供暖问题由来已久，传统的供暖方式对雾霾的形成有直接影响。积极推进清洁取暖、加快散煤替代，可以有效降低供暖季大气污染物排放强度，减少冬季重污染天气发生频次和程度。当下，各级政府对清洁供暖工作非常重视，煤改电工作在全国各地快速推进，为什么要煤改电？怎么才是有效的煤改电？煤改电推进过程中存在哪些问题？针对这些大家广泛关注的问题，在2017年全国供暖技术学术年会上，全国暖通空调学会副理事长、清华大学建筑节能中心主任、中国工程院院士江亿教授与大家进行了深入交流。
为什么要煤改电？
据统计，京津冀地区冬天散煤燃烧的煤量只占当时燃煤总量的20%，但是其排出的污染物对PM2.5的贡献超过60%，也加重了雾霾。雾霾是近年来民众关注的热点话题。为解决冬季雾霾，解决农村取暖问题，改善民众生活，实现农村供暖方式的革命，缓解冬季“弃风弃光”现象，“煤改电”的政策被大力推广和实施。
江院士指出，我国“弃风弃光”现象严重，部分地区达到30%，目前北方电力弃风现象主要发生在冬季供暖季。随着产业结构的调整，大城市工业高能耗工业比例逐渐减少，建筑耗电比例逐渐加大，热电联产以热电定，不能再为电力调峰。同期，因产业结构调整，用电量下滑，冬季用热量少，用电量少，需求侧热电比大于热电联产热电比，电力供应不出去，只好降低供热量以减少发电量，导致热源不足，就形成了热电比不匹配问题。比如东北，冬季电力过剩、热量不足，只好停止红沿河核电机组，把发电指标让给热电机组，以保障供热。另外北京，煤改气把原来的燃煤电厂全改成燃气电厂了，以前燃煤热电联产机组供应1.8亿平米建筑7200MW热量仅需要发电5000MW，而燃气热电联产供应同样热量需发电10000MW电力，但北京夜间电力低谷期负荷为9000MW，需要对外供电才能满足平衡，为此2016年12月停止高井电厂一台机组，导致热量不足，老百姓生活出现了问题。基于这些现状以及需要解决的问题，提出煤改电，实现清洁供热，改善民生，改善电力系统一天内电力峰谷差，接纳更多风电，缓解电力过剩和热量不足的矛盾，这也是煤改电的目的。
如何有效实现煤改电
“煤改电”的方式多种多样，那么怎样才能实现有效的“煤改电”呢？江院士表示，这其中有利也有弊。
1.慎重发展任何直接电热方式的热源
一些电力部门推广大型电锅炉、大型蓄热箱，利用谷电产热，通过蓄热箱为集中供热系统供热，可以缓解峰谷差、接纳风电。增加电负荷，减少热负荷，改善热电比。但是却浪费了宝贵的电力，高品位能源低品位利用。在使用电锅炉的同时，燃煤电厂还在同一个网上运行，电锅炉不是燃煤发电产生的电力，相当于30%的热效率，浪费能源，增加碳排放。而风电也是宝贵的资源，不应该被“消纳”，应该珍惜并好好利用。北京某时期，推行蓄热式电暖气，其结果差强人意，老百姓用不习惯。房间内蓄热式电暖气难以控制室内热量的散发速率，上午室内过热，傍晚冷，需要高峰电。削峰效果差，运行费用高，因此遭遇农村老百姓的反对。以上就是现在两种电锅炉和末端供热式电暖气。还有电热毯、电热膜、电热丝，这些以电加热，都是一份电得到一份热量，不可能比一份多。
2.热电联产是能源转换效率高的热源方式
怎样使电转变为高效的热量？江院士指出，热电联产是能源转换效率高的热源方式。以往的算法不考虑能源的匹配，这是不对的。可以采用等效COP考虑，等效COP=热电联产输出的热量(MW)/由于热电联产减少的发电量。如抽气凝机，抽热量少，发电就少。抽气凝机COP=4.5~6，取决于抽汽参数，抽汽参数特别高，蒸汽就可以发很多电。抽汽参数低一点，效率高，COP能达到6。推背压机COP=6-6.5，取决于背压高低。吸收式热泵回收冷凝器余热，等效C0P=7或更高，取决于抽汽和回水温度。根据《民用建筑能耗标准》GB/T51161-2016给出的火用分摊方法对我国一批热电联产电厂的实际运行数据分析计算，能耗为25-29kgce/GJ，优于燃煤锅炉的40kgce/GJ。热电联产证明了，在节能减排的大形势下，燃煤热电联产有特别好的能源转换效率，是节能减排好的热源。各类热泵供热的COP在2.5到5之间，电锅炉的COP无法超过1，因此无论从能源利用率还是从碳排放看，热电联产，热泵需加以支持，直接电热，无论是大锅炉还是小变热膜，蓄热式的，从能源转换率上都不是合适的选择。
3.用好城市供热管网
我国城市已建成完善的城市热网系统，是发展热电联产供热的基础条件。热网应该用来输送热电联产与工业产生的余热，不应该用它来输送电热锅炉或燃气锅炉产生的热量。江院士建议，首先要用好城市供热管网。变“热电联产”为“热电协同”，在产热的同时，为电力调峰。解决热电之间的矛盾，这是主要的。如东北，从去年开始，电力系统出台新政策，要求电厂根据负荷变化能在大范围内调节，小发电量满足负荷发电量的40%以下，电价差不多一块钱一度电，否则就是三毛钱一度电，这差别太大。目前燃煤电厂的调峰方式是改变锅炉供气量，可把发电量降低到35%，建大型蓄热罐，实现热电解耦；电力高峰期全负荷发电，低谷期降低主蒸汽量，加大抽气量，发电量降低到70%，谷期产热量达大。或建两个大型蓄热罐，分别蓄存供热热量和发电乏汽热量。电力高峰期全负荷发电，并蓄存乏汽热量；电力低谷期抽气供热，并利用电动热泵提升乏汽低温热量至供热要求温度。低谷期发电量可降低到35% （发电70%, 其中一半用于电动热泵）。
实现“煤改电”，必须使供给侧和需求侧的热电比匹配，供给侧燃煤热电联产的热电比是1.5~2，燃气热电联产的热电比0.7~1。需求侧需求的热电比是多少，是由城市产业结构决定的，严寒期热电比1~5。如大同市，对外输出电力，全城都由热电联产供热。北京市，热电联产仅提供20%的供热面积，剩余由燃气燃煤锅炉供应。
但是燃气热电联产并不适用所有北方的地区，比如天津。燃气热电联产，其热电比太小，导致电力过剩。燃气仅用于热网的调峰，承担25%〜30%负荷，取消燃煤锅炉。对于大型消费型城市，如果严寒期需求侧热电比为5，则燃气锅炉供应20%负荷，热电比降为4；电动热泵提供总量25%热量，若COP为3，则热电厂还需要提供2.75份热量，1.4份电力，需要热电厂提供的热电比为2，正好满足燃煤热电联产的要求。大力推广电动热泵是解决供给侧和需求侧热电比不匹配的关键，对于北方非工业型城市，电动热泵应提供20~25%的供热热源，尽可能引入工业余热作为供热热源，也可以有效缓解热电比矛盾。
4.发展电动热泵
用电采暖，第一可以解决电力调峰，第二是解决热电比匹配的问题，电力调峰靠热电联产、电厂改造，热电比失调需要发展电动热泵。电动热泵和热电厂的热电协同改造是现在解决问题好的方法了。电动热泵的特点是希望采用尽可能高的低温热源，中水、地热或空气源。希望产生尽可能低的供热温度，温度降一点儿，效率就提高好多，尽可能的低温供热，这是一个非常重要的关键。从电动热泵热源特点出发的系统形式，不能沿用集中供热模式，系统尽量分散、分室、分户、分栋；只有中水热泵才需要大集中。末端尽量低温，地板供暖（40/35℃），加大散热器面积；热风优于热水，空气源热泵采用分体机或多联机方式，直接送热风，减少转换环节，降低冷凝温度。简化输送环节，降低热源温度，减小系统规模，是提高热泵效率的关键。
5.大力发展空气源热泵
农村“煤改电”需大力发展空气源热泵，增大热电量，缓解城里热电比的矛盾。那么分散空气源热泵，室内是热水方式还是热风方式？热水方式可以利用原来的散热器，需增加水系统，调节运行复杂，按照北京的经验，几乎百分之十几的故障率。增加水泵、定压系统、安装调试复杂，故障率高，增加换热环节，冷凝温度要在50℃以上，系统热惯性大，不适合间歇供热。热风方式改为下送风，有效改善冬季热舒适，安装简单，故障率低，冷凝温度可低于40温度以下，快起快停，适合于间歇供热。2016〜2017年北京郊区大规模运行结果：热水型：用电40kWh〜60kWh/m2；热风型：用电20kWh〜40kWh/m2。
6.使用中深层地源热泵
西北地区，如陕西西安，都在使用中深层地源热泵，优点是不耗水，受限制条件很少，水在管道中闭式循环，不会造成任何污染或其它环境问题。在地面处水温20〜30°C/15〜22°C，单井流量25〜35吨/h，250〜350kW。投资150万〜250万（井及套管）。热状况依靠地下深处传热恢复，不可供冷，热性能几乎不受地域限制，地质条件不同钻井成本大不相同。发展方向：流量优化，使得单井产热量大，蒸发器侧双机串联，提高主机COP。未来，可以利用低谷电供热，为电力调峰。
积极推广“煤改电”选择有效合理的方法
在“煤改电”的实施，通过削减燃煤用量，在一定程度上缓解大气污染物的排放，对空气质量的改善起到积极有效的作用。现今，我国“煤改电”的确是城市、农村缓解污染改善环境的好路子，其重要意义在于减轻冬季雾霾，缓解冬季弃风弃光现象，缓解北方冬季热电比不匹配的问题，改善民众生活。
江院士建议不发展电锅炉和任何直接电热方式的热源，燃煤热电联产热源应为首选，但不应发展燃气热电联产。“以热定变”为“热电协同”，热电联产方式，同时接纳风电，消费型城市应有20%-25%的供热面积由电动热泵提供热源，从而解决热电比的供需之间的匹配问题。电动热泵热源供热应采用与大型集中供热完全不同的系统架构和运行参数，在农村应推广分室分户的热风型空气源热泵。
江院士指出，我们应积极推广“煤改电”，选择有效合理的方法，使清洁供暖朝着健康有序的方向发展！
