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(gè)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(kāi)展煤改清潔能源工作。

太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、空氣能、地?zé)崮芘c余熱作為常見(jiàn)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。

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空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？""

燃?xì)馔艿焦芫W(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?xì)夤芫W(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(guò)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?xì)夤┡饕ㄟ^(guò)燃?xì)忮仩t集中供暖、燃?xì)獗趻鞝t+散熱器或地面輻射裝置供暖，分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)等多種方式實(shí)現(xiàn)。燃?xì)夤┡夹g(shù)傳統(tǒng)成熟，產(chǎn)業(yè)支撐和市場(chǎng)化能力較強(qiáng)，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(lái)越嚴(yán)格的低氮排放要求也對(duì)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(shí)施煤改電項(xiàng)目往往都需要進(jìn)行電網(wǎng)的升級(jí)改造。部分企業(yè)提出將農(nóng)村光伏扶貧項(xiàng)目發(fā)出的電用來(lái)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(jiàn)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(jiǎn)單，但是運(yùn)行費(fèi)用最高，一般不建議采用，在部分局部或間歇供暖的場(chǎng)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(jiàn)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(lái)，可充分利用峰谷電價(jià)，有效降低運(yùn)行費(fèi)用；但系統(tǒng)對(duì)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(jià)加以匹配才能實(shí)施，還需要有良好的放熱控制措施才能達(dá)到理想效果。

熱泵

空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、太?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？

空氣源熱泵供暖系統(tǒng)是目前煤改電項(xiàng)目中應(yīng)用最廣的技術(shù)，它利用逆卡諾循環(huán)原理，通過(guò)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(jī)直接置于房間內(nèi)，控制靈活方便，利于主動(dòng)節(jié)能，沒(méi)有防凍需求，但農(nóng)戶對(duì)室內(nèi)機(jī)噪音和熱風(fēng)供暖的接受性還需要進(jìn)一步評(píng)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(shí)現(xiàn)分室調(diào)節(jié)，長(zhǎng)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(xiàng)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(duì)電網(wǎng)增容要求相對(duì)要低很多，在既有農(nóng)村建筑中更易于實(shí)施。但是，空氣源熱泵也存在低溫環(huán)境下性能下降的問(wèn)題、結(jié)霜融霜、室外機(jī)噪音等問(wèn)題需要解決，在嚴(yán)寒和高濕度地區(qū)應(yīng)用還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

筆者團(tuán)隊(duì)對(duì)15個(gè)北京空氣源熱泵供暖項(xiàng)目進(jìn)行了整個(gè)供暖季的監(jiān)測(cè)，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(duì)較高；由于暖冬和大馬拉小車(chē)現(xiàn)象普遍，變頻壓縮機(jī)表現(xiàn)明顯由于定頻壓縮機(jī)；有無(wú)緩沖水箱對(duì)系統(tǒng)能效影響不大，系統(tǒng)谷電時(shí)段耗電量占整個(gè)電耗的40%-50%。

地?zé)崮?

空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、太?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？

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(xiǎn)；采用地下直接換熱方式對(duì)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(duì)電網(wǎng)增容要求不高的特點(diǎn)，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(hù)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(shí)需要注意地下土壤的熱平衡問(wèn)題和地埋管的打孔場(chǎng)地問(wèn)題。

生物質(zhì)能

空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、太?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？

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(duì)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)分散資源的分散利用，易于市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化，但生物質(zhì)原材料收儲(chǔ)運(yùn)相對(duì)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(mén)抵制。此外，生物質(zhì)固體燃料熱值相對(duì)較低，價(jià)格較高，對(duì)后期供暖費(fèi)用也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

沼氣技術(shù)在我國(guó)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(mén)燃具，在供暖季低溫下產(chǎn)氣量下降，原材料收儲(chǔ)運(yùn)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(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了該項(xiàng)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(dá)國(guó)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(bǔ)充，國(guó)內(nèi)也有試點(diǎn)示范。但是生物質(zhì)燃料的收儲(chǔ)運(yùn)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(jià)格上漲，持續(xù)盈利面臨挑戰(zhàn)。

太陽(yáng)能

空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⑻?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？

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

太陽(yáng)能被動(dòng)式供暖最典型的應(yīng)用就是被動(dòng)太陽(yáng)房，從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)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(dòng)太陽(yáng)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(dòng)系統(tǒng)配合使用。此外，被動(dòng)太陽(yáng)房還需對(duì)集熱、蓄熱、熱分配和防過(guò)熱進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，在保障供暖季舒適的同時(shí)避免非供暖季過(guò)熱問(wèn)題。

太陽(yáng)能熱水供暖系統(tǒng)是在太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，集熱技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)支撐較好，可分戶或幾種實(shí)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(shí)還需要考慮防過(guò)熱措施。在嚴(yán)寒或單純供暖導(dǎo)致地下土壤過(guò)冷的項(xiàng)目中，也可與地埋管熱泵系統(tǒng)復(fù)合應(yīng)用，利用太陽(yáng)能在非供暖季為地下補(bǔ)熱，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能全年度的綜合應(yīng)用。

太陽(yáng)能空氣供暖系統(tǒng)是近年來(lái)針對(duì)單層、閑置易凍農(nóng)房發(fā)展起來(lái)的，它以空氣為工作介質(zhì)，價(jià)格便宜，簡(jiǎn)單可靠，不存在冬季凍結(jié)問(wèn)題和非供暖季過(guò)熱問(wèn)題，在非供暖季還可強(qiáng)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(duì)較低，存在空氣流道積塵的隱患，對(duì)蓄熱體的要求也更高。

余熱

空氣能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、太?yáng)能與余熱等可再生能源供暖大PK哪個(gè)更勝一籌？

余熱供暖是指利用工業(yè)低品位余熱進(jìn)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(jì)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(diǎn)一般距離較大，需要遠(yuǎn)距離輸送熱媒，需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以確定其可行性。

常用清潔供暖技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

為給出定量的清潔供暖費(fèi)用比較，本文以北京地區(qū)為例，將目前煤改電項(xiàng)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?xì)獗趻鞝t供暖進(jìn)行了簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)分析。

首先，本文根據(jù)國(guó)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(jì)，北京市每噸燃煤?jiǎn)蝺r(jià)補(bǔ)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(jià)格約為0.19元，熱費(fèi)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(jià)格2.3元/立方米，燃?xì)獗趻鞝t效率按一級(jí)爐94%計(jì)算，燃?xì)獗趻鞝t每產(chǎn)生1kwh熱量的價(jià)格約為0.22元，熱費(fèi)約72.22×0.22=15.89元/(m2·a)。

對(duì)空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，以居民用電電價(jià)0.4883元/kWh，不考慮谷電優(yōu)惠，要達(dá)到燃?xì)獗趻鞝t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(dá)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(jià)0.4883元/kWh，谷電時(shí)段運(yùn)行耗電量占總耗電量50%，要達(dá)到燃?xì)獗趻鞝t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(dá)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(jì)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(yùn)行費(fèi)用是完全可以接受的。

對(duì)蓄熱電暖器，考慮北京市煤改電優(yōu)惠谷電電價(jià)0.1元/kWh，平電電價(jià)0.4883元/kWh，谷電時(shí)段運(yùn)行耗電量占總耗電量50%，要達(dá)到燃?xì)獗趻鞝t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(dá)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(yùn)行費(fèi)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(jià)格略高，谷電補(bǔ)貼后價(jià)格較低，都對(duì)分析結(jié)果有影響。如有需要，可參照本文思路，針對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行分析。