中國分散式民用供熱技術現狀分析
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分散式電／天然氣供熱可行性分析
電作為一種非常清潔的能源，在采取直接加熱取暖過程中的熱轉化效率幾乎可以達到?100％，且沒有任何污染物排放。我國?2018?年的總發電量高達?7．08?萬億千瓦時，其中燃煤發電量?4．92?萬億千瓦時，占比達到了?69．5％?左右。相對于化石燃料來說，電是一種高品質的能量形式。這種從低品質能量到高品質能量的轉化過程中，必然伴隨著不可逆的能量損失。即使是目前我國最先進的燃煤發電廠，其發電效率一般也不超過?40％。因此從能量利用角度來說，用電來取暖非常不經濟。而天然氣雖然在燃燒過程中?SO2和?PM?的排放量極低；但由于其較高的燃燒溫度，會在燃燒中將空氣中的氮氣氧化成?NOx。因而，天然氣也并不是絕對清潔的能源。
煤改電／氣的前提條件分析
采取煤改電／氣的措施來進行散煤污染治理必須首先考慮至少兩個前提條件：是否具有充足的電／氣資源，以及是否具備將其輸送到分散熱用戶的條件。這也是從實際出發、因地制宜原則的體現。
不具備充足的電／氣資源。以京津冀及周邊地區為例，國家電網公司在該區域重點實施城市棚戶區和農村煤改電累計達?126?萬戶時，這種大規模煤改電已經對當地電網運行造成了巨大壓力，甚至使當年區域電網冬季最大負荷首次超過夏季尖峰負荷，給電網的安全運行帶來隱患。而對于使用天然氣來說，從全國范圍來講，2005—2010?年國內天然氣商品量年均增長?17％，而同期天然氣需求量卻增長?26％。預計到?2020?年，天然氣需求量將達到?2?000?億立方米，而同期產量卻只能達到?1?100?億立方米，缺口?900?億立方米。因此，我國的天然氣資源總量不足以支撐全國范圍內的大規模煤改氣工作。
不具備將資源輸送到分散熱用戶的條件。根據北京市農村工作委員會?2013?年?6?月提供的數據，北京市遠郊區縣現有行政村莊?3?590?個，2020?年將整合成?1?906?個。其中，約有?l?409?個村處于平原地區，497?個村處于山區。從人口居住集中性、氣源條件、規劃道路等多種因素初步判斷，即使在北京市平原地區農村也有約?40％—50％?的村莊不具備市政天然氣管道鋪設條件，更不用談那些具有天然地理屏障的山區村莊。顯然，即使是在集中推行煤改電／氣的京津冀及周邊地區，部分偏遠鄉村采取包括燃煤取暖在內的其他清潔供熱措施也是必要的。
大規模煤改電／氣的經濟成本分析
在電／氣資源充裕并且具備上述前提條件的地區，能否實行大規模煤改電／氣的關鍵還取決于在經濟上是否可承受這一必要條件。這里的經濟主要包括前期電網改造或管道鋪設投資，以及后期取暖設備購買和燃料使用成本兩方面。仍然以煤改電為例，國家電網公司?2017?年為此安排了?310．8?億元專項資金用于煤改電配套電網增容和擴容建設，截至當年?9?月底累計完成京津冀及周邊地區居民煤改電用戶?175?萬戶，戶均投資達到了?17?760?元。對于煤改氣，北京市昌平區辛店村和平谷區蔡坨村分別約有?450?戶和?250?戶居民，而煤改氣涉及的中低壓管道鋪設、低壓調壓箱建設、燃氣灶具或供暖熱水爐購買等費用均攤到每戶的平均造價分別高達?32?900?元和?34?250?元。這些資金投入都給當地政府和相關企業帶來了巨大的壓力。
從能量利用系統方面分析，以電為能源的分散式供熱技術包括利用發熱電纜、電熱膜、蓄熱電暖器以及各類電驅動熱泵來供熱，其中應用最廣的是空氣源熱泵技術。該技術利用逆卡諾循環原理，通過輸入電力從低品位的空氣中提取熱能，輸送給供熱裝置使用。與將電能直接轉化為熱相比，利用空氣源熱泵有助于提高能效比（COP）。但空氣源熱泵的性能在室外溫度極低的嚴寒和高濕地區會顯著下降，當溫度為??20℃—0℃時的平均能效比一般不高于?2，因而限制了該技術可以大規模使用的范圍。分散式燃氣供熱主要通過燃氣壁掛爐來實現，該技術較為成熟，產業支撐和市場化能力較強，用戶接受程度高，在城市煤改氣工程中應用最為廣泛。但典型天然氣壁掛爐的?NOx排放濃度折算成基準氧含量為?9％?時一般不低于?170?mg／m3，這使得該技術的減排優勢在越來越嚴格的低氮排放要求下并不明顯。
煤改電／氣后的燃料成本雖然與用戶的使用環境、使用要求和使用習慣密切相關，但我們仍然可以從單位熱值價格的角度來將它們與清潔燃煤取暖進行直觀對比。如表?1?所示，天然氣取暖的燃料成本將是清潔燃煤取暖的?2．27?倍，而采用直熱或蓄熱式電采暖的燃料成本則是清潔燃煤取暖的?3?倍。即使考慮空氣源熱泵技術的使用，其燃料成本也達到了清潔燃煤取暖的?1．5?倍。因此，為了使煤改電／氣的農民用戶在經濟上可承受，許多地方政府在電／氣價格和取暖器成本方面進行補貼。例如，京津冀各地政府對于蓄熱電暖器最高補貼?1?200?元／臺，空氣源熱泵最高補貼?25?000?元／臺，并采取居民電采暖低谷價?0．3?元／度的電價，以及運行補貼政策。這不僅給地方財政帶來了巨大的壓力，而且隨著清潔供暖面積的進一步加大，氣量和價格雙吃緊的狀態可能還會越來越明顯。
綜上所述，煤改電／氣首先需要在電網改造或燃氣市政管道鋪設方面投入大量資金，然后再對煤改電／氣用戶進行供熱設備和燃料使用成本補貼，至少達到或接近傳統燃煤取暖成本的水平才有可能被廣大分散熱用戶所接受。由于每個冬季都需要供暖，那些單靠政府投資和高額財政補貼的實施方案顯然是不可持續的。例如，山東城鄉居民采暖以燃煤為主，盡管各級政府依靠行政手段出臺了煤改氣／電等清潔供熱補貼政策，但卻難以長期為繼；并且因清潔采暖運行費用高，低收入城鄉居民對煤改氣／電等清潔采暖方式的接受度也較低。因此，煤改電／氣取代散煤的清潔供熱方案只有在資源較豐富、政府有條件、用戶可承受的條件下才可能取得長期效果，“一刀切”的去煤化政策不能完全解決我國的散煤污染問題。