清潔取暖受到了大家的關(guān)注，而且，北京、河北、山西、山東等多個北方省市，以煤改電和煤改氣作為主要技術(shù)路徑，正在積極開展煤改清潔能源工作。

太陽能、生物質(zhì)能、空氣能、地?zé)崮芘c余熱作為常見的供暖用可再生能源，筆者幫大家分析一下不同清潔能源的應(yīng)用。

燃氣

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燃氣往往受到管網(wǎng)限制，只有部分城郊農(nóng)村可以應(yīng)用。在農(nóng)村地區(qū)敷設(shè)燃氣管網(wǎng)受到成本和安全性限制，往往采用液化氣氣或壓縮氣的方式，通過罐裝或在村莊設(shè)置小型供氣站的供能。山西、內(nèi)蒙等地區(qū)煤層氣豐富，正在嘗試將煤層氣提純或與天然氣摻混后作為清潔供暖主要能源加以應(yīng)用。

燃氣供暖主要通過燃氣鍋爐集中供暖、燃氣壁掛爐+散熱器或地面輻射裝置供暖，分布式燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)等多種方式實現(xiàn)。燃氣供暖技術(shù)傳統(tǒng)成熟，產(chǎn)業(yè)支撐和市場化能力較強，用戶接受程度高，在城市煤改清潔能源工程中應(yīng)用最為廣泛，但其應(yīng)用受到供氣管網(wǎng)和氣源可靠性影響，越來越嚴格的低氮排放要求也對其在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用前景蒙上了陰影。

電力

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市政電力用于供暖也受到電網(wǎng)容量限制，尤其在電網(wǎng)比較薄弱的農(nóng)村地區(qū)，要實施煤改電項目往往都需要進行電網(wǎng)的升級改造。部分企業(yè)提出將農(nóng)村光伏扶貧項目發(fā)出的電用來供暖由于發(fā)電量較小，成本太高，與光熱利用相比能效較低等原因是不適宜的。在部分棄風(fēng)棄光比例較高的農(nóng)村地區(qū)，可考慮利用這部分電力直接供暖。

電力供暖分為電直熱和電蓄熱兩種方式。

常見的電直熱方式有直熱式電暖器、發(fā)熱電纜、電熱膜、碳晶、熱軌、碳纖維等，以戶式系統(tǒng)為主。電直熱升溫快，控制方便，施工簡單，但是運行費用最高，一般不建議采用，在部分局部或間歇供暖的場合可以有選擇地加以應(yīng)用。

電蓄熱是指帶蓄熱裝置的電供暖系統(tǒng)，常見的電蓄熱方式有蓄熱電暖器、蓄熱電鍋爐、電鍋爐+水蓄熱、電鍋爐+相變蓄熱等，既可以用于戶式系統(tǒng)，也可用于集中供暖，其中蓄熱電暖器是目前煤改電推廣的主要設(shè)備之一。電蓄熱系統(tǒng)利用夜間谷電將全天耗熱量生產(chǎn)出來，可充分利用峰谷電價，有效降低運行費用；但系統(tǒng)對電力增容的要求更高，一般為電直熱系統(tǒng)的2-3倍，系統(tǒng)初投資較高，必須要有優(yōu)惠的峰谷電價加以匹配才能實施，還需要有良好的放熱控制措施才能達到理想效果。

熱泵

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空氣源熱泵供暖系統(tǒng)是目前煤改電項目中應(yīng)用最廣的技術(shù)，它利用逆卡諾循環(huán)原理，通過輸入電力從低品位的空氣中提取熱能，輸送給供暖裝置使用?？諝庠礋岜每煞譃闊犸L(fēng)型和熱水型。熱風(fēng)型熱泵一般分室設(shè)置，室內(nèi)機直接置于房間內(nèi)，控制靈活方便，利于主動節(jié)能，沒有防凍需求，但農(nóng)戶對室內(nèi)機噪音和熱風(fēng)供暖的接受性還需要進一步評估；熱水型熱泵一般和常規(guī)熱水供暖系統(tǒng)配套，一戶一系統(tǒng)，末端散熱方式與原土暖氣相同，農(nóng)戶易于接受，但不易實現(xiàn)分室調(diào)節(jié)，長期不住室內(nèi)系統(tǒng)有防凍要求。目前以北京為代表的煤改電項目中熱水型熱泵占了絕大多數(shù)。

與電直接轉(zhuǎn)化為熱相比，空氣源熱泵能效高，一份電力可產(chǎn)生多份熱量，對電網(wǎng)增容要求相對要低很多，在既有農(nóng)村建筑中更易于實施。但是，空氣源熱泵也存在低溫環(huán)境下性能下降的問題、結(jié)霜融霜、室外機噪音等問題需要解決，在嚴寒和高濕度地區(qū)應(yīng)用還有待進一步驗證。

筆者團隊對15個北京空氣源熱泵供暖項目進行了整個供暖季的監(jiān)測，系統(tǒng)季節(jié)cop最低1.64，最高2.99；末端采用地面輻射的由于供水溫度低，cop相對較高；由于暖冬和大馬拉小車現(xiàn)象普遍，變頻壓縮機表現(xiàn)明顯由于定頻壓縮機；有無緩沖水箱對系統(tǒng)能效影響不大，系統(tǒng)谷電時段耗電量占整個電耗的40%-50%。

地?zé)崮?

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地?zé)崮芄┡梢苑譃橹懈邷氐責(zé)嶂苯庸┡蜏\層地源熱泵供暖兩種方式。

中高溫地?zé)嶂苯庸┡苯永玫責(zé)豳Y源供暖，僅需輸配系統(tǒng)能耗，系統(tǒng)能效高；但其應(yīng)用范圍和規(guī)模受地?zé)豳Y源限制，采用地?zé)峋删杀据^高，采用取水換熱方式回灌有一定難度，存在地?zé)崽锉晃廴镜娘L(fēng)險；采用地下直接換熱方式對管材承壓要求高，換熱效率低，換熱面積大，初投資昂貴。

淺層地源熱泵供暖與空氣源熱泵類似，都具有能效高，一份電力可產(chǎn)生多份熱量，對電網(wǎng)增容要求不高的特點，由于淺層地源熱泵以淺層地?zé)崮茏鳛闊嵩?，其性能較穩(wěn)定，受環(huán)境溫度變化影響小。淺層地源熱泵供暖系統(tǒng)一般可分為地下水、地表水和地埋管地源熱泵三種形式，其中地下水地源熱泵受水資源保護約束，很難取得許可；地表水在冬季溫度較低，易于解凍，較少使用；地埋管地源熱泵系統(tǒng)投資一般較高，在單純供暖時需要注意地下土壤的熱平衡問題和地埋管的打孔場地問題。

生物質(zhì)能

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生物質(zhì)直接低效燃燒取暖的方式已逐漸被淘汰，有希望得到大量推廣應(yīng)用的是生物質(zhì)固體成型燃料高效燃燒供暖、沼氣燃燒供暖和村鎮(zhèn)微型生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)供暖。生物質(zhì)固體成型燃料高效燃燒供暖技術(shù)相燃燒供暖對簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)分散資源的分散利用，易于市場化和產(chǎn)業(yè)化，但生物質(zhì)原材料收儲運相對困難，固體燃料容易被摻假，混入垃圾煤炭等非環(huán)保材料，在某些區(qū)域受到環(huán)保部門抵制。此外，生物質(zhì)固體燃料熱值相對較低，價格較高，對后期供暖費用也會產(chǎn)生負面影響。

沼氣技術(shù)在我國農(nóng)村地區(qū)已推廣多年，具有較好的應(yīng)用基礎(chǔ)。但是沼氣存在熱值低，需要專門燃具，在供暖季低溫下產(chǎn)氣量下降，原材料收儲運較難，沼液沼渣處理和沼氣池清淤等專業(yè)服務(wù)欠缺等問題，嚴重阻礙了該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。

村鎮(zhèn)微型生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)在丹麥等西方發(fā)達國際得到了很好的應(yīng)用，成為當(dāng)?shù)貐^(qū)域供暖常規(guī)熱源的有益補充，國內(nèi)也有試點示范。但是生物質(zhì)燃料的收儲運困難，發(fā)電上網(wǎng)受政策性影響較大，熱-電供應(yīng)相互影響，隨著人工和燃料價格上漲，持續(xù)盈利面臨挑戰(zhàn)。

太陽能

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太陽能熱利用在我國具有悠久的歷史和很好的應(yīng)用研究基礎(chǔ)，太陽能供暖作為太陽能熱利用領(lǐng)域中的一個重要方向，一直受到眾多的關(guān)注。太陽能供暖可以分為被動式供暖和主動式供暖兩種，根據(jù)熱媒不同主動式供暖又可分為太陽能熱水供暖和太陽能空氣供暖兩種類型。實施太陽能供暖一般需要建筑滿足節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最好主被動系統(tǒng)結(jié)合使用。

太陽能被動式供暖最典型的應(yīng)用就是被動太陽房，從上個世紀(jì)八十年代開始就在北方地區(qū)得到了大量應(yīng)用，有效地改善了廣大北方農(nóng)村室內(nèi)熱環(huán)境。被動太陽房增投資不高，效果明顯，但主要起改善作用，要確保室內(nèi)舒適需要與其他輔助能源和主動系統(tǒng)配合使用。此外，被動太陽房還需對集熱、蓄熱、熱分配和防過熱進行綜合設(shè)計，在保障供暖季舒適的同時避免非供暖季過熱問題。

太陽能熱水供暖系統(tǒng)是在太陽能生活熱水系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，集熱技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)和市場支撐較好，可分戶或幾種實施，也可與季節(jié)蓄熱結(jié)合區(qū)域供暖。但是由于集熱器暴露在室外，需要考慮防凍措施，在非供暖季系統(tǒng)閑置時還需要考慮防過熱措施。在嚴寒或單純供暖導(dǎo)致地下土壤過冷的項目中，也可與地埋管熱泵系統(tǒng)復(fù)合應(yīng)用，利用太陽能在非供暖季為地下補熱，實現(xiàn)太陽能全年度的綜合應(yīng)用。

太陽能空氣供暖系統(tǒng)是近年來針對單層、閑置易凍農(nóng)房發(fā)展起來的，它以空氣為工作介質(zhì)，價格便宜，簡單可靠，不存在冬季凍結(jié)問題和非供暖季過熱問題，在非供暖季還可強化室內(nèi)通風(fēng)，改善室內(nèi)環(huán)境。但是以空氣作為工作介質(zhì)，集熱效率相對較低，存在空氣流道積塵的隱患，對蓄熱體的要求也更高。

余熱

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余熱供暖是指利用工業(yè)低品位余熱進行供暖的方式。由于熱源成本較低，余熱供暖在技術(shù)和經(jīng)濟上均具有較好的可行性。但是余熱供暖最重要的是要有穩(wěn)定的余熱源，而余熱資源與生產(chǎn)工藝緊密相關(guān)，連續(xù)性與穩(wěn)定性一般較差；此外余熱源離用熱點一般距離較大，需要遠距離輸送熱媒，需要進行技術(shù)經(jīng)濟分析以確定其可行性。

常用清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟分析

為給出定量的清潔供暖費用比較，本文以北京地區(qū)為例，將目前煤改電項目中最常用的空氣源熱泵供暖系統(tǒng)和蓄熱電暖器與傳統(tǒng)的燃煤爐供暖和燃氣壁掛爐供暖進行了簡單經(jīng)濟分析。

首先，本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T51161-2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》表6.3.1，按照節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)選取北京市供暖能耗為72.22kWh/(m2.a)作為比較基準(zhǔn)。以熱值為6000大卡每公斤的優(yōu)質(zhì)燃煤計，北京市每噸燃煤單價補貼后約800元，采用高效燃煤爐效率60%，燃煤水暖爐每產(chǎn)生1kwh熱量的價格約為0.19元，熱費約72.22*0.19=13.72元/(m2.a)；以北京市天然氣熱值39.8MJ/立方米，價格2.3元/立方米，燃氣壁掛爐效率按一級爐94%計算，燃氣壁掛爐每產(chǎn)生1kwh熱量的價格約為0.22元，熱費約72.22×0.22=15.89元/(m2·a)。

對空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，以居民用電電價0.4883元/kWh，不考慮谷電優(yōu)惠，要達到燃氣壁掛爐同樣水平空氣源熱泵供暖季平均能效比不能低于2.22；要達到燃煤水暖爐同樣水平空氣源熱泵供暖季平均能效比不能低于2.57。如果考慮北京市煤改電優(yōu)惠谷電0.1元/kWh的優(yōu)惠政策，平電電價0.4883元/kWh，谷電時段運行耗電量占總耗電量50%，要達到燃氣壁掛爐同樣水平空氣源熱泵供暖季平均能效比不能低于1.34；要達到燃煤水暖爐同樣水平空氣源熱泵供暖季平均能效比不能低于1.55。從以上計算可以看到，采用空氣源熱泵如果不考慮系統(tǒng)和電網(wǎng)初投資折舊，僅僅看運行費用是完全可以接受的。

對蓄熱電暖器，考慮北京市煤改電優(yōu)惠谷電電價0.1元/kWh，平電電價0.4883元/kWh，谷電時段運行耗電量占總耗電量50%，要達到燃氣壁掛爐同樣水平谷電占總耗電量比例（即蓄熱率）不能小于69.1%；要達到燃煤水暖爐同樣水平谷電占總耗電量比例煤改電優(yōu)惠不能小于76.8%。目前，根據(jù)行標(biāo)JG/T236-2008《電采暖散熱器》要求，蓄熱率應(yīng)不小于75%，合格產(chǎn)品運行費用基本可與燃煤水暖爐相當(dāng)。

編者按

本文比較重采用的是北京市數(shù)據(jù)，其讓燃煤價格略高，谷電補貼后價格較低，都對分析結(jié)果有影響。如有需要，可參照本文思路，針對當(dāng)?shù)厍闆r進行分析。