北京消费侧走向碳中和
发布日期：2021/5/31
近日，丁仲礼院士提出碳中和“三端发力”体系，能源供应端、能源消费端、人为固碳端，选择合适的技术实现“减碳、固碳”。北方供热，使用了大量化石能源。如果在现有供热保障基础方案上，增加建设电锅炉，新能源充足时使用新能源电力供热替代化石能源供热，将大幅增强冬季新能源消纳能力。也就是能源消费端走向碳中和。
近年来，冬季天然气供应一直比较困难。为了减少北京天然气消费，已经关停的北京华能高碑店电厂燃煤机组开机运行供热，替代天然气机组供热。同时为了保障北京燃气供应，其他外省燃气电厂被迫停机，降低了外省保障电力供应的能力。在现有燃气锅炉供热的基础上，北京增加建设电锅炉供热，新能源电力充足时供热，既减少天然气消耗，同时增加新能源消纳，可以为北京碳达峰、碳中和做重大贡献。
一、潜力分析
1.北京电锅炉供热需求潜力
经了解，2020-2021年供热季天然气采暖消费量，北京锅炉房供热用气52亿方，热电联产发电用气84亿方。
以供暖120天计算，锅炉房供暖日平均用气4300万方，折合电量约4.3亿度，平均电功率为1790万千瓦。考虑气温差异，峰谷差异，供热期微微超过120天，按最小功率为平均功率的70%计算，日供暖电功率为1250万千瓦。一天采用电锅炉供暖8小时（新能源电量），电量1亿度，折算减少天然气1000万方；一年采用新能源供暖，可以减少天然气消费量12亿方。
考虑北京大量热电联产燃气机组供热，在增加电锅炉供热以后，新能源电力供应充足时，燃气机组降低出力或停机减少供热量，可以进一步减少天然气使用量，进一步增强新能源消纳能力。
2.新能源供应能力
经统计，2020年11月15日至12月31日华北新能源最大电力6501万千瓦，最小电力299万千瓦，平均功率2478万千瓦。京津唐新能源最大电力1251万千瓦，最小电力15万千瓦，平均功率620万千瓦。
因此在2020年底供暖期，华北有一半时间的新能源电力达到了2478万千瓦，京津唐有一半时间的新能源电力达到了620万千瓦，即平均每天12小时新能源达到该功率。考虑减轻管理难度，实际可以实现每天8小时左右新能源电力供热，例如白天新能源供热。
二、经济性分析
经了解，郑州亚飞凌电锅炉主要有两种，直接电加热和电磁锅炉，郑州亚飞凌报价为分别为150元/千瓦、400元/千瓦。其中直接电加热锅炉使用寿命8-10年，电磁锅炉寿命30年。
山东国核示范从瑞典采购2套2.7万千瓦的电锅炉2050万元，折合380元/千瓦。
即最高电锅炉价格不超过400元/千瓦。建设1250万千瓦电锅炉，大约50亿元，几乎可以消纳全部京津唐现有新能源，同时为山西、内蒙新能源消纳做贡献。
1.与电化学储能比较
电化学储能目前价格高于1000元/度。从消纳新能源看，考虑2小时储能，建设10万千瓦2小时至少需要2亿元；建设10万千瓦电锅炉最多只需要4000万元，消纳时长远远超过2小时，可以动态适应新能源的需要。考虑电化学储能8-10年寿命，如果采用直接加热的电锅炉，相同的寿命，只需要1500万元。
2.与抽蓄比较
抽水蓄能机组投资，约6000-8000元/千瓦，最多抽水8小时。在现在新能源弃电主要在供热季阶段看，考虑寿命30年的电磁锅炉，消纳新能源电锅炉价格优于抽蓄机组。投资50亿元可以建设1250万千瓦电锅炉，却建设不了100万千瓦的抽蓄机组，且电锅炉消纳新能源时长可以超过电锅炉。
3.供热经济性分析
目前燃气锅炉热效率约93%，电锅炉热效率约95%，1度电为3.6兆焦，1方天然气约为36.44兆焦，因此1方天然气的供热效果约等于10度电的效果。
根据2019-2020年供暖季北京天然气价格，城六区2.75元/方，其他区域2.51元/方。如果电价为0.25元/度，采用天然气供暖与电能供暖价格基本相当。
随着光伏产业的发展，光伏度电价格已经降至0.25元左右，部分地区上网电价仅为0.21元/度。随着新能源的发展，供暖季新能源弃电会越来越多，弃电期间用更低的价格购买电力成为了可能。特别是电锅炉使用新能源弃电，真正减少化石能源消费，真正减少二氧化碳排放。
三、应用场景分析
1.新能源配套建设
替代新能源建设储能设施。近期以来，各地要求新能源企业配套建设储能，以便消纳新能源。考虑到电储能价格高及实际消纳新能源能力有限，可否改为由新能源企业与供热企业合作，新能源企业在供热企业投资建设电锅炉，免费给供热企业使用，减轻新能源企业投资压力？
2.供暖企业碳中和责任
推动供暖企业走向碳中和。碳中和应该是全社会的碳中和。碳中和的重点，就是减少化石能源使用，增加使用新能源。供热企业建设电锅炉，平均每日8小时使用电锅炉供热，供热企业非化石能源利用率占比达到33%。供热企业增加建设电锅炉，约定按照0.25元/度价格（或者作为虚拟电源参与调峰得到一定的补偿）消纳新能源可以大幅提高供热企业非化石能源使用水平。
3.供热末端需要
增强供暖保障能力。在寒冷的时刻，传统供热机组供热末端经常温度偏低，不能满足用户需求。如果在供热中段增加建设电锅炉，提高供热末端供水温度，可以让供热末端用户的满意度大大提高，进而提高人民群众的获得感、幸福感。而且由于电锅炉布置灵活，实现分布式布置，减少热流动的损耗。
4.热电联合应用
电锅炉供热快速实现能源互补。对于既有天然气锅炉又有电锅炉供热的企业，可以根据电力日前新能源预测，合理安排次日电锅炉运行时间，即新能源大时电锅炉供热、新能源小时天然气锅炉供热，可以在电力供应紧张时不增加电负荷、新能源消纳紧张时增加电负荷消纳新能源，即消纳新能源的同时减少了化石能源的使用。
适度增强高峰供应能力。对于传统燃煤机组供热片区，热水蓄热量较大。增加电锅炉，可以在白天新能源充足时，用电锅炉参与加热，在电网负荷高峰前供热温度达到最高，负荷高峰时刻停止电锅炉运行，同时机组供热量适度降低进而提高高峰时刻机组发电出力，减缓电力供应紧张局面。
参与电网调频及新能源消纳。电锅炉，最大的特点就是易于自动控制。在电力市场情况下，供热企业电锅炉，可以聚合为虚拟电源，充分参与新能源消纳，最经济应用新能源。电网事故情况时，可以成为事故紧急切除的负荷。如果北京建设600万千瓦电锅炉，可以为华北电网短时切除600万千瓦负荷，短时提高华北电网频率0.3Hz，化解冬季新能源高占比以后电网频率保障的困难，以及华北受端直流双极闭锁的冲击影响，即为电力系统安全提供服务。
四、结论及建议
电锅炉建设工期短，因此电锅炉是北京破解冬季天然气供应紧张、促进新能源消纳的最快最佳措施。建议北京逐步开始在天然气锅炉供热地区，逐步增加建设电锅炉。如果投资50亿元建设电锅炉，北京供热季增加新能源电量120亿度，在2025年左右提高10%的非化石能源占比水平。
考虑到电为高品质热源，集中供热，不宜纯电锅炉供暖。因为在没有燃气锅炉基础供热的情况下，缺乏多能互补而降低供热的可靠性，对电力保障的要求进一步升高，且在电锅炉成为基础负荷以后，不利于发挥动态消纳新能源的作用，适应新能源发电的间歇性。另外，纯电锅炉供暖，在现有技术条件及新能源占比水平下，受发电效率影响，一定会增加化石能源消耗。
解决北方冬季新能源消纳，北京建设电锅炉吧！
来源：亮伢破相 作者：亮伢
