杨向群
国网山西省新绛县供电公司，山西 运城043100
摘要：我国为了打响蓝天保卫战，实施财政补贴煤改气，举国上下的燃煤锅炉改造为天然气锅炉。然而，每当冬季采暖来临时，都会出现不同程度的天然气闹气荒局面。本文对煤改电背景下可再生能源可持续利用进行分析，以供参考。
关键词：煤改电；再生能源；持续利用
引言
传统的冷、热、电等能源系统隶属于不同部门进行管理与运行，无法发挥协同潜力，抑制了能源利用率的提高和可再生能源的消纳。在此背景下，智能电网(SmartGrid)、综合能源系统(IntegratedEnergySystem，IES)和能源互联网(EnergyInternet)3种理念先后出现，大家开始把目光转向能源系统的综合规划、协调控制以及智能调度等方面，使集成了供电、供热和供冷等系统的多能互补综合能源系统成为新能源与可再生能源领域广泛研究的一个重点问题。
1煤改电下可再生能源
我国北方冬季采暖供热以燃煤为主，由于燃煤锅炉排放粉尘和二氧化硫，导致大气PM2.5超标，严重污染大气，频发严重雾霾天气。为了缓解城市大气雾霾，中国政府出台各种解决办法，并实施煤改气策略应对日益严重的大气雾霾。然而，大面积实施煤改气，并关停燃煤污染严重的企业，将燃煤锅炉改造成为燃烧天然气的锅炉，导致一时间各行各业乃至家庭采暖全都争先恐后地使用天然气，出现天然气出现供大于求的局面。发展至今，又推行空气能热泵采暖供热，向空气要可再生能源，实现蓝天白云计划。由于有财政补贴，空气能热泵成为实施煤改电的主产品，其属于空气可再生能源利用技术和产品，早期被称作分体热泵空调。其实早在20年前分体热泵空调就已经得到了应用，但由于运行耗电量大、运行费用高，无法得到大面积推广。
2多种可再生能源发电联盟的组成
多种可再生能源的互补特性风电和光伏出力具有天然的时空互补性。在时间上，风电和光伏在多种时间尺度上均具有良好的互补特性，从月时间尺度来看，冬季风能较强，气温低，光照时间较短，太阳能较弱，而夏季风能较弱，气温较高，光照时间较长，太阳能较强，因此夏季和冬季时风光互补特性较好；从日时间尺度来看，晴天太阳能充足，风能较弱，而阴雨天恰好相反，太阳能较弱，风能较强；从小时时间尺度来看，光伏电站出力集中在白天，风电机组出力较小，而夜间光伏电站出力为零，风电机组出力较大。在空间上，中国北部大陆和东部沿海广域范围内分布的风能和太阳能具有良好的各时间尺度下的空间互补性，而且两种可再生能源分散的面积越大，日、小时级别时间尺度下的空间互补性就越强。在调节能力方面，风电、光伏和水电也形成良好互补。风电、光伏出力主要与环境温度、太阳辐射以及天气变化有关，故其呈现明显的日循环和季循环特征，并具有较强的间歇性与波动性，可控性差。而水电具有较强的可控性以及良好的调节能力，水电的调节库容使其可在一定范围内自由调节，并不完全受自然降水、河道径流的影响。梯级小水电群相较于独立水电站在电力和水力关联上都更紧密，通过各级水电站的合理优化调度，使得整个流域的水资源都能得到有效利用。从瞬时调节的角度来看，水电机组爬坡能力好，响应时间短，调节速率快，可调节范围广，和具有较强的间歇性与波动性的风电和光伏形成了良好互补，平抑风光出力波动，平滑发电联盟的出力曲线。
3电力部门减排技术
3.1清洁能源发电技术
可再生能源发电技术主要包括水电、风电、太阳能发电、生物质发电、海洋能发电和地热发电等。本文忽略可再生能源发电技术全生命周期内设备原材料、加工生产、运输及发电设备建造等环节的间接排放，因此可再生能源发电作为零碳电源，通过替代煤电等高排放化石能源发电，降低电力生产过程中的度电排放。2018年全球可再生能源发电量达到6.8万亿kWh，占全球总发电量的25.6%，较2010年提高5.3个百分点。可再生能源已成为全球新增装机主力电源，2018年新增装机171GW，占总新增装机中比重达到62%。可再生能源发电成本大幅下降，已与化石能源发电成本相当。2018年全球陆上风电、光伏平均度电成本分别下降至0.056美元/kWh、0.085美元/kWh，相比2010年成本分别下降34%、77%。水电、陆上风电、生物质发电、地热发电平均度电成本已触及最低化石能源发电成本，伴随技术进步和规模经济效应，可再生能源成本相比化石能源将更具竞争力。
3.2 CCS技术
CCS技术指将化石能源发电和生物质发电过程中排放的CO2收集，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。通过CCS实现降低电力部门度电排放，其中BECCS技术是目前主流的负排放技术，在电力部门深度减排中将发挥不可或缺的作用。截至2020年初，全球规模化运行的CCS项目仅有2个，其中加拿大的BoundaryDam碳捕集及封存能力为1Mt/a，2014年开始运行；美国的PetraNova碳捕集及封存能力为1.4Mt/a。目前电力生产CCS技术成本非常高，BoundaryDam的碳捕集成本高达100美元/t，PetraNova的碳捕集成本为65美元/t。虽然成本有一定程度下降，但仍远高于可再生能源发电的减排成本，CCS进入大规模应用阶段仍需进一步降低成本。全球CCS研究所乐观估计2024—2028年计划运行的碳捕集成本为43美元/t，中试规模的新技术有望下降至33美元/t。生物质发电碳捕集需充分考虑燃料问题，能源作物种植需要最大限度降低对粮食生产造成的威胁，同时种植大量能源作物需要大量的水资源和肥料，这些都是生物质发电及碳捕集需要考虑和解决的问题。
4可再生能源可持续利用
地源热泵，为克服打井式水源热泵存在浪费与破坏地下水资源的现象，人们开始使用地源热泵。在地面钻直径150~180mm，深度100~200m深的土壤钻孔，然后在土壤深孔中配置塑料换热管，换热管内注入清水，利用循环泵循环清水，清水通过换热管与土壤换热，换热后代表地温的循环清水作为水源热泵的热源水，为水源热泵提供水源。虽然埋设土壤换热管方式的地源热泵没有了抽水井和回罐井，但是为了提高换热管的换热效果，常常将土壤钻孔达到100~200m的深度。众所周知，浅层地表水是含有多项重金属和各种污染物且有害的，而土壤深层的地下水是洁净可饮用的，土壤钻孔打穿浅层地表水和深层地下水，特别是为了提高换热能力，在回填土中掺入70%~80%的沙子，以增强土壤的透水性，这样地表水通过混有沙子的土壤层与洁净的地下水长期沟通，有毒的地表水混入洁净的地下水之中，严重污染地下水资源，这个污染程度远比井水式的水源热泵更为严重。
结束语
综上所述，虽然近几年有了一定的技术进步，但冬季严寒地区采暖供热的费用仍然较高，和燃煤和天然气的低运行费用相比，没有实质性进步。因此，一旦政府取消财政补贴，空气能热泵采暖供热能否持续发展，值得我们深思。
参考文献
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