本文摘要：摘要：本文對北京市農(nóng)村家庭現(xiàn)有的清潔能源供暖方式進行了梳理，對北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式的特點、使用情況及存在的問題進行了分析，對空氣源熱泵、淺層地?zé)崮軣岜�、燃氣壁掛爐等清潔能源供暖方式的初投資、使用費用、全壽命周期內(nèi)折舊費進行了分析
摘要：本文對北京市農(nóng)村家庭現(xiàn)有的清潔能源供暖方式進行了梳理，對北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式的特點、使用情況及存在的問題進行了分析，對空氣源熱泵、淺層地?zé)崮軣岜�、燃氣壁掛爐等清潔能源供暖方式的初投資、使用費用、全壽命周期內(nèi)折舊費進行了分析比較，提出了農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式的發(fā)展建議。
關(guān)鍵詞：供暖方式,煤改清潔能源,經(jīng)濟性
北京市居民生活用能及家庭用能占全市總能耗的比重不斷提高，2010-2017年，人均生活用能從650.2kg標(biāo)煤逐年上升至781.5kg標(biāo)煤，增幅為20.2%[1]。采暖是北京市農(nóng)村家庭耗能最大的生活項目，占整個生活用能的2/3[2]。與城市不同，農(nóng)村地區(qū)受地理位置、人口密度和經(jīng)濟水平影響，不具備建設(shè)大規(guī)模集中供暖的客觀基礎(chǔ)。
長期以來，農(nóng)村地區(qū)嚴(yán)重依賴分散燃煤，采暖設(shè)備單一、能耗較高，造成了突出的環(huán)境污染問題。實施清潔能源供暖能夠充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，提高民生水平，對全面實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重要意義。本文對北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式進行分析，探討目前供暖方式的特點及存在的問題，分析各種方式的經(jīng)濟性，希望對北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖的可持續(xù)發(fā)展具有借鑒作用。
1北京市農(nóng)村家庭清潔能源類型
清潔能源包含兩方面內(nèi)容：一是可再生能源，消耗后可得到補充，不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生污染物，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?二是非可再生能源，在生產(chǎn)消費過程中盡可能減少對環(huán)境污染，包括使用低污染化石能源(如天然氣)和利用清潔能源技術(shù)處理過的化石能源，如潔凈煤等。
北京農(nóng)村家庭生活消費的清潔能源主要有電能、地?zé)崮堋⑻柲�、天然氣等。隨著改造工程的深入推進，農(nóng)村家庭能源結(jié)構(gòu)也在發(fā)生巨大變化，煤炭用量下降顯著，電力和天然氣用量大幅上升，液化石油用量明顯增加，其他能源用量也有所增長。
2北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式分析
2.1北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖實施情況
北京市于2016-2018年集中在農(nóng)村地區(qū)實施“煤改清潔能源”。自2013年以來，全市已累計完成2237個村莊、約90萬戶住戶的“無煤化”改造任務(wù)，減少散煤燃燒約270萬t[3]。2018年，北京繼續(xù)實施農(nóng)村地區(qū)冬季清潔取暖工作，完成農(nóng)村地區(qū)450個村莊的“煤改清潔能源”任務(wù)[4]。至2018年底，北京市累計完成2700個村莊、約110萬戶改造工作，基本完成平原地區(qū)村莊的“煤改清潔能源”任務(wù)，提前完成2020年基本實現(xiàn)平原地區(qū)村莊無煤化的工作目標(biāo)，并積極推進山區(qū)村莊試點工作。
2.2北京市農(nóng)村家庭清潔能源供暖方式及特點
北京市是典型的大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，太陽輻照較豐富，冬季寒冷干燥。在政策支持和市場需求共同推動下，農(nóng)村地區(qū)開始探索能源利用新方式并大規(guī)模運用清潔能源。
2.2.1空氣源熱泵供暖
按散熱末端不同，空氣源熱泵分為熱水型和熱風(fēng)型[5]。前者散熱末端對應(yīng)采暖散熱器、地暖，后者對應(yīng)落地式風(fēng)機盤管。熱水型供暖是北京市采用的主要形式。該技術(shù)以室外空氣為熱源，高效節(jié)能、全生命周期成本費用低，具有操作簡單、清潔衛(wèi)生，電網(wǎng)升級費用低等特點。
2.2.2淺層地?zé)崮軣岜霉┡?/p>
淺層地?zé)崮軣岜霉┡譃榈叵滤礋岜孟到y(tǒng)和土壤源地埋管熱泵系統(tǒng)。淺層地?zé)峋哂新癫販\、分布廣、資源量大、便于開發(fā)、運行成本低等特點[6]。能效高，對電網(wǎng)增容要求不高，通過熱泵機組消耗1kW的電能可形成3～4kW熱能，效率高(300%～400%)。此外，淺層地?zé)崮苄阅茌^穩(wěn)定，受環(huán)境溫度變化影響小。
2.2.3太陽能熱水集熱器+電輔助供暖
在光照充足時，以太陽能熱水集熱器實現(xiàn)供暖。當(dāng)陰雨天、光照不足或夜間時，采暖系統(tǒng)自動啟動電輔助加熱使儲水箱內(nèi)水溫上升，當(dāng)水箱水溫達到設(shè)定值時，電輔助加熱自動關(guān)閉。該技術(shù)具有綠色環(huán)保、智能控制、能源互補等特點。
2.2.4蓄能式電暖器供暖
蓄能式電暖器利用夜間谷電在8～10h內(nèi)完成電、熱能量轉(zhuǎn)換并儲存，在峰電時段，以輻射、對流方式將熱量釋放出來，以實現(xiàn)全天室內(nèi)供暖，達到低谷蓄能、峰時供暖的目的。蓄能式電暖器產(chǎn)品的價格便宜，初投資費用較低，安裝方便，調(diào)控靈活。與直熱式電暖器所耗電能差不多，但可利用低價谷電，故總體經(jīng)濟性較好。
2.2.5燃氣壁掛爐供暖
燃氣壁掛爐采暖是一種單元化、獨立式的采暖方式，按用途分為單采暖型和采暖熱水兩用型，當(dāng)天然氣或液化石油氣燃燒充分時，對環(huán)境的影響較小。壁掛爐采暖不受傳統(tǒng)采暖時間限制，技術(shù)成熟，可長時間連續(xù)穩(wěn)定運行，能適應(yīng)頻繁啟停的要求。
2.2.6優(yōu)質(zhì)燃煤供暖
燃煤采暖爐爐體放置在室外或太陽房內(nèi)，可解決燃煤爐易使人煤氣中毒的問題。暖氣片散熱可避免室內(nèi)不衛(wèi)生的缺點，而且不占空間。該技術(shù)的初期投資非常低，且無需電力改造、燃氣配送，適合遠離城鎮(zhèn)的偏遠村莊。
2.3使用情況及存在問題
2.3.1空氣源熱泵供暖
北京市2016年“煤改電”19.8萬戶中有15.1萬戶使用空氣源熱泵，約占全市“煤改清潔能源”總量的66.5%，占改電總戶數(shù)的76.3%，裝機16.1萬臺套，且有約95%農(nóng)戶采用各類采暖散熱器作為散熱末端。2017年，北京市“煤改電”27.2萬戶，約占全市“煤改清潔能源”總量的73.7%，熱泵類產(chǎn)品裝機36.9萬臺套。實際運行中，空氣源熱泵存在無霜除霜、有霜不除、除霜不盡等現(xiàn)象，有的機組一天除霜達到20次以上，有的機組一天零除霜，造成機組制熱量衰減，能效下降，耗電量增加。若機組安裝在院內(nèi)且靠近臥室處，噪聲問題不可忽視[7]。
2.3.2淺層地?zé)崮軣岜霉┡?/p>
北京市農(nóng)村“煤改電”項目地源熱泵市場集中在海淀區(qū)和門頭溝區(qū)。2016年，“煤改電”地源熱泵2139戶，占總改電戶數(shù)的1.07%。2017年，地源熱泵產(chǎn)品約6700臺套，含159臺700kW大型地源熱泵機組，約占改電總量的1.8%。淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用初始投資主要涵蓋土建、設(shè)備、安裝等，其綜合成本相對較高，每平方米初始投資在300～400元。淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用在規(guī)劃、政策、標(biāo)準(zhǔn)等方面有待完善。
2.3.3太陽能熱水集熱器+電輔助供暖
北京市農(nóng)村地區(qū)冬季清潔取暖中對太陽能熱利用有明確的支持政策，在大興、平谷等區(qū)安裝了太陽能熱水集熱器+電輔助供暖系統(tǒng)，目前北京市共有約7000戶采用該種供暖方式。太陽能具有間歇性，需與輔助熱源配套使用，增加了采暖費用。炎熱的夏季存在過熱現(xiàn)象，冬季需采取管道排空、管道強制循環(huán)、管路電伴熱、防凍液等方法防凍。
2.3.4蓄能式電暖器供暖
受房屋條件及技術(shù)條件的限制，早期電采暖產(chǎn)品較單一，大多為蓄能式電暖器產(chǎn)品。自2013年起，北京市在郊區(qū)縣農(nóng)村推廣使用蓄能式電暖器。2016年完成的19.9萬戶“煤改電”中，蓄能式電暖器4.43萬戶，占總改電戶數(shù)的22.30%;2017年實施的27.2萬戶“煤改電”中已基本無蓄能式電暖器。相對于熱泵采暖方式，蓄能式電暖器本身不節(jié)約電能，雖可利用峰谷電價，但耗電量和采暖費用明顯偏高，蓄能能力有限，只適用于小面積房間。
2.3.5燃氣壁掛爐供暖
2017年，北京市完成“煤改氣”201個村，9.7萬戶，約占“煤改清潔能源”總戶數(shù)的26.3%，壁掛爐使用量超過10萬臺且均以天然氣為燃料。北京市要求燃氣壁掛爐產(chǎn)品必須達到一級能效等級，氮氧化物排放控制在50mg/(kW·h)以下。對農(nóng)村地區(qū)，由于操作方法不當(dāng)或自身安全意識不強等因素，使用天然氣的過程中存在安全隱患。
2.3.6優(yōu)質(zhì)燃煤供暖
在不易施行“煤改電”和“煤改氣”的偏遠村莊，可選用燃煤采暖爐與優(yōu)質(zhì)燃煤替代原有爐具和劣質(zhì)煤。目前，預(yù)計約1200個村莊采用優(yōu)質(zhì)燃煤供暖，但存在污染物排放、使用舒適度差、安全性差和容易煤氣中毒等問題。
2.4經(jīng)濟分析
供暖方式的經(jīng)濟分析可從供暖系統(tǒng)初投資和使用費用兩方面考慮。為使各種供暖方式具有統(tǒng)一的比較基準(zhǔn)，供暖系統(tǒng)初始投資以供暖面積按100m2考慮，使用費用以“*元/(m2·供暖季)”為基準(zhǔn)，并參考近年來北京市“煤改清潔能源”工作中政府對各設(shè)備的招標(biāo)及中標(biāo)價格。設(shè)備使用壽命根據(jù)有關(guān)法規(guī)或產(chǎn)品常規(guī)使用年限而定。
空氣源熱泵、淺層地?zé)崮軣岜谩⑿钅苁诫娕�、燃氣壁掛爐的供暖費用均根據(jù)熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展高峰論壇北京市農(nóng)委提供的資料整理。在整個供暖期內(nèi)，空氣源熱泵、淺層地?zé)崮軣岜煤托钅苁诫娕鞯膯挝幻娣e供暖耗電量分別為60kW·h/(m2·供暖季)、30kW·h/(m2·供暖季)和190kW·h/(m2·供暖季)。
其中，峰、谷電價格分別約為0.49元/(kW·h)、0.1元/(kW·h)。對于燃氣壁掛爐，供暖期內(nèi)單位面積消耗燃氣量為10.8m3/(m2·供暖季)，考慮燃氣價格補貼及燃氣自采暖補貼等政策后，增至13.8元/(m2·供暖季)。優(yōu)質(zhì)燃煤在市區(qū)兩級財政補貼后村民自籌部分價格不一，但均控制在300～600元/t。按平均價格450元/t來算，100m2的采暖面積每個供暖季需優(yōu)質(zhì)燃煤約3.5t，則供暖費用為1575元/供暖季。
3結(jié)論
空氣源熱泵、淺層地?zé)崮軣岜霉┡哂休^高的舒適性、能源利用效率和較低的使用費用，但在降低投資和保障低溫天氣高效穩(wěn)定運行方面需進一步開展研究�？諝庠礋岜霉┡疁剌^低，若配置輻射地板會更加舒適、節(jié)能;在地質(zhì)條件允許時，建議優(yōu)先使用淺層地?zé)崮軣岜�，推廣冬季取暖與夏季制冷并舉。為保證夜間用能需求，應(yīng)提高太陽能熱水集熱器+電輔助系統(tǒng)集成程度和日間集熱效率。
蓄能式電暖器耗能過高，不具有節(jié)能優(yōu)勢，不適于采暖面積較大的農(nóng)村家庭。燃氣壁掛爐采暖具有環(huán)保、靈活等特點，需進一步明確農(nóng)村家庭燃氣采暖補貼相關(guān)政策;對于基礎(chǔ)設(shè)施欠發(fā)達地區(qū)，可推廣以液化石油氣為燃料的壁掛爐，并制定相關(guān)補貼政策。優(yōu)質(zhì)燃煤采暖投資低，但污染是所有供暖方式中最為嚴(yán)重的，只可作為北京市嚴(yán)寒山區(qū)的過渡供暖方式。人們應(yīng)積極開展環(huán)保、高效采暖技術(shù)和設(shè)備研發(fā)，逐步替代燃煤采暖。由于每種清潔能源采暖方式都各有優(yōu)缺點，建議開展多種清潔能源綜合利用供暖的研究，取長補短，以更有利于節(jié)能和環(huán)保。
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農(nóng)業(yè)能源方向論文投稿刊物：《生態(tài)經(jīng)濟》本刊自改版以來，關(guān)注全球生態(tài)經(jīng)濟領(lǐng)域的熱點事件，喚起全民生態(tài)意識，傳播生態(tài)經(jīng)濟知識，引起社會各界廣泛矚目，成為領(lǐng)導(dǎo)實施生態(tài)與社會可持發(fā)展戰(zhàn)略決策的參謀;企業(yè)通過保護、開發(fā)生物資源創(chuàng)造生態(tài)財富的助手;廣大讀者關(guān)心生態(tài)環(huán)境、營造生態(tài)家園的益友。
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