分散電采暖在天津地區(qū)的應(yīng)用分析

張 劍，吳 亮，袁新潤，項(xiàng)添春

（1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300000；2.國網(wǎng)天津節(jié)能服務(wù)有限公司，天津 300384）

分散電采暖替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐供熱，作為電能清潔應(yīng)用的重要方式之一，已經(jīng)在北歐、韓國、日本有50多年應(yīng)用歷史，在北京、河北、天津、黑龍江等北方供暖地區(qū)也有廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2014年底，天津市共有分散電采暖用戶2 600多戶，涵蓋新建居民住宅小區(qū)、學(xué)校、企事業(yè)單位、城市老舊樓區(qū)改造等應(yīng)用場(chǎng)合。2015年，“推廣電能替代工程、啟動(dòng)以電供熱試點(diǎn)”列入天津市《政府工作報(bào)告》，以電供熱上升為市政府重點(diǎn)任務(wù)。天津市政府成立電采暖推廣指揮部，從機(jī)構(gòu)、規(guī)劃、價(jià)格、補(bǔ)貼等方面全方位支持實(shí)施電采暖。天津電采暖推廣進(jìn)入政府主導(dǎo)的系統(tǒng)推進(jìn)階段。據(jù)調(diào)研，天津市每年預(yù)計(jì)新增供熱面積約3 000萬m2，其中供熱管網(wǎng)不能覆蓋的約占30%，達(dá)900萬m2，給電采暖推廣提供了廣闊空間。

以往對(duì)電采暖的經(jīng)濟(jì)性分析主要側(cè)重于理論測(cè)算，分析電采暖的建設(shè)和運(yùn)行成本［1］、與集中供暖方式進(jìn)行對(duì)比論證［2］、從耗能角度測(cè)算電采暖的單位用熱價(jià)格［3，4］，確定電采暖的可行性。文獻(xiàn)［5］研究價(jià)格策略對(duì)電采暖用電市場(chǎng)開發(fā)與推廣的影響。本文在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)研天津地區(qū)節(jié)能住宅建筑、公共建筑、以及非節(jié)能建筑等場(chǎng)合分散電采暖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，了解并分析供電配置和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，給分散電采暖技術(shù)進(jìn)一步推廣提供參考。

1 分散電采暖技術(shù)介紹

分戶電采暖是將電能轉(zhuǎn)化為熱能輻射放熱，主要媒介有電熱膜、碳晶板、發(fā)熱電纜、蓄能式電暖器等，安裝在墻面、地板或天棚位置。具有節(jié)水、節(jié)地，分室分時(shí)控制，實(shí)施行為節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓、寫字樓、賓館酒店、商場(chǎng)超市、工廠車間等各類建筑。

1.1 電熱膜

電熱膜是通電工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能主要以輻射形式向外傳遞的一種薄膜。它的發(fā)熱體由特制油墨及稀有元素組成的碳漿料印刷在基膜上形成。電熱膜外加防水絕緣材料以及PVC封套等形成可施工成品，具有熱效率高、防水防潮、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)［6，7］。電熱膜采暖系統(tǒng)由電熱膜、T型電纜、膜片溫感器、溫控器等組成，如圖1。

圖1 電熱膜采暖系統(tǒng)構(gòu)造圖

1.2 發(fā)熱電纜

發(fā)熱電纜通電后電纜發(fā)熱，并在40～65℃的溫度區(qū)間運(yùn)行，埋在填充層內(nèi)的發(fā)熱電纜，將熱能通過熱傳導(dǎo)方式，以8～13 μm遠(yuǎn)紅外輻射方式向室內(nèi)空間傳遞熱量［8］。發(fā)熱電纜采暖系統(tǒng)主要由發(fā)熱電纜、溫感器、溫控器、絕熱層等組成，如圖2。

圖2 發(fā)熱電纜采暖系統(tǒng)構(gòu)造圖

1.3 碳晶電熱板

碳晶電熱板是碳纖維改性后進(jìn)行球磨處理制成碳素顆粒與高分子樹脂材料以特殊工藝合成的發(fā)熱材料，在電場(chǎng)的作用下，發(fā)熱體中的碳分子之間發(fā)生劇烈的摩擦和撞擊，產(chǎn)生的熱能以遠(yuǎn)紅外輻射和對(duì)流的形式對(duì)外傳遞。分為高溫碳晶板和低溫碳晶板2種，如圖3和圖4。高溫碳晶板的發(fā)熱體表面溫度可達(dá)180℃以上；低溫碳晶板的發(fā)熱體一般加熱到70～80℃。碳晶板可以采用單體控制和集中控制2種方式。

圖3 高溫碳晶板

圖4 低溫碳晶畫

1.4 蓄能式電暖器

蓄能式電暖器利用低谷電通過電加熱管將儲(chǔ)熱體加熱高溫儲(chǔ)熱，風(fēng)機(jī)吹出熱量實(shí)現(xiàn)供熱，具有占地面積小、自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，主要由加熱元件、蓄能磚、保溫材料、溫控器、調(diào)節(jié)鈕以及排氣孔組成，如圖5［9］。適合老舊樓區(qū)住戶散煤供熱改電采暖。

圖5 蓄能式電暖器構(gòu)造圖

2 分散電采暖應(yīng)用分析

2.1 天津河西區(qū)某居民小區(qū)電熱膜采暖

小區(qū)建于2001年，共5棟6層高磚樓建筑，戶均面積約99.68 m2。當(dāng)年被市供熱辦作為天津市節(jié)能住宅實(shí)施電熱膜采暖示范工程，小區(qū)275戶全部敷設(shè)了電熱膜，由開發(fā)商隨主體工程同步建設(shè)。小區(qū)由6臺(tái)配電變壓器供應(yīng)生活和電采暖用電，總?cè)萘繛? 760 kVA，容量100 W/m2。近3年冬季變壓器負(fù)載最高為31.55%，夏季為19.43%。

電采暖與生活用電分別用一塊電能表計(jì)量。每個(gè)房間均有溫度控制器，用戶可以調(diào)整各房間溫度和電熱膜運(yùn)行時(shí)間，以減少采暖電費(fèi)。根據(jù)調(diào)研得到的176戶有效樣本進(jìn)行分析，2013—2014年采暖季每戶電采暖電量分布如圖6。戶均采暖電量1 971.56 kWh，戶均采暖電費(fèi)1 005.50元（采暖期執(zhí)行居民合表電價(jià)0.51元/kWh），折合10.09元/m2；采暖電量最高的是一戶頂樓躍層，面積132.74 m2，采暖電量為6 404.86 kWh，采暖電費(fèi)為3 266.48元，折合24.61元/m2。參照天津峰谷時(shí)段劃分分析樣本用戶電采暖用電峰谷情況，峰電、平電、谷電占比相差不大，如表1。

圖6 2013—2014年采暖季樣本內(nèi)每戶電采暖電量散點(diǎn)圖

表1 2013—2014年采暖季樣本用戶電采暖總電量峰谷分析

2.2 靜?？h某中學(xué)電熱膜采暖

該中學(xué)建筑面積3.9萬m2，電熱膜采暖隨主體工程同期建設(shè)，于2014年11月建成投運(yùn)。共配置4臺(tái)630 kVA變壓器，其中3臺(tái)630 kVA為電熱膜采暖用，非采暖季報(bào)停，電采暖供電配置容量折合48.5 W/m2，變壓器負(fù)載率最高為62.13%。

目前有綜合樓、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、宿舍樓、餐廳5棟樓電熱膜投入運(yùn)行，涉及供熱面積21 897 m2。中小學(xué)校電價(jià)執(zhí)行0.505元/kWh。實(shí)測(cè)66天（2014年11月15日—2015年1月20日）電熱膜運(yùn)行情況。餐廳二樓和實(shí)驗(yàn)樓全天設(shè)置防凍供暖溫度為5℃，其余樓宇全天設(shè)置采暖溫度16～20℃。5棟樓電熱膜運(yùn)行66天用電量422 648 kWh，平均每天每平方米采暖電量0.29 kWh，學(xué)校一個(gè)采暖季約100天，電熱膜采暖費(fèi)為14.65元/m2。參照天津峰谷時(shí)段劃分分析該中學(xué)電采暖用電峰谷情況，峰電、平電、谷電的占比分別為34.59%、30.51%、34.89%。

2.3 濱海新區(qū)某居民小區(qū)發(fā)熱電纜采暖

該小區(qū)建于2004年，為一梯2戶、一梯3戶，12層建筑，戶均面積約117 m2。小區(qū)共有754戶鋪設(shè)了發(fā)熱電纜，由開發(fā)商隨主體工程同步建設(shè)，建設(shè)時(shí)供電容量100 W/m2（含居民生活用電）。

住戶通過房間內(nèi)溫度控制器，自由調(diào)整各房間溫度和發(fā)熱電纜運(yùn)行時(shí)間。根據(jù)調(diào)研得到的595戶有效樣本進(jìn)行分析，戶均采暖電量3 865.84 kWh，戶均采暖電費(fèi)1 971.58元（采暖期執(zhí)行居民合表電價(jià)0.51元/kWh），折合16.85元/m2；采暖電量最高的是一戶底樓用戶，面積111.9m2，采暖電量為11929.45kWh，采暖電費(fèi)為6 084.02元，折合54.37元/m2。參照天津峰谷時(shí)段劃分分析該小區(qū)樣本用戶電采暖用電峰谷情況，峰電、平電、谷電的占比分別為38.56%、31.33%、30.11%。

2.4 和平區(qū)某老舊樓區(qū)蓄能式電暖器采暖

該老舊樓區(qū)蓄能式電暖器采暖改造工程是天津市政府針對(duì)中心城區(qū)家用散煤治理的重點(diǎn)示范工程。試點(diǎn)范圍包括5層樓、平房和回字樓3種樓型，建筑面積2 821.93 m2。由于地處文物保護(hù)區(qū)，沒有空間敷設(shè)供熱管道，一直未納入集中供暖，冬季靠小煤爐的方式取暖，改造后住戶除廚房和衛(wèi)生間外每個(gè)房間均安裝1臺(tái)固體蓄熱式電暖器進(jìn)行取暖，于2015年2月投入運(yùn)行。選取有效樣本戶84戶，涉及供熱面積1 680.33 m2，戶均面積約20 m2。供電容量按200 W/m2，單獨(dú)布線，只用于冬季采暖，非采暖季關(guān)停。

采暖期執(zhí)行試點(diǎn)分時(shí)電價(jià)：當(dāng)年11月15日至第二年 3 月 15 日，每晚 21：00～次日 6：00 為低谷時(shí)段，實(shí)行低谷電價(jià)0.3元/kWh，其余時(shí)段電價(jià)為0.49元/kWh。

蓄熱式電暖器在21：00～次日6：00啟動(dòng)蓄熱，其余時(shí)間保持散熱狀態(tài)。根據(jù)2015年2月11日至3月15日實(shí)際運(yùn)行來看，有效樣本84戶電采暖總電量30 113.14 kWh，其中谷段電量24 781.44 kWh，占比82.29%。按現(xiàn)行電采暖居民合表電價(jià)0.51元/kWh計(jì)算，一個(gè)采暖季平均采暖電費(fèi)折算為33.23元/m2。3類建筑采暖用電情況如表2，保溫最差的回字樓電采暖費(fèi)用最高。

表2 3類建筑電采暖電量及費(fèi)用分析

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)有材料，經(jīng)過上述分析，可以看出：

（1）整體來看，居民小區(qū)、學(xué)校等采用分散電采暖供暖在經(jīng)濟(jì)上是可行的。對(duì)于居民小區(qū)來說，每采暖季采暖電費(fèi)折合17元/m2以下，低于市政供熱居民收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)25元/m2；對(duì)于學(xué)校來說，屬于不連續(xù)負(fù)荷需求用戶，每采暖季采暖電費(fèi)僅為14.65元/m2，遠(yuǎn)低于市政供熱公建收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)40元/m2；對(duì)于城市中心區(qū)的老舊建筑采用電采暖，需要給予用戶適當(dāng)補(bǔ)貼。

（2）分散電采暖費(fèi)用與建筑保溫、用戶使用時(shí)長密切相關(guān)，建筑節(jié)能保溫好的建筑，電采暖費(fèi)用就低。對(duì)于非24 h采暖需求的用戶，分散電采暖更經(jīng)濟(jì)，尤其是可以通過分散電采暖的自動(dòng)控制功能，促使用戶行為節(jié)能，最大降低采暖費(fèi)用。

（3）從調(diào)研的案例來看，電采暖居民小區(qū)供電配置容量大多為100 W/m2（含生活用電），負(fù)載率均低于40%。在后續(xù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)性，減少供電配置容量。

（4）在現(xiàn)行電采暖居民合表未分時(shí)電價(jià)下，峰、平、谷電量比約為1∶1∶1。建議出臺(tái)電采暖峰谷分時(shí)電價(jià)，鼓勵(lì)用戶利用谷電降低運(yùn)行費(fèi)用，進(jìn)一步提高電網(wǎng)整體負(fù)荷率。但峰谷時(shí)段劃分應(yīng)適當(dāng)考慮電采暖用戶的使用習(xí)慣，谷時(shí)段適當(dāng)提前。

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（本欄責(zé)任編輯徐文紅 孫 晶）