基于电能替代应用的分析

崔战涛

（国网宁夏电力公司石嘴山供电公司，宁夏石嘴山753000）

基于电能替代应用的分析

崔战涛

（国网宁夏电力公司石嘴山供电公司，宁夏石嘴山753000）

分析了当前开展电能替代的目的、意义及其后续的发展；对我国当前开展的电能替代方式进行了描述，介绍了天津地区当前开展的电能替代项目，并对西北地区实施电能替代项目进行了分析。

电能替代；以电代煤；以电代油；充电桩

1 引言

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源应用的改进和更替。随着新一轮能源的变革，安全可靠、经济高效、清洁环保的能源供应与利用，成为了人们共同关心的问题。经过三十多年的改革开放，中国经济迅猛发展，取得了举世瞩目的成就，已经发展为世界第二大经济体，中国也变成了世界第二大能源生产国和第一消费国，经济发展对能源的需求越来越大，国家能源安全与环境保护的问题日益突出。

我国是世界上最大的煤炭消费国，燃煤排放的二氧化碳、氮氧化合物、烟粉尘等是空气当中的主要污染物。2014年，我国石油和天然气的对外依存度分别达到了59.5%和32.2%，能源安全问题形势严峻。与此同时，近年来我国环境污染事件频发，雾霾天气越来越多，严重损害了人们健康，以PM2.5 为例，50%－60%的 PM2.5 来自于自燃煤，20%－30%的PM2.5来自燃油。电能在终端消费环节的转换效率和排放显著优于煤和油，煤炭就地转化为电能并进行集中排污治理的环保效果显著优于分散燃烧。通过实施“以电代煤、以电代油、电从远方来”等能源消费新模式，能够有效解决目前存在的问题。

2 电能替代的方式

2.1 以电代煤

当前以电代煤的方式较多，主要涉及分散电采暖、热泵、蓄热式电锅炉、电窑炉、电蒸汽发生器、蓄冷空调、农村家庭电气化、现代农业设施、综合型电能替代等。

2.1.1 分散电采暖

电采暖是通电后能将电能向热能转换并辐射热量的采暖技术。所谓分散电采暖，即将小容量的电采暖设备，如电热膜、发热电缆、碳晶电热板、相变蓄能电暖气等分散安装在建筑室内，达到供暖的目的，可广泛应用于居民楼、学校医院等场所。

电热膜技术最先开始于美国，近二十年来迅速发展，几乎应用于各类建筑中，在北欧、韩国、日本等国家和地区普遍应用。我国的电热膜制造工艺已达到世界领先水平，技术成熟。

发热电缆供暖系统起源于芬兰，在欧洲、北美等世界60多个国家和地区广泛应用，1992年进入我国，在部分城市有所应用。

碳晶电热板供暖系统起源于2004年，目前主要推出的有碳晶墙暖技术、电热板技术等。

电热膜技术

发热电缆技术

碳晶电热板

2.1.2 热泵

热泵是利用低温热源，回收其中的热量，经过压缩机升温升压后向建筑物供热的技术。一般热泵可以“一机两用”，即冬季供暖，夏季制冷。按照低温热源的种类不同，热泵可以分为水源热泵、地源热泵和空气源热泵。热泵具有可再生、高效节能、环保无污染、应用广泛的特点。

地源热泵是一种利用地表浅层地热资源的高效节能空调系统，它由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成，以岩土体、地下水或地表水为低温热源的供热空调系统。

水源热泵将地下水资源或部分地表水作为热泵的冷热源，海水热泵、污水热泵和工业废水热泵应用较广泛。

空气源热泵以丰富的空气资源作为低温热源，它包括大型冷风热泵机组、VRV热泵空调系统及热泵空调机。凡是具有良好空气获取能力及适当安装空间的建筑均可使用空气源热泵。

2.1.3 电锅炉

电锅炉是采用电阻式和电磁感应式加热器，将电能转化为热能的设备，电锅炉分为直热式电锅炉和蓄热式电锅炉两种。

直热式电锅炉没有蓄热装置，占地面积小，没有污染物排放，但运行费用较高。

蓄热式电锅炉采暖是在夜间谷电时段，利用电加热锅炉产生热量，然后将热量蓄积在蓄热装置中（目前蓄热方式主要包含热水蓄热和镁砂固体蓄热），在白天用电高峰时段，停止电锅炉运行，利用蓄热装置向外供热，以达到转移高峰电力、节省电费、减轻电力负荷和降低设备容量的目的。

2.1.4 电窑炉

电窑炉是一种电加热窑炉，利用逆流工作原理，窑炉是用耐火材料砌成，用以煅烧物料或烧成制品的设备。与炉窑相比，电窑炉控制温度准确度更高，且完全不需要进行预热，节省成本，无污染无公害，主要应用于耐火材料、陶瓷、玻璃、金属热处理等。目前，拖拉机、汽车工业70%－80%的零部件需要进行热处理加工，刃具、工具和轴承产品都需要进行热处理，电窑炉发展前景良好。

2.1.5 蓄冷空调

根据蓄冷介质的不同，蓄冷空调系统可分为水蓄冷和冰蓄冷。

水蓄冷空调系统是以水为介质，将低电价时夜间电网多余的谷段电力与水的显热相结合来蓄冷，以低温冷冻水形式储存冷量，并在用电高峰时段使用储存的低温冷冻水来作为冷源的空调系统。

冰蓄冷空调技术是利用夜间电网谷电运转制冷主机制冷，并以冰的形式储存，在白天用电高峰时将冰融化提供给空调用冷，从而避免中央空调争用高峰电力调节负荷，能节约能源。冰蓄冷空调可广泛应用于饭店、商场、宾馆、办公楼等用电高峰和冷负荷高峰基本一致且持续时间长的场合。

2.2 以电代油

当前，以电带油的方式主要涉及电动汽车和电气化轨道交通等。

电动汽车是指全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，具有起步快、污染物零排放等特点，一般充一次电可以行使80km－160km，可满足城市出行需要。

电气化轨道交通包括城市轨道、电气化铁路等，以电能作为驱动力，减少了石油的使用量，从而降低交通对石油的依赖。

3 天津地区的做法

按照国务院大气污染防治行动计划要求，天津市面临着2017年净削减煤炭消费总量1000万吨，“煤改燃”带来天然气供应缺口不断加大等清洁能源发展新问题。当地电力公司以“煤炭消减和散煤治理等形成的既有市场，及新项目电能应用等形成的新增市场”这两个市场为核心，积极推进能源清洁化。

3.1 以电代煤工作的开展

天津市煤炭消耗总量5338万吨。其中，供热用煤1022万吨，占19%；工业用煤1300万吨，占24%；发电用煤2746万吨，占51%。2014年底，天津市10蒸吨及以下的燃煤锅炉有4155台，共10129蒸吨。其中，在环城四区、远郊区县和滨海新区的有4060台，共9824蒸吨，占97%。按照京津冀大气污染防治行动计划要求，到2017年，城郊、区县全面淘汰10蒸吨及以下燃煤锅炉。

案例：小站镇阀门工业园位于津南区小站镇东部地区，有阀门企业76家，原有冲天炉81座，年耗标准煤23400吨，对环境造成严重污染。为了环境治理和减少煤炭消耗，政府部门和电力企业共同实施了小站东部地区“煤改电”工程。

天津市天一阀门有限公司地处小站镇辖区，是专门从事阀门铸造的厂家，一直靠两台5吨的冲天炉进行铸造。2014年初该公司投资1000万元，对原有冲天炉进行拆除，新上3吨电炉，新建1座2500千伏安变电室。

投入生产后有五个方面发生明显的变化：①产品成品率提高15个百分点；②产品产量提高170%以上；③年减少标煤1500吨，改善环境；④企业节约人工80%；⑤产品利润提高3－5倍。电窑炉和燃煤炉的经济性对比如表1所示。

表1 天一阀门厂电窑炉、燃煤冲天炉经济性对比

3.2 以电代油工作的开展

天津市以电代油工作，特别是电动汽车推广方面形成了政府倡导、电力企业主导，多部门配合的态势。

在电动汽车推广初期，电力企业多次与对应的政府部门对接，在新市场拓展和大气污染治理等方面与政府达成共识，形成了由政府无偿划拨土地，由电力企业出资建设大型充换电站；由公交公司出资购置城市公交电动汽车，公交公司负责公交车辆运维，供电公司负责充换电站运维的建设运行模式。

案例：天津市河西区津门湖电动汽车充换电站建设项目

津门湖电动汽车充换电站项目于2013年9月30日开工，同年12月31日建成，项目总投资1.02亿元。该站占地面积5063m2，建有综合楼一座，总面积3148m2。设有变电室、监控室、商用车换电区、电池检测和维护区等5个功能区。平行设置4个换电工位，运行维护团队48人，可为120辆电动公交车提供换电服务。

该电动汽车充换电站具有以下特点：

（1）采用毗邻公交首末车站一体化设计，实现了换电零距离，更为经济实用，减少建设用地50%。

（2）使用在线动力电池检测维护技术和电池均衡技术，可延长电池寿命30%。

（3）采用第三代换电机器人、应用动力电池柔性顶杆的锁止解锁技术，使换电速度更快，平均换电时间8分钟。

（4）对应电动汽车采用轻量化设计，每车配备5大4小共9箱320安时电池，车辆满载后行驶里程不小于120公里。百公里平均运营费用仅为传统燃油汽车的55%。

（5）从2014年4月30日开始至今2016年4月30日共为3路共计90辆纯电动公交车提供换电服务141079次，日均换电189次，服务车辆总行驶里程950.63万公里，减少燃油消耗2795吨，减少二氧化碳排放8905吨。

（6）同时具备给个人用户提供私家车快（慢）充电服务功能。

目前该充换电站运行状况良好，日常运维由国网天津市电动汽车服务公司委托第三方进行。私家车用户服务电价为1.7元／千瓦时，实际运行电价执行大工业电价。

4 电能替代在西北地区，尤其是宁夏推广的思考

我国西北地区煤炭储量丰富、全年日照时间长，太阳辐射强，发展光伏产业极具优势。宁夏地处西北地区，全区煤炭探明储量300多亿吨，预测储量2020多亿吨，储量位居全国第六位。第二产业中电解铝、铁合金、碳素制品、碳化硅、电石、金属镁等产品的生产极具规模。截止目前，全区太阳能光伏发电规模已达495万千瓦，根据自治区政府批复的《宁夏2015年－2020年光伏园区规划》，到2020年底，宁夏风电装机规模超过1100万千瓦，太阳能装机规模超过1000万千瓦。

4.1 以新能源代替用户自备电厂

铁合金等高耗能产业需要丰富而价廉的电力资源。随着国家严格控制“两高一资”产品出口措施的实施，钢铁企业去产能、全球经济下滑等因素影响，相关企业经营困难。以高耗能产业为支柱的宁夏、内蒙、甘肃地区也不例外。

为了降低电价成本，高耗能企业除了在大规模新建用户产权高电压等级的变电站以外，近年来随着煤炭价格的降低，又开始大规模建设自备电厂。

近年来西北地区“弃风弃光”现象时有发生，2015年，全国平均弃风率达15.2%，甘肃弃光率达到40.2%。宁夏2015年弃风率达18%，弃光率为8%；2016年上半年宁夏弃风率为21%，弃光率达11%。

电价是最好的市场杠杆，也是最坏的杠杆。如果政府监管机构能够引导光伏、风电发电企业、电网企业与高耗能企业对接，用富裕的太阳能、风能发电量替换用户自身自备电厂的电量，可以实现目前的供需平衡。对于政府而言控制了温室气体排放，减轻了环境压力；对新能源企业而言，提高了经济收入，不至于设备空置；对于高耗能企业而言减轻了企业负担；对电网企业而言，提高了销售业绩。是一个各方均受益的共赢战略。

4.2 以电代油

当前西北地区城市规模和一线城市比较普遍不大，日常出行半径均在电动汽车的范围之内。应积极与政府相关部门接触，借鉴天津市模式：政府无偿划拨土地，电力企业积极申请资金建设充换电站实体，公交公司购置电动公交汽车。实现企业与政府共赢的目的。

电能替代工作既是国家能源消费革命、促进节能减排、服务城市建设的重大战略，也是电力企业应对售电市场增速下滑、增加售电增量、支撑发展的重要举措。以上仅为个人的一些见解和拙见，如有不妥之处，尽请批评指正。

［1］国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴2013.北京：中国统计出版社，2013.

［2］电能替代的几种形式.中国电力企业管理，2015，（2）：12－21.

［3］国网天津市电力公司.电能替代技术发展及应用.北京：中国电力出版社，2015.

［4］刘素伊，张金伟，许 芳.电能替代对雾霾的影响分析.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

崔战涛（1981－），男，工程师，宁夏石嘴山供电公司职工，从事继电保护等技术工作和调度及配网运行维护等技术管理工作。

2016－08－01