产业报告2019丨技术篇:五、电动热泵供热技术
第三篇 技术篇
五、电动热泵供热技术
电动热泵供热技术,是采用各类电驱动热泵(以下简称“电动热泵”),电用锅炉(蓄热)等集中式供暖设施或发热电缆、电热膜、蓄热电暖器等方式(以下简称“电直热”)。
电直热方式可以在电力负荷低谷期把多余电力转换为热量,不仅为当时的供热需求提供热源,还储存热量满足电力负荷高峰期供热需求。这样做,从局部看确实避免了使用燃煤燃气锅炉供热的污染物排放,通过蓄热解决了电力供给侧和需求侧不同步的矛盾,似乎是实现清洁取暖的有效途径。但是,通过直接电热方式把电转换为热是典型的“高能低用”。主要存在以下问题:
①不节能:能量高质低用,COP≤1,考虑发电结构,一次能源效率约为0.4。即使是可再生能源电力,也应高效利用;
②不环保:使用电力虽然当地无污染,但我国电力60%以上来自于燃煤电厂,因而存在间接排放,低效使用将导致整体排放量的增加;
③不省钱:100平方米的初投资约1~1.5万元,电网负荷需求约是电动热泵方式的3倍,需要大规模电网扩容。运行成本高(0.4元/kWh电价约合为110元/GJ供热成本),如果不是夜间优惠电价用户难以承受;优惠电价应激励高效利用方式,尽管“消纳电”可以提高电的利用效率;
④基础设施支撑不了:农村电网基础设施薄弱,用电负荷水平低,电力基础设施投入较大,改造成本高。
因此,在燃气、热力等基础设施缺乏、资源匮乏及建筑等特殊要求,如文物建筑,局部取暖等情况下,电直热应当尽量少用、分散应用,不宜普遍推广。
电动热泵方式(heat pumps)是一种将低温热源热能转换成高温热源的装置。热源往往是低品位的,可分为空气、地表水(江河水、湖泊水、海水等)、地下水、城市自来水、土壤、废热等。通过1份电力回收2份低品位热量,热泵能效COP=3,一次能源效率约1.2(发电效率40%)。热泵供热方式可以避免电直热的低效、电力增容和运行成本昂贵等问题,也可以通过蓄热措施和初末寒期运行调节,尽量利用电网低谷电,还能利用弃风、弃光、弃核等因与常规电网用户负荷不匹配而浪费的电力。
从技术发展和应用看,各类热泵受资源规模、利用条件限制,各有适用场合和对象(如表3-3所示),一般宜为分散供热系统,否则较大规模或较长距离输送,因为低温侧和高温侧输送温差远小于集中供热(温差50℃以上),输配电耗巨大,造成系统COP低;若低于2甚至1,则不利于节能,运行费用也高。
表3-3各种热泵形式优缺点
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