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北京市农村家庭清洁能源供暖方式分析

所属分类:农业论文 阅读次 时间:2019-11-11 11:00

本文摘要:摘要:本文对北京市农村家庭现有的清洁能源供暖方式进行了梳理,对北京市农村家庭清洁能源供暖方式的特点、使用情况及存在的问题进行了分析,对空气源热泵、浅层地热能热泵、燃气壁挂炉等清洁能源供暖方式的初投资、使用费用、全寿命周期内折旧费进行了分析

  摘要:本文对北京市农村家庭现有的清洁能源供暖方式进行了梳理,对北京市农村家庭清洁能源供暖方式的特点、使用情况及存在的问题进行了分析,对空气源热泵、浅层地热能热泵、燃气壁挂炉等清洁能源供暖方式的初投资、使用费用、全寿命周期内折旧费进行了分析比较,提出了农村家庭清洁能源供暖方式的发展建议。

  关键词:供暖方式,煤改清洁能源,经济性

生态经济

  北京市居民生活用能及家庭用能占全市总能耗的比重不断提高,2010-2017年,人均生活用能从650.2kg标煤逐年上升至781.5kg标煤,增幅为20.2%[1]。采暖是北京市农村家庭耗能最大的生活项目,占整个生活用能的2/3[2]。与城市不同,农村地区受地理位置、人口密度和经济水平影响,不具备建设大规模集中供暖的客观基础。

  长期以来,农村地区严重依赖分散燃煤,采暖设备单一、能耗较高,造成了突出的环境污染问题。实施清洁能源供暖能够充分利用当地资源,提高民生水平,对全面实施乡村振兴战略具有重要意义。本文对北京市农村家庭清洁能源供暖方式进行分析,探讨目前供暖方式的特点及存在的问题,分析各种方式的经济性,希望对北京市农村家庭清洁能源供暖的可持续发展具有借鉴作用。

  1北京市农村家庭清洁能源类型

  清洁能源包含两方面内容:一是可再生能源,消耗后可得到补充,不产生或极少产生污染物,如太阳能、风能、地热能等;二是非可再生能源,在生产消费过程中尽可能减少对环境污染,包括使用低污染化石能源(如天然气)和利用清洁能源技术处理过的化石能源,如洁净煤等。

  北京农村家庭生活消费的清洁能源主要有电能、地热能、太阳能、天然气等。随着改造工程的深入推进,农村家庭能源结构也在发生巨大变化,煤炭用量下降显著,电力和天然气用量大幅上升,液化石油用量明显增加,其他能源用量也有所增长。

  2北京市农村家庭清洁能源供暖方式分析

  2.1北京市农村家庭清洁能源供暖实施情况

  北京市于2016-2018年集中在农村地区实施“煤改清洁能源”。自2013年以来,全市已累计完成2237个村庄、约90万户住户的“无煤化”改造任务,减少散煤燃烧约270万t[3]。2018年,北京继续实施农村地区冬季清洁取暖工作,完成农村地区450个村庄的“煤改清洁能源”任务[4]。至2018年底,北京市累计完成2700个村庄、约110万户改造工作,基本完成平原地区村庄的“煤改清洁能源”任务,提前完成2020年基本实现平原地区村庄无煤化的工作目标,并积极推进山区村庄试点工作。

  2.2北京市农村家庭清洁能源供暖方式及特点

  北京市是典型的大陆性季风气候,夏季高温多雨,太阳辐照较丰富,冬季寒冷干燥。在政策支持和市场需求共同推动下,农村地区开始探索能源利用新方式并大规模运用清洁能源。

  2.2.1空气源热泵供暖

  按散热末端不同,空气源热泵分为热水型和热风型[5]。前者散热末端对应采暖散热器、地暖,后者对应落地式风机盘管。热水型供暖是北京市采用的主要形式。该技术以室外空气为热源,高效节能、全生命周期成本费用低,具有操作简单、清洁卫生,电网升级费用低等特点。

  2.2.2浅层地热能热泵供暖

  浅层地热能热泵供暖分为地下水源热泵系统和土壤源地埋管热泵系统。浅层地热具有埋藏浅、分布广、资源量大、便于开发、运行成本低等特点[6]。能效高,对电网增容要求不高,通过热泵机组消耗1kW的电能可形成3~4kW热能,效率高(300%~400%)。此外,浅层地热能性能较稳定,受环境温度变化影响小。

  2.2.3太阳能热水集热器+电辅助供暖

  在光照充足时,以太阳能热水集热器实现供暖。当阴雨天、光照不足或夜间时,采暖系统自动启动电辅助加热使储水箱内水温上升,当水箱水温达到设定值时,电辅助加热自动关闭。该技术具有绿色环保、智能控制、能源互补等特点。

  2.2.4蓄能式电暖器供暖

  蓄能式电暖器利用夜间谷电在8~10h内完成电、热能量转换并储存,在峰电时段,以辐射、对流方式将热量释放出来,以实现全天室内供暖,达到低谷蓄能、峰时供暖的目的。蓄能式电暖器产品的价格便宜,初投资费用较低,安装方便,调控灵活。与直热式电暖器所耗电能差不多,但可利用低价谷电,故总体经济性较好。

  2.2.5燃气壁挂炉供暖

  燃气壁挂炉采暖是一种单元化、独立式的采暖方式,按用途分为单采暖型和采暖热水两用型,当天然气或液化石油气燃烧充分时,对环境的影响较小。壁挂炉采暖不受传统采暖时间限制,技术成熟,可长时间连续稳定运行,能适应频繁启停的要求。

  2.2.6优质燃煤供暖

  燃煤采暖炉炉体放置在室外或太阳房内,可解决燃煤炉易使人煤气中毒的问题。暖气片散热可避免室内不卫生的缺点,而且不占空间。该技术的初期投资非常低,且无需电力改造、燃气配送,适合远离城镇的偏远村庄。

  2.3使用情况及存在问题

  2.3.1空气源热泵供暖

  北京市2016年“煤改电”19.8万户中有15.1万户使用空气源热泵,约占全市“煤改清洁能源”总量的66.5%,占改电总户数的76.3%,装机16.1万台套,且有约95%农户采用各类采暖散热器作为散热末端。2017年,北京市“煤改电”27.2万户,约占全市“煤改清洁能源”总量的73.7%,热泵类产品装机36.9万台套。实际运行中,空气源热泵存在无霜除霜、有霜不除、除霜不尽等现象,有的机组一天除霜达到20次以上,有的机组一天零除霜,造成机组制热量衰减,能效下降,耗电量增加。若机组安装在院内且靠近卧室处,噪声问题不可忽视[7]。

  2.3.2浅层地热能热泵供暖

  北京市农村“煤改电”项目地源热泵市场集中在海淀区和门头沟区。2016年,“煤改电”地源热泵2139户,占总改电户数的1.07%。2017年,地源热泵产品约6700台套,含159台700kW大型地源热泵机组,约占改电总量的1.8%。浅层地热能开发利用初始投资主要涵盖土建、设备、安装等,其综合成本相对较高,每平方米初始投资在300~400元。浅层地热能开发利用在规划、政策、标准等方面有待完善。

  2.3.3太阳能热水集热器+电辅助供暖

  北京市农村地区冬季清洁取暖中对太阳能热利用有明确的支持政策,在大兴、平谷等区安装了太阳能热水集热器+电辅助供暖系统,目前北京市共有约7000户采用该种供暖方式。太阳能具有间歇性,需与辅助热源配套使用,增加了采暖费用。炎热的夏季存在过热现象,冬季需采取管道排空、管道强制循环、管路电伴热、防冻液等方法防冻。

  2.3.4蓄能式电暖器供暖

  受房屋条件及技术条件的限制,早期电采暖产品较单一,大多为蓄能式电暖器产品。自2013年起,北京市在郊区县农村推广使用蓄能式电暖器。2016年完成的19.9万户“煤改电”中,蓄能式电暖器4.43万户,占总改电户数的22.30%;2017年实施的27.2万户“煤改电”中已基本无蓄能式电暖器。相对于热泵采暖方式,蓄能式电暖器本身不节约电能,虽可利用峰谷电价,但耗电量和采暖费用明显偏高,蓄能能力有限,只适用于小面积房间。

  2.3.5燃气壁挂炉供暖

  2017年,北京市完成“煤改气”201个村,9.7万户,约占“煤改清洁能源”总户数的26.3%,壁挂炉使用量超过10万台且均以天然气为燃料。北京市要求燃气壁挂炉产品必须达到一级能效等级,氮氧化物排放控制在50mg/(kW·h)以下。对农村地区,由于操作方法不当或自身安全意识不强等因素,使用天然气的过程中存在安全隐患。

  2.3.6优质燃煤供暖

  在不易施行“煤改电”和“煤改气”的偏远村庄,可选用燃煤采暖炉与优质燃煤替代原有炉具和劣质煤。目前,预计约1200个村庄采用优质燃煤供暖,但存在污染物排放、使用舒适度差、安全性差和容易煤气中毒等问题。

  2.4经济分析

  供暖方式的经济分析可从供暖系统初投资和使用费用两方面考虑。为使各种供暖方式具有统一的比较基准,供暖系统初始投资以供暖面积按100m2考虑,使用费用以“*元/(m2·供暖季)”为基准,并参考近年来北京市“煤改清洁能源”工作中政府对各设备的招标及中标价格。设备使用寿命根据有关法规或产品常规使用年限而定。

  空气源热泵、浅层地热能热泵、蓄能式电暖器、燃气壁挂炉的供暖费用均根据热泵供暖技术应用与发展高峰论坛北京市农委提供的资料整理。在整个供暖期内,空气源热泵、浅层地热能热泵和蓄能式电暖器的单位面积供暖耗电量分别为60kW·h/(m2·供暖季)、30kW·h/(m2·供暖季)和190kW·h/(m2·供暖季)。

  其中,峰、谷电价格分别约为0.49元/(kW·h)、0.1元/(kW·h)。对于燃气壁挂炉,供暖期内单位面积消耗燃气量为10.8m3/(m2·供暖季),考虑燃气价格补贴及燃气自采暖补贴等政策后,增至13.8元/(m2·供暖季)。优质燃煤在市区两级财政补贴后村民自筹部分价格不一,但均控制在300~600元/t。按平均价格450元/t来算,100m2的采暖面积每个供暖季需优质燃煤约3.5t,则供暖费用为1575元/供暖季。

  3结论

  空气源热泵、浅层地热能热泵供暖具有较高的舒适性、能源利用效率和较低的使用费用,但在降低投资和保障低温天气高效稳定运行方面需进一步开展研究。空气源热泵供暖水温较低,若配置辐射地板会更加舒适、节能;在地质条件允许时,建议优先使用浅层地热能热泵,推广冬季取暖与夏季制冷并举。为保证夜间用能需求,应提高太阳能热水集热器+电辅助系统集成程度和日间集热效率。

  蓄能式电暖器耗能过高,不具有节能优势,不适于采暖面积较大的农村家庭。燃气壁挂炉采暖具有环保、灵活等特点,需进一步明确农村家庭燃气采暖补贴相关政策;对于基础设施欠发达地区,可推广以液化石油气为燃料的壁挂炉,并制定相关补贴政策。优质燃煤采暖投资低,但污染是所有供暖方式中最为严重的,只可作为北京市严寒山区的过渡供暖方式。人们应积极开展环保、高效采暖技术和设备研发,逐步替代燃煤采暖。由于每种清洁能源采暖方式都各有优缺点,建议开展多种清洁能源综合利用供暖的研究,取长补短,以更有利于节能和环保。

  参考文献

  1北京市统计局.北京统计年鉴2018[R].北京:中国统计出版社,2018.

  2李宗泰,李华肖红波,等.北京农村生活能源消费结构及影响因素分析[J].生态经济,2017,33(12):101-104.

  3中共北京市委农村工作委员会.市委农工委、市农委2017年工作总结[Z],2018.

  农业能源方向论文投稿刊物:《生态经济》本刊自改版以来,关注全球生态经济领域的热点事件,唤起全民生态意识,传播生态经济知识,引起社会各界广泛瞩目,成为领导实施生态与社会可持发展战略决策的参谋;企业通过保护、开发生物资源创造生态财富的助手;广大读者关心生态环境、营造生态家园的益友。

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