選擇影響較大。

（2）能源持續(xù)供應能力。能源供應保障也是最終決定供暖效果的關鍵因素。各地區(qū)電供暖的發(fā)展需求受制于電力供應能力。影響電供暖需求增長的主要指標有配電網容量、冬季電力盈虧情況等。發(fā)展電供暖必須要求配電網建設跟得上。

（3）居民經濟承受力。居民經濟承受力主要指用戶支付能力。電供暖的費用較傳統(tǒng)供暖方式高，部分用戶難以承擔［2］。另外，現(xiàn)有電供暖補貼將逐步退坡，補貼不可持續(xù)。如，近期河北省唐山市發(fā)布了《關于農村地區(qū)清潔取暖財政補助政策有關事項的通知》，提出采取逐年退坡方式給予補助，第一年退坡50%，第二年退坡至25%，第三年市級不再補助。經濟較發(fā)達地區(qū)，居民經濟承受力相對較高，補貼發(fā)放較為及時和充足，因此清潔取暖推廣應用較好。參考2012—2016年英國家庭收入及燃料成本的中位數計算，合理的燃料消費占收入中位數占比約為 5%～6%［3］。按照人均可支配收入及 4%～5%的燃料消費占比推算，農村居民戶均合理年供暖費大約在1 200～2 000元/戶。

（4）技術經濟性。供暖技術方案受成本因素影響。初投資成本主要考慮主設備及配套管道、安裝費、一二次熱網等；運行成本考慮熱源成本、人工成本和維護折舊成本等。

（5）技術適應性。目前，我國的清潔取暖類型較為豐富，并且技術相對成熟。但是供暖技術的應用條件和適用領域差別較大，供暖技術的適應性受到一定程度的影響。

（6）環(huán)保約束。清潔取暖和環(huán)境保護、污染防治密切相關。污染嚴重地區(qū)通常是清潔取暖加速發(fā)展的前沿陣地。如全國NOx年均濃度超標的城市主要集中在河北、河南、天津、山東、湖北、安徽、北京、四川、江蘇、浙江等地。SO2年均濃度超標的城市主要集中在河南、河北、天津、山東、北京等地。部分環(huán)境超載率大于150%的地區(qū)推進清潔取暖的意愿較強。經統(tǒng)計分析，越是環(huán)境超載率大的地區(qū)越要選擇環(huán)保性能好、能效水平高的清潔取暖方式；而環(huán)境超載率小的地區(qū)則更側重經濟性。電供暖能夠促進我國能源結構調整，有效保護生態(tài)環(huán)境。

（7）其他能源品種取代。目前清潔取暖進程中出現(xiàn)了“返煤”現(xiàn)象。電供暖在應用過程中可能會被燃氣、燃煤供暖替代，存在反替代風險。

2.2 評分指標構建

結合以上影響因素分析，需要從多視角評價，按照準確性、可行性、定量與定性相結合等原則，形成電供暖技術路線評分指標體系，最終確定電供暖技術路線。電供暖技術路線評分指標體系見表2。

表2 電供暖技術路線評分指標體系

1）社會承受力評價指標

社會承受力的評價反映電供暖與經濟和環(huán)境發(fā)展的協(xié)調性。其中經濟承受度的評價指標采用定量指標與定性指標的分析方法。在現(xiàn)有補貼情況下，跟蹤當地補貼政策，根據相關政策對補貼的力度時限性，對不同技術方案進行技術經濟比較。社會承受力是對環(huán)保約束、環(huán)境承載力進行定性判斷。

2）技術持續(xù)力評價指標

技術持續(xù)力的強弱直接影響到電供暖應用的可持續(xù)性。技術發(fā)展程度主要體現(xiàn)在未來市場發(fā)展空間中技術的普及性和在行業(yè)內的滲透率。在行業(yè)內的普及性反映了技術發(fā)展的廣度；滲透率即未來進一步的市場潛力，反映了技術發(fā)展的深度。技術發(fā)展程度的評價要廣度和深度同時評價。

技術競爭力是指技術的內部核心競爭力，包括技術先進性、無補貼下的經濟性和技術適用性、能源利用效率等幾個主要指標。其中無補貼情況可以真實反映技術的競爭力。

3）配套電網完善性評價指標

電力不能大規(guī)模地儲藏，要求用電負荷量和發(fā)電量相匹配，因此電力供應能力的強弱對供暖技術方案選擇將起到關鍵作用。結合影響因素，采取定性指標與定量指標相結合的指標結構。容量大于區(qū)域內電供暖負荷時，說明電力供應能力較強，電供暖需求能被滿足。

電網協(xié)調度指標是指電供暖項目與當地電網的匹配協(xié)調程度。協(xié)調度高意味能夠達到滿負荷運行要求，協(xié)調度低則會引起限電。

4）替代性

其他能源品種供暖方式若具備較強的技術經濟性，則電供暖可能被反替代。目前主要替代對象是燃氣和煤。在燃氣供應存在缺口、燃煤對環(huán)境污染較大的情況下，電供暖的利用率會提升。

2.3 評分過程

采用層次分析法對各項指標的權重進行確定。

第一步，構建判斷矩陣，對指標進行兩兩比較。

構建兩兩比較的判斷矩陣，將電供暖技術路線評分指標體系的每層指標進行兩兩比較。指標判斷矩陣見表3。

表3 指標判斷矩陣

判斷矩陣中元素aij，表示第i個指標相對于第j個指標的相對重要性評價值。采用1～9之間的數字表示。1表示一樣重要，3表示稍微重要，5表示重要，7表示很重要，9表示極其重要。2、4、6、8表示處于兩個相鄰程度中間。

第二步，采用九分位比例標度，形成判定值。

邀請若干名專家對步驟一矩陣中元素aij進行賦值評分，取平均值后得到最接近的九分位權重作為最終權重。

第三步，計算各指標權重數。

按列求和并對矩陣進行歸一化處理，得到各指標的權數向量。

第四步，對判斷矩陣進行一致性檢驗。

首先，求出判斷矩陣中最大特征根；其次，計算度量判斷矩陣偏離一致性的指標CI；最后，計算隨機一致性比率，其中RI為隨機一致性的標準。表4為不同維數的RI值。

表4 不同維度下隨機一致性的標準

當CR＜0.1時，可以判斷通過一致性檢驗；當CR≥0.1時，需要組織專家重新對指標的重要程度進行判斷，直到通過一致性檢驗為止。

采用上述方法可以確定各級指標權重。待各個指標的權重確定后，按照如下步驟確定電供暖技術路線評價值：第一步，評分專家討論確定具體的評分細則。第二步，選取典型的電供暖技術項目，由評分專家進行評分。將所有評出的分數進行對比，若評分一致性達到要求則評分截止。第三步，若評分一致性不達要求，則邀請專家提供意見、參與討論，再進行打分，對結果進行平均化處理，并將其作為電供暖技術項目單個指標的最終分數值。最后，基于上述各個指標的權重以及最終分數，加權得到電供暖技術項目可持續(xù)性的分數。參考評分結果確定電供暖技術路線。

3 電力負荷測算方法

明確清潔取暖發(fā)展目標，有效推進電供暖工作，必須了解電供暖典型負荷特性，掌握電供暖負荷情況，才能實現(xiàn)配套電力工程建設協(xié)同發(fā)展。

3.1 電供暖典型電負荷特性

電供暖主要應用領域為城市居民和商業(yè)。居民分散電供暖負荷曲線的趨勢與居民的生活規(guī)律基本一致，即：在日間工作時間段內用電量較小，負荷曲線出現(xiàn)低谷。商業(yè)電供暖負荷曲線趨勢與商業(yè)建筑的營業(yè)規(guī)律基本一致，即：在夜間非營業(yè)時間段內用電量較小，負荷曲線出現(xiàn)低谷；在營業(yè)時間內負荷較大，曲線趨勢較為平穩(wěn)。總體上，疊加后的電供暖負荷抬高了晚高峰時段的用電高峰。采用蓄熱電供暖方式可以在午夜低谷時期用電蓄熱，平電和峰電狀態(tài)下不用電或少用電。

3.2 歷史電供暖用戶電力負荷估算方法

首先計算出春夏秋冬四個季節(jié)整點時刻負荷均值，然后將春秋季節(jié)數據進行平均，得到基礎負荷。

根據重點行業(yè)典型日負荷曲線，計算得到居民生活和商業(yè)行業(yè)四季典型日各整點時刻用電負荷占地區(qū)用電負荷的比例。該比例乘以四季基礎負荷得到居民生活和商業(yè)行業(yè)四季平均日負荷的估計值。

將居民生活和商業(yè)行業(yè)的春秋季節(jié)平均日負荷的估計值分別計算平均值，得到居民生活基礎負荷和商業(yè)行業(yè)基礎負荷。

冬季居民生活典型日負荷減去居民生活基礎負荷得到居民冬季電供暖負荷。冬季商業(yè)行業(yè)日負荷估計值減去商業(yè)行業(yè)基礎負荷得到商業(yè)行業(yè)冬季電供暖負荷。

3.3 新增電供暖負荷測算方法

為滿足“煤改電”帶來的供暖增量負荷，應對現(xiàn)有配電網進行改造升級。集中式供熱方式的供電量需求主要依據原有鍋爐的容量確定，分散式供熱方式的供電量需求主要依據單位面積供熱負荷確定。每戶供電需求在原有負荷容量的基礎上應累加電供暖戶均容量進行測算。在實地調研及分析驗證基礎上，制定電供暖測算標準，具體見表5。

表5 電供暖測算標準

表5主要用于測算10 kV負荷，其他電壓等級的網供負荷應在此基礎上進行經驗值測算。

根據 GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規(guī)范》，冬季供暖區(qū)域分為“嚴寒地區(qū)”和“寒冷地區(qū)”兩類，部分跨區(qū)省份可根據經驗進行適當折算。

以某地區(qū)為例，按照每戶面積120 m2計算，每戶供暖熱負荷約為7.2 kW。按“煤改電”最常用電供暖設備熱效率95%計算，需電負荷7.5 kW。預測農村地區(qū)每戶平均負荷為1.5 kW，得到“煤改電”后的最大戶均負荷約為9.0 kW?！懊焊碾姟泵繎粼黾拥呢摵蔀椋海?.0 kW-1.5 kW）×0.6（戶間同時率）×0.8（設備利用率）=3.6 kW。

以上測算是按直熱電供暖方式進行的負荷計算。對于熱泵電力負荷需求，可根據當地實測COP供熱系數進行適當折算。

電供暖主要集中于北方地區(qū)，推廣地域涉及北京、天津、河北、山西、山東、河南、遼寧、吉林、黑龍江、蒙東、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆等15個省份，各地供暖季在120～200 d不等，年最大利用小時數為800～2 300 h。

整體來看，北方地區(qū)各省份年冬夏兩季負荷持續(xù)攀升。預計實施電供暖后，北方地區(qū)大部分省份夏季最大負荷仍高于冬季最大負荷，冬夏最大負荷差逐年減??；在大力實施電供暖后，地處嚴寒地區(qū)的省份，冬季最大負荷可能高于夏季最大負荷。

4 電供暖發(fā)展展望

隨著環(huán)保約束類政策的不斷出臺，國家大力推廣綠色低碳的生活理念和生活方式。散煤治理依然是電能替代方面的重點工作。泛在電力物聯(lián)網建設可帶動電供暖向精準化、智能化方向發(fā)展。在“三型兩網”（“三型”是指：樞紐區(qū)、平臺型、共享型；“兩網”即：堅強智能電網、泛在電力物聯(lián)網）背景下，電網公司的營銷策略、服務種類、服務方式、替代運營模式等商業(yè)化運作模式均將發(fā)生較大轉變。能源轉型持續(xù)進行，伴隨新能源發(fā)電成本持續(xù)下降，可以降低電供暖成本。新的技術及發(fā)展路徑將會進一步提升電供暖發(fā)展質量和效益。