“双碳”背景下电采暖等电能替代推广路径分析

“双碳”背景下电采暖等电能替代推广路径分析

欧阳伊宁、周晓燕

天津天大求实电力新技术股份有限公司  300392

摘  要: “双碳”政策符合当前我国能源消费结构转型的时代要求，对电能替代发展指明了前景和方向。本文从“双碳”政策的时代背景出发，介绍了几个重要的电能替代应用领域，结合电能替代发展现状分析了促进电能替代推广的路径，希望对国内电能事业的发展提供有益的思考。

关键字：双碳、电能替代、应用、路径

前言

随着全球气候问题引发人们的高度关注，基于构建人类命运共同体的责任担当，我国向世界庄严承诺：“力争 2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和目标”。当前，我国能源消费结构中化石燃料占比高，经济发展面临环境承载力不足的矛盾，推动能源消费结构转型迫在眉睫。电能替代是指用电能替代其他能源消费形式，主要是替代以煤炭、石油、天然气等一次能源为主的能源消费方式。发展电能替代技术，通过清洁能源替代传统能源，减少经济发展过程对环境的污染，持续推动终端能源消费中用能电气化的比重，符合国家能源转型发展的方向。

一、电能替代技术的应用

电能替代技术可以为人们生产生活提供电能、热能、冷能、动力等能量形式，推动终端用能清洁化发展，对于实现经济绿色低碳高质量发展具有重要的现实意义。下面介绍几种电能替代应用的领域。

1.1 工业领域

工业领域是碳排放的重要来源，据统计，在全球范围内，工业热能占工业能源需求总量的2/3，占总能源消耗的1/5。开展电气化热能替代工程，积极拓展水源、空气、地热等低碳环保能源的开发力度，从根本上减少化石燃料排放的二氧化碳量。以空气源热泵为例，这种类型的电能替代技术能够利用大气环境低品位的热能，通过升温、做功等手段，转化成生产生活需要的高品位热能。相比传统燃油锅炉、燃气锅炉，使用空气源热泵不但能减少温室气体和污染物排放，而且具有较高的热能利用效率。研究表明，空气源热泵热水机组的热泵效率超过了300%，意味着除去维持热泵系统正常运转所需的能量外，空气源热泵能额外提供至少200%的能量。此外，电能替代技术还能用于工艺流程改造，比如利用电弧炉冶炼矿石、电解水提供绿色氢气等，推动工业领域清洁生产。

1.2 居民消费领域

居民生产生活中需要消耗大量的能源，发展民用电能替代技术，在居民消费终端实施以电代煤、以电代油等策略，持续提升电能在居民终端消费所占的比重。一方面，在家庭厨房建设方面，淘汰传统的煤气、蜂窝煤、秸秆等造饭方式，推动厨房电气化升级改造，引入电饭煲、高压锅、微波炉、烤箱等现代电气化炊具，满足人们对安全便捷生活方式的追求。另一方面，电能替代技术能够为居民持续提供稳定的热能和冷能，同时降低了居民的生活成本。在家庭采暖方面，壁挂式电暖器采暖能够快速升温，低温大面积电热地面辐射供暖方式能使室内热量分布更加均匀。近些年，出现了一种新电采暖方式——碳晶地暖系统，能够通过电能制热和远红外辐射放热提供热源，这种双重致热方式的采暖效率更高、效果更好。在民用蓄冷方面，利用低峰电价，由电动蓄冷空调生产更多的冷量并存储起来，在用电高峰时刻就能降低制冷空调的负荷，在满足居民对冷源需求的同时减少电费开支。

1.3 交通运输

交通运输行业是人类排放温室气体的重要来源之一。发展电能替代技术，加快交通行业电气化技术升级改造，对于推动交通运输行业绿色、低碳发展转型将产生深远影响。当前，我国正在大力推广电动企业研发与制造，逐步降低传统燃油车在汽车市场的比重，减少汽车二氧化碳及尾气的排放。在发展电动汽车的基础上，电动汽车还能带动周围配套产业发展，比如新型储能电池、充电桩、车载电控系统等。在轨道交通方面，普通火车机组已经完成了电气化改造，依靠电能为火车提供稳定动力输出；由磁悬浮技术驱动的动车、高铁、轻轨等轨道交通快速发展，同样是建立在电气化技术不断成熟和完善的基础上。因此，电能替代技术在交通运输行业有很大的发展潜力。

二、 电能替代的推广路径分析

2.1 加强材料及技术研究

电能替代推广的前提是相关技术成熟、稳定，这需要广大科技工作者加强基础研究工作，提供满足生产生活中的应用电气化解决方案。随着科技的发展，电能利用的方向不再局限于驱动用电设备，而是实现电能高效转化、转移、存储和利用，为人类提供高品质的生活体验。目前，钙钛金属太阳能电池、纳米稀土电热材料、石墨烯储能材料等新材料研究走向深入，将为电能替代提供坚实的材料基础。高工质、高倍压蒸汽的热泵技术还在不断进行工艺优化，将会为工业锅炉、民用建筑等提供稳定热能供应。电磁加热的热转化率接近100%，但是目前主要集中在民用家电设备领域，缺少大型工业化装置的应用。加强工业电磁受热技术的研究，推动电磁加热技术在机械加工、塑料挤塑、金属焊接等领域应用，将会给电能替代提供广阔的市场前景。

2.2 做好工商业再电气化进程

在工业领域，围绕工业园热、电、汽等公用工程开展电能替代，打造“多能统筹、梯级配置、安全高效”的能源综合利用示范基地。充分利用工业园区空闲厂房、仓库、办公楼等空间，架设太阳能光伏板，安装分布式风电设备，建设蓄冷蓄热储能装置，优化工业园区各种能源调度与分配，实现园区各种能源高效互补。针对原有低效率、分散式的工业锅炉、电窑炉等供能设备，逐步完成再电气化升级改造，集中建设高工质、高倍压的锅炉、窑炉等设备，同时引入智慧网络管控平台，完成园区热负荷电能替代改造。针对工商业领域的超市、商场、步行街等用能集中区域，应对原有分散的空调设备进行电能替代升级，鼓励商户安装蓄冷中央空调，利用谷峰电价差将冷源储存起来，用电高峰时刻再将储存的冷源逐步释放，以达到电能高效利用和降低费用的目的。

2.3争取电能替换政策支持

电力系统的平稳健康发展离不开政策的引导和支持，积极需求相关政策文件的支持，对于电能替代推广成败起到至关重要的作用。电力企业应主动与政府部门对接，及时了解新能源形式、新储能技术、新电气化业态等的政策变化，争取相关政策、资金、税收等方面的支持。针对传统燃煤锅炉、窑炉等低效率、高耗能装置，国家正逐步开展强制关停和替代升级行动。电力公司应抓住电采暖等电能替代的历史机遇，积极参加新旧供能设备替代项目，推动电能替代业务落地生根。此外，电力企业还可以积极投身行业协会的活动，参与绿色低碳节能标准的制定，不断健全电能替代指导体系，推动电力行业电能替代推广顺利进行。

2.4 加快新能源电网市场化运作

不同于其他行业，电力生产和供应是涉及到国计民生的大事。电网企业应坚持社会主义市场化经济发展原则，统筹制定电能替代的生产和保供，确保经济社会平稳有序运行。在电力生产方面，加快包含太阳能、风能、潮汐能等清洁能源的布局，促进传统发电与新能源发电协调发展，整合形成电能替代发展的中国方案。在新能源电能市场规则上，应逐步探索建立发电公司、用电单位和监督单位三方共管的电能交易市场，确保电能替代实施方案被各方普遍接受。在电能市场交易方面，不断创新电能交易模式，摸索建立多样化的电力市场交易机制，比如发电权交易、新能源发电并网、清洁能源碳税抵扣等，为新能源的电力市场化运作提供良好的条件。

三、结束语

综上所述，“双碳”政策顺应了绿色低碳发展的时代要求，体现了我国对构建人类命运共同体的历史担当，为电能替代发展指明了未来发展方向。当前，我国电能消费形势距离“双碳”目标还存在一定距离，需要认清国内电能替代消费领域的发展现状，加强材料及技术研究，争取电能替换相关政策的支持，积极推进工商业再电气化进程，加快新能源电网市场化运作，尽早实现“双碳”的发展目标。

作者简介

第一作者：欧阳伊宁，女，1999年7月，汉族，籍贯山西大同，天津天大求实电力新技术股份有限公司，本科，助理工程师，研究方向为综合能源冷暖工程

第二作者：周晓燕，女，1997年2月，汉族，籍贯山西忻州，天津天大求实电力新技术股份有限公司，本科，助理工程师，研究方向为综合能源微电网工程