一直以来,我国北方地区冬季供暖主要使用能源以燃煤为主,带来严重的环境污染和能源消耗,为了优化能源结构,节约资源,保护环境,我国政府提出了“清洁供暖”政策并印发了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》,文件指出,在辽宁、黑龙江、北京、河北等“三北”可再生能源资源丰富地区应充分利用低谷时期富余风电,并鼓励建设具备蓄热功能的电供暖设施,促进可再生能源电力消纳。电能替代产业潜力巨大。通过调研得知,当前“煤改电”措施多为热泵、电热膜、碳晶板等直热式供暖设备,且多应用于农村地区,而对于政府机关、学校、办公楼等公共建筑中电供暖的研究则相对较少,而办公建筑能耗大,人员工作时间比较固定,如果非工作时间供热系统设置值班温度运行,节能潜力巨大。而电蓄热系统自动化程度高,运行参数可设可调,是应用于办公建筑的可选方案。基于以上背景,受辽宁省住建厅委托,以及在课题《推广使用煤改电清洁供暖体系研究》(17-08-149)的资助下,课题组对北方典型供暖城市哈尔滨、沈阳以及北京地区办公建筑冬季供暖应用电蓄热供暖的可行性进行探索性研究。研究的主要结论如下:(1)对典型城市供热能源结构形式进行调查。发现燃煤区域锅炉和火力热电联产为集中供热的主要热源,清洁能源使用占比较小,北京清洁能源的利用好于哈尔滨和沈阳。哈尔滨和沈阳能源消费结构中煤炭为主要能源,但消费量呈逐年下降趋势;北京主要能源为煤炭、油品、天然气及电力调入,并且在煤炭消费量呈快速下降趋势,同时,天然气消费量呈逐年上升趋势。经调查发现典型城市所在地区清洁能源发电形式主要为风电、核电和水电。(2)对国家及各省市政府“煤改电”相关政策进行解读。了解电能替代技术的应用前景、政府推广“煤改电”力度、各地区电价优惠政策等,为电蓄热技术的应用提供政策支持。对比分析发现,北京电价优惠力度最大,煤采暖收费最高。(3)利用Energy Plus能耗模拟软件对固体电蓄热系统进行能耗分析。为了对比分析,在每个地区对所选办公建筑采用固体电蓄热机组、燃气锅炉和市政热力三种供热形式,设定室内温度可调(方案二―三种系统均设置值班温度)和不可调(方案一―市政热力全天按照设计温度供热)两种方案运行。由方案二模拟结果可知,建筑室内热负荷波动较大,峰值也较大。固体电蓄热系统比市政热力节能近20%,但比燃气锅炉能耗高出近10%。实际运行时市政热力常常全天按照设计温度供热,会导致系统能耗较高,此时固体电蓄热系统节能效果更加显著。(4)采用动态经济分析方法对固体电蓄热系统进行经济分析。初投资仅考虑电蓄热机组、燃气锅炉和换热机组的设备费和安装费,不考虑热源锅炉房和热站的建设费。分析结果为,初投资:固体电蓄热机组>燃气锅炉>换热机组,运行费用:市政热力(按采暖收费计算)>固体电蓄热机组>燃气锅炉。固体电蓄热费用年值比燃气锅炉平均高出39%,比市政热力平均低于52%。可见固体电蓄热机组供热经济性优于市政热力,但不及燃气锅炉。若想提高电蓄热机组经济性,最根本原因是需要降低电蓄热机组的设备费用和加大对电力优惠的力度。(5)采用污染物排放因子方法对固体电蓄热系统进行环境效益分析。清洁能源发电的固体电蓄热系统可以实现零排放、零污染。相比于市政热力、燃气锅炉供热环境效益最佳。经研究发现,固体电蓄热技术的应用受诸多因素影响,如气候、当地清洁能源电力供应能力、“煤改电”政策及电价优惠力度、固体电蓄热机组价格、机组的热效率、设备的换热效率等,均会影响固体电蓄热的能耗水平和经济性,因此节能率和经济性视实际工程而定。固体电蓄热更适于应用在没有市政热力地区体量较小的办公建筑。