吴 亮，吴 迪，解 岩，张 剑，赵宝国，张志刚

（1.国网天津市电力公司，天津 300010；2.国网天津市电力公司 电力科学研究院，天津 300384；3.国网天津城东供电分公司，天津 301600）

我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。国家电网公司在京津冀及周边地区重点实施城市棚户区、农村散煤“煤改电”，累计完成了126万户“煤改电”，有效促进了散煤治理，满足了冬季清洁取暖需求。同时，大规模“煤改电”对政府、电网都带来了深刻的影响。一方面，政府财政压力增加。在居民建筑节能水平普遍较低的现状下，京津冀各地政府出台了建设补贴，对于蓄能电暖器最高补贴1 200元/台，空气源热泵最高补贴2.5万元/台；以及居民电采暖低谷电价0.3元/kWh、再补贴0.2元/kWh的电价和运行补贴政策，实际到户电价0.1元/kWh，确保电取暖与燃煤供热取暖费用相当。另一方面，电网运行特性发生历史性改变。以天津为例，某区12.4万户主要采用分户空气源热泵方式，区域电网2018年冬季最大负荷首次超过夏季尖峰负荷。下一步，北方地区清洁取暖全面铺开，难度最大的是范围分布广的农村地区，探索农村建筑适用的、政府财政可承受、电网可靠安全运行多方共赢的改造方式极为重要。

由于清洁取暖提出相对不长，目前相关技术选型方面的文献较少。文献［1］系统阐述了各类电采暖等电能替代技术发展及应用。文献［2］提供了一系列的优化方法，综合比较热源与最终用户连接起来时不同匹配方式和规模之间的优劣。文献［3］提出了一种不确定的固定混合模糊随机规划（IFFSP）方法来处理复杂环境下的清洁能源供热系统的热供应管理问题。文献［4］以北方某地区的农村配电网为例，给出了规划电采暖的用电负荷和评价指标。文献［5］和文献［6］分别对空气源热泵和商业用户电能采暖替代技术选型进行了论证分析。文献［7］通过赢得值法和类比分析法等成本控制和成本分析方法研究农村“煤改电”实施成本。文献［8］对比分析了“煤改电”工程实施前后农网的负荷特性变化。文献［9］对大规模空气源热泵参与电网削峰填谷进行仿真分析。文献［10］分析了不同类型的电采暖设备产生的谐波原理和特点。本文通过分析京津冀及周边农村“煤改电”典型案例，着重对比各类“煤改电”建设运行成本、使用情况以及对电网的影响和对补贴政策的依赖程度，从技术选型、政策标准制定、后续发展等方面提出5点建议，为各地统筹推进北方农村“煤改电”工作提供参考。

1 “煤改电”技术应用现状

2017—2018年取暖季，京津冀“2+26”城市完成“煤改电”197.25万户。其中，农村“煤改电”为144.16万户，绝大部分采用分散采暖技术，直热电采暖占22%，蓄热电采暖占16%，空气源热泵占62%。首次在天津某区12个村、6 105户试点建成了5座、共81 MW水蓄热电锅炉集中供热站。

2 农村“煤改电”典型应用

根据京津冀及周边“2+26”城市各地实践，选取规模较大的典型案例进行分析。农村主要以平房为主，户型相对较大，逐户集中居住，选择蓄热电暖器、空气源热泵较多，较少采用直（蓄）电采暖炉。根据调研，典型农村分散“煤改电”具体实践如表1所示。典型地区电价及补贴政策如表2所示。

2.1 农村“煤改电”分散式改造项目

（1）河北某片区7.4万户农村平房蓄热电暖器项目

项目概况:河北某片区，绝大部分使用蓄热电暖器，供热面积591.94万m2，热负荷配置标准为70 W/m2，室内供热效果为13～25 ℃。

技术特点:蓄热电暖器具有布置灵活、使用方便的特点，用户可根据自身采暖需求，分居室选择开启部分电暖气。

采暖系统运行经济性:7.4万户采暖季120天总电量1.5亿kWh，其中谷段电量10 433万kWh，占比69.55%。2月为用电量最多的一个月，62.63%的用户几乎没用（用电量为0的占比20.90%），18.27%的用户较少使用（月用电量为501～1 000 kWh），正常使用（月用电量1 000 kWh以上）的用户占19.1%。

补贴前后经济性分析:按照正常使用计，“煤改电”执行电价补贴后折合0.25元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.12元/（m2·天），比燃煤取暖高0.01元/（m2·天）；比燃气取暖低0.10元/（m2·天）。

表1 农村分散“煤改电”典型实践情况

表2 典型地区电价及补贴政策

采暖设施运维内容及成本:包括设备调试、维修等，质保期1～3年，出保后由用户自行运维。

电网影响:①电力设施运维，2017采暖季与改造前相比，未增加运行维护人员，维护检修人员取暖季处于超负荷工作状态，预计人力缺口30%；抢修工单增加0.19倍，投诉增加3倍。电网运维费用合计420万元，折合8元/kVA。②区域电网运行特性，2017采暖季与改造前相比廊坊电网峰谷差增加15%。冬季最大负荷低于夏季最大负荷。

（2）天津某片区12.4万户分户空气源热泵项目

项目概况:天津某片区，绝大部分使用分户空气源热泵，供热面积1 265万m2，热负荷配置标准为40 W/m2，室内供热效果为18～22℃。图1为该项目示意图。

技术特点:分户空气源热泵能效比高，根据用户不同采暖需求，随时关停，但在低温环境（-10°C以下）供热效率较低（能效比由3.0降到1.8），极端气温下存在结霜和供热难的问题。

采暖系统运行经济性:12.46万户采暖季135天总电量4.39亿kWh，其中谷段电量17 978万kWh，占比40.98%。1月为用电量最多的一个月，40.21%的用户几乎没用（用电量为0的占比20.24%），12.39%的用户较少使用，正常使用的用户占47.40%。

补贴前后经济性分析:按照正常使用计，“煤改电”执行电价后折合0.346元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.178元/（m2·天），比燃煤取暖高0.058元/（m2·天）；比燃气取暖高0.008元/（m2·天）。

图1 分户空气源热泵分散取暖示意图

采暖设施运维内容及成本:质保期2年，出保后用户自行运维。

电网影响:如图2所示，①电力设施运维，2017采暖季与改造前相比，运行人员增加2倍，缺口8倍；抢修工单增加6倍，投诉增加9倍。电网运维费用合计2 667万元，折合51.33元/kVA。②区域电网运行特性，2017采暖季与改造前（2016年）相比区域电网峰谷差同比增加35.84%。2017年冬季最大负荷比夏季最大负荷同比增长10.2%。

图2 天津某片区分户空气源热泵“煤改电”对电网的影响（最大负荷日）

（3）北京某片区12.66万户分户空气源热泵项目（建筑节能改造）

项目概况:北京某片区，绝大部分使用分户空气源热泵，供热面积1 500万m2，热负荷配置标准为30 W/m2，室内供热效果为18℃。政府出资对建筑进行了节能改造。

技术特点:同天津空气源热泵改造方案。

采暖系统运行经济性:12.66万户采暖季140天总电量7.24亿kWh，其中谷段电量4.31亿kWh，占比59.62%。1月为用电量最多的一个月，23.90%的用户几乎没用（用电量为0的占比10.88%），10%的用户较少使用，正常使用的用户占66%。

补贴前后经济性分析:按照正常使用计，“煤改电”执行电价后折合0.36元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.18元/（m2·天），比燃煤取暖节约0.12元/（m2·天）、比燃气取暖节约0.12元/（m2·天）。

采暖设施运维内容及成本:质保期5年，出保后用户自行运维。

电网影响:2017采暖季与改造前相比，运行人员增加1.5倍，缺口1倍；抢修工单增加3.2倍，投诉增加4.67倍。2017采暖季与改造前相比区域电网峰谷差增加69.7%。冬季最大负荷仅比夏季最大负荷少3.19%。

（4）河南某片区256户分户相变蓄能电采暖炉项目

项目概况:河南某村落，全部使用相变蓄能电采暖炉，供热面积2.05万m2，热负荷配置标准为40 W/m2，室内供热效果为15℃。图3为该项目技术原理图。

技术特点:分散式相变储能供热装置主要原理是相变储热技术，利用夜间低谷时段对相变储能装置储能供热，白天释放热能，相比水蓄热节省空间。

采暖系统运行经济性:256户采暖季总电量150.53万kWh，其中谷段电量113.45万kWh，占比75.37%。2月为用电量最多的一个月，11.4%的用户几乎没用（用电量为0的占比9.4%），7.8%的用户较少使用，正常使用的用户占80.8%。

补贴前后经济性分析:按照正常使用计算，“煤改电”执行电价后折合0.306元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.240元/（m2·天），比燃煤取暖高0.084元/（m2·天）；比天燃气取暖低0.114元/（m2·天）。

采暖设施运维内容及成本:质保期2年，出保后用户自行运维。

电网影响:典型日谷段最大负载率为90%，峰平段平均负载率为28%。

（5）河北某片区307户分户电直热采暖炉项目

项目概况:河北某村落，全部使用电直热采暖炉，供热面积2.15万m2，热负荷配置标准为79 W/m2，室内供热效果为15～20℃。图4为该项目技术原理图。

图3 河南某村落分户相变蓄能电采暖炉技术原理图

技术特点:分户直接一台电采暖炉替代小煤炉，可以随时关停、智能温控。

采暖系统运行经济性:307户采暖季总电量49.22万kWh，其中谷段电量25.27万kWh，占比51.33%。12月为用电量最多的一个月，65.14%的用户几乎没用（用电量为0的占比26.06%），17.92%的用户较少使用，正常使用的用户占16.94%。

补贴前后经济性分析:按照正常使用计，“煤改电”执行电价后折合0.34元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.18元/（m2·天），比燃煤取暖低0.05元/（m2·天）；比燃气取暖低0.10元/（m2·天）。

采暖设施运维内容及成本:质保期2年，出保后用户自行运维。

电网影响:典型日谷段最大负载率为93%，峰平段平均负载率约78%。

图4 河北某村落分户电直热采暖炉技术原理图

2.2 农村“煤改电”集中式改造项目

天津某区12个村水蓄热电锅炉集中供热项目，属于北方农村平房建筑“煤改电”集中式改造首例。图5为该项目示意图。

项目概况:12个村共6 105户村民，总建筑面积约40万m2。其中，郭庄子村有332户，总面积2万m2、户均面积60 m2，家家户户采用家用小煤炉取暖，一个冬季每户平均用煤2～3 t。热负荷配置标准为110 W/m2，室内供热效果为18～22 ℃。

技术特点:以村为单元建设“区域小管网”集中蓄热电锅炉供热站，充分利用电网低谷电，直接供热到户，专人运维寿命更长，保证了项目长期稳定运行。

采暖系统运行经济性:郭庄子村332户采暖季总电量309.88万kWh，其中谷段电量231.28万kWh，占比74.63%。

补贴前后经济性分析:“煤改电”执行电价后折合0.53元/（m2·天），享受政府补贴后折合0.16元/（m2·天），比燃煤取暖高0.04元/（m2·天）；比燃气取暖低0.01元/（m2·天），相差不大。

采暖设施运维内容及成本:集中供热站由村委运维，一个采暖季按照每片暖气片400元收取供热费，户均3-4片，村民缴费率较高，取暖费总收入50万元，能够与供热站运营支出（取暖电费和驻站运维成本48万元）基本持平。

电网影响:电力设施运维，蓄热电锅炉集中供热节省低压投资、无低压线损，电网年运维成本仅为10元/kVA（10 kV架空线和配电变压器标准费用折算），人力、物力和配电设施故障率大量减少。

图5 农村蓄热电锅炉集中供热示意图

3 农村“煤改电”对比分析

（1）从政策看，一是农村居民既有建筑电采暖在到户电价0.1元/kWh水平才能长期运行。在居民建筑节能水平普遍较低的现状下，各地政府出台了居民电采暖低谷电价0.30元/kWh、再补贴0.20元/kWh的电价和补贴政策，其中补贴占30%～70%。二是大规模分散“煤改电”方式，有24%～65%的用户几乎没有使用（月用电量少于500 kWh），其中甚至有11%～26%的用户用电量为0。按照电量补贴的方式，别墅等大户型用电量越大、享受的补贴越多。三是建筑节能保温改造有助于降低采暖电量。根据用电量偏少的用户群体分析，北京某片区实施节能改造后户均用电量759 kWh/采暖季，比天津某片区未实施节能改造的户均用电量767 kWh/采暖季低。若改造前后同比，节能效果将会更明显。

（2）从技术路径看，一是集中和分散对比，北方农村一般为平房、保温效果较差，目前主要采用分散改造方式，初期建设成本低，用户可随时关停、灵活控温，但存在设备超过保修期维护困难、管理难的问题，同时电网抢修投诉服务压力大、低压线损大、安全风险和运维成本高。天津针对西青郭庄子村等12个集中居住村，进行了农村集中供热首次试点，村委集中管理，按照散热片收费，电网人力、物力和配电设施故障率大量减少，电网建设全部投资到10 kV及以上，有效补强主网架，且直接供热到户、专人运维、百姓更舒适且负担不增加，“一步到位”解决散煤问题，取得较好效果。二是热泵与直电相比，热泵能效比高，适用于电网运维能力强、资源和温度条件好的地区；直电供热可靠性高、应用广泛，集中电锅炉相对电暖器等分户设备造价相差不大，但寿命长、折合年值有优势。热泵能效比高，属当前较为先进的供热技术，配合利用干热岩、污水源等经济性更高，其中空气源热泵在低温环境（-10℃以下）供热效率较低（能效比由3.0降低到1.8），极端气温下存在结霜和供热难的问题。直电方式不受气候和地域影响，典型的主要有集中电锅炉与蓄能电暖器，2种方式造价相差不大（含配套电网在内，集中蓄热电锅炉、蓄能电暖器造价分别为666.38元/m2、603.3元/m2），但集中电锅炉寿命长（电锅炉16年，电暖器10年），折算到年平均投资，集中电锅炉有优势。三是直热（含热泵）和蓄热对比，直热方式进一步拉大了电网峰谷差，对电网运行特性影响大；蓄热方式有利于实现停电不停暖、改善电网运行特性。比如，武清县12.4万户空气源热泵电网峰谷差同比增加35.84%，冬季最大负荷首次超过夏季尖峰负荷，电网运行特性发生历史性改变。而蓄热方式主要在电网低谷时段运行，削峰填谷作用明显，有效提升现有电力设施利用率，显著增强风电等新能源的消纳能力。比如，河北廊坊电网峰谷差同比增加15%。

（3）从商业模式看，居民领域因采用分散方式，存在管理难、供热收费低等问题，盈利空间有限，一般无法吸引社会投资。集中方式主要商业模式有电力公司建设移交（代建）模式、热力公司投资运维模式、热力公司投资运维+政府补贴模式、热力公司建设运维+风电直接交易模式等。蒙东、张家口、新疆等新能源富集地区，采用风电交易进一步降低购电价和到户电价，实现多方共赢。

4 农村“煤改电”工作建议

总结现有实践经验，提出以下5点建议:

（1）建立全社会分摊机制。加快建立适应供热能源变革的全社会分摊机制，适当提高清洁取暖供热收费（如北京市清洁取暖供热收费按建筑面积30元/m2，比燃煤高出6元/m2），逐步减少财政负担，避免过度降低取暖费，反而加重居民电价倒挂的现象。高效利用中央大气污染治理专项资金，有针对性对低收入农村居民进行采暖补贴，加快特高压输电通道建设，提高低谷电量省间交易限额，通过电蓄热采暖提升新能源消纳比重。

（2）坚持“宜集中则集中、宜分散则分散”原则。在农村地区，推广应用蓄能电暖器；其中，在集中居住区，适当扩大应用区域型蓄热电锅炉进行集中供热。在城镇住宅，大力推广集中供热，有条件的地区应用“可再生能源+蓄热电锅炉”、“热泵提温+电锅炉辅热”等组合集中供热方式。在电网运维有保障的地区，推广地源和空气源热泵，充分利用城镇污水等余热资源，积极构建新时代清洁供热体系。

（3）优化电网投资界面。结合“煤改电”、电采暖等民生工程，借助政府支持的良好形势，加大电网投资建设布局，针对集中电供暖项目，将电网投资界面延伸到配电变压器出线，增加电网资产，为发展“错暖”用电、提升电网投资效益奠定基础，提高热电公司、社会企业投资居民电采暖的积极性。

（4）拓展居民综合能源服务市场。聚焦电网投资效益，统筹“煤改电”和农网改造升级，走“供热、民用电、动力电”一举多得的新路子。发挥电网下属综合能源服务公司和社会节能公司的作用，联合社会资本投资打造造价合理、运营管理规范、多方共赢的居民电供暖示范工程，围绕居民电采暖，积极拓展家居电气化、农村农业电气化、电动汽车、新能源消纳等能源服务新业态。

（5）加快制定农村电采暖标准。目前电供暖技术标准较少，尤其是农村电采暖尚未出台相关标准，且现有供热条例中供热效果评价规定不适用于农村建筑，建议充分发挥电网技术优势，研究适用于农村建筑的采暖温度要求、设备配置方式、系统运行规范等，以标准引领清洁供热升级，推动农村集中供热健康发展。D