双碳背景下的电热耦合发展趋势研判

CHPlaza / 2021-06-29 11:22:10

2020年，我国电能消费占终端能源消费占比约为27%。按照“双碳”目标要求，2050年，我国电能消费占终端能源消费占比将达到70%。能源向电能集中已成大势所趋。电能高效转换及利用将成为“3060”建设过程中重要的热点研究内容。

在6月22-23日于常州召开的2021年第三届中国储热大会上，中国电力科学研究院资深专家郭炳庆就“双碳背景下的电热耦合发展趋势研判”作主题演讲，对电热耦合发展前景作出分析判断，并对电辅热经济性与相关实践进行介绍。

“双碳”目标推动能源向电能集中

针对双碳目标的实现，有专家团队提出需要建设“三端发力”体系：

第一端是能源供应端：尽可能用非碳能源替代化石能源发电、制氢，构建“新型电力系统或能源供应系统”；

第二端是能源消费端：力争在居民生活、交通、工业、农业、建筑等绝大多数领域中，实现电力、氢能、地热、太阳能等非碳能源对化石能源消费的替代；

第三端是人为固碳端：通过生态建设、土壤固碳、碳捕集封存等组合工程去除不得不排放的二氧化碳。

郭炳庆在介绍研究成果时指出，2020年，我国电能消费占终端能源消费占比约为27%。按照“双碳”目标要求，2050年，我国电能消费占终端能源消费占比将达到70%。能源向电能集中已成大势所趋。电能高效转换及利用将成为“3060”建设过程中重要的热点研究内容。

协调各种能源的梯级协同与转换

针对“双碳”目标推动能源领域出现的革命性变化，郭炳庆认为，能源革命的基础，首先是认知革命、理念革命，以先进的理念引领能源革命。从过去几年的清洁供热等推进工作经验来看，在建设过程当中不可避免走了很多弯路，我们从不同行业切入同一个目标点的时候，在认知和理念上的差异导致了一些不必要的社会成本的付出。因此，在未来双碳发展背景之下，我们更需要在认知和理念上发生革命性的转换和提升。

关于能源的供给革命，郭炳庆强调，要显著提高非碳能源的占比是大势，协调各种能源的梯级协同与转换，在未来能源建设发展当中也应该作为一个硬性要求。电能可能成为未来能源发展的主轴，但是不意味着其他能源都要转换为电能再加以利用，在这之中储热就可以发挥重要作用。

郭炳庆举例称，在浙江、新疆、山东等几个省的能源综合利用项目中，中国电力科学研究院向地方政府倡导，合理地提高光热能源方式的占比。分布式光伏发展非常火热，但这种爆发式的建设，已经带来了很多问题，特别是如果用户最终以热的方式消耗能源，就没有必要先把光转换为电，然后再通过电去转换热，没有必要选择这样一条相对比较低效的发展路径。协调各个能源的积极协调与转换在未来双碳建设当中应该扮演很重要的角色。

关于能源技术革命，“技术为王”将在此进程中得到充分体现，谁在技术上走在前面，谁将在未来国际竞争中取得优势。尤其要关注物联网、人工智能等技术与能源系统的融合，提高能源系统的可感知、灵活可调节能力。

关于能源体制革命，郭炳庆提到，这轮“大转型” 所需资金将会是天文数字，决不可能依靠政府财政补贴得以满足，必须坚持市场导向，鼓励竞争，稳步推进。

电热耦合发展前景判断

在世界范围内，工业热能占工业能源需求的三分之二和总能源消耗的近五分之一。在美国，用于过程加热、过程反应以及过程蒸发、浓缩和干燥的化石燃料燃烧产生的热量和蒸汽产生了该国约52%的工业直接温室气体 (GHG) 排放量。

郭炳庆介绍称，我国自2017年以来实施电能替代的统计表明，热能替代化石能源（燃料）的比例在工业领域约占总替代量的50%，在民用领域约占总替代量的10%。考虑我国工业用能流程再造相对滞后及产业结构问题，我国工业热能占工业能源需求的比例不会低于三分之二。

近期，中国电力科学研究院正在积极推进工业生产领域-基于电能的240℃及以下高温蒸汽制备、市政热力管网与电网融合分布式电补热系统等重点工作，陆续将有项目建成落地。

电补热经济性分析及实践

在谈及市政热力管网与电网融合的分布式电补热系统时，郭炳庆提到，在市政热网和已经提供了集成资源的电网之间产生耦合，可以为热网分布式提供热源、提供手段。

针对电网和热网的耦合，在梳理110kV或35kV变电站—10kV馈线—配电变压器三级配电可开放容量，可以有步骤解决热力管网电补热。郭炳庆介绍了几种不同的方式，充分引导释放电网的存量能力，使两网有效融合，为热力公司、设备和技术提供商机：

1、免增容：通过在配电变压器（公变、或专变）低压处，通过利用现有容量（低谷段）安装高效电热设备（热泵、相变蓄热、固体蓄热等）

2、微增容：通过利用10kV馈线（分支线）安装高压蓄热电锅炉（电极式水蓄锅炉、高压固蓄等），在一次热力管网多点处供热

3、合理增容：根据各区十四五电网规划建设，调整规划建设时序或是适当增加变电站建设容量。

郭炳庆总结称，热力公司调峰锅炉通过终端用户侧分布式电补热项目建设化整为零，即在冬季电热比例矛盾突出时，通过分散电补热进行供暖调峰，可减少城市集中热源厂建设征地、厂房建设、配套电网建设等一次性投资。

其次，热力公司集中热源厂建设属于“大工业”用电性质，通过用户侧配电设施电补热，为“一般工商业”用电性质，减少基本电费等运行成本，同时减少供电公司供电备用容量占用。

此外，提高电网及用户电力设施谷段富余容量利用率，消纳新能源风力发电，提高城市绿色供暖的比例，对于城市的“双碳目标”（碳达峰、碳中和）以及“能源双控”（能源总量和能源强度）指标都有利好。

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