1、介绍
我国北方广大城镇地区采暖季采用分散燃煤小锅炉、小火炉采暖，造成严重的冬季空气污染，另一方面，这些地区的可再生能源却由于消纳不足，面临着严重的“弃风弃光问题”，因此利用可再生能源开展北方地区电储热供暖具有重要的意义。
北方地区能否顺利推广电储热供暖项目，电采暖项目能否被供热市场接受，最关键的问题就是电储热采暖项目的经济性，本文从电储热供暖项目的投资成本，运行费用入手，针对当前的电价政策，供热价格，分析电储热供暖项目的经济可行性和存在的问题，并给出促进电储热供暖发展的建议。
2、电储热技术
电储热供暖项目是利用电网中的过剩可再生能源，或低谷电价时的电能，通过电加热设备，将电能转化为热能，存储在储热设备中，当需要对外供热时，将存储的热能通过换热器释放，转化为热风、热水、蒸汽等形式对外输出，可满足民用供暖需求，也能够满足工业用热，如下图1所示。
图：电储热供暖项目示意图
根据储热设备的载热材料不同，储热技术主要可分为水储热，固体储热和熔盐储热。
(1)水储热技术就是将热能以热水的形式存储起来，根据存储热水的温度和压力，水储热又可分为常压储热和承压储热;常压储热的温度利用范围一般在35℃~85℃，特点是储热设备投资成本低，无需换热设备，适用于对供热温度要求不高的民用采暖领域，缺点是储能密度小，占地面积大;承压水储热的温度一般在120℃~150℃，优点是储能密度提高，可对外提供蒸汽供热，主要问题是需要承压容器，存在一定安全风险，设备成本较高。下图2是丹麦Avedøre热电厂用于满足地区供热的热水储能罐，容积为2x24,000m3，储热温度为120℃，热水压力10bar。
图：丹麦Avedøre热电厂的承压热水储能罐
(2)固体储热一般采用金属氧化物作为储热介质，如高密度铁镁金属氧化物材料，储热温度最高可达800℃，利用空气作为换热介质，由变频风扇驱动空气进行热量循环和交换，固体储热示意图如图3所示。固体储热温度高，储能密度较大，对外输出热能的形式多样，既可以提供最高温度400℃的热风，也能够提供300℃以下的热油，还可以提供高温蒸汽和热水，因此能够满足工业和民用多个领域的用热需求。
图：固体储热装置
(3)熔盐储热系统，将电能转化为高温熔融态无机盐类的显式热能，也就是通过电加热器将廉价电能转化为热能，使熔盐温度升高，存储在高温熔盐罐中;当需要对外供给热能时，高温熔盐在换热器内释放存储的热量，温度降低后的熔盐存入低温熔盐罐，如图4所示。熔盐储热的储热介质和传热介质一般为硝酸盐混合物，如太阳光热发电中常用的“太阳盐”，硝酸钠和硝酸钾混合物，或者其他低熔点盐类，具有无蒸发压力，腐蚀性小，比热容大，热化学稳定性好的优点。熔盐储热具有工作温度范围宽，储能密度大，能够产生高温高压蒸汽的优点，适用于火电厂灵活性改造的热能存储，工业园区热能综合利用，工业用热和大规模民用集中供暖等领域。
图：双罐式熔盐储热设备
水储热、固体储热和熔盐储热这3种储热技术的特点和应用领域可列表1如下所示：
表1：各种储热技术特点对比表
3、电储热采暖项目投资分析
一般来说，供暖项目的投资成本取决于采暖建筑的供暖能耗水平，越节能的建筑需要供暖能耗越少，相应配置的供热容量越小，供暖项目的投资成本和运营费用越低。以北京地区供热面积为50000m2的住宅建筑冬季采暖设计为例，按照国家“民用建筑能耗标准(GB/T51161-2016)”的采暖指标约束值和引导值，分别估算固体储热电供暖项目的投资成本和经营成本。
3.1投资成本估算
按照“严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ26-2010)”和“民用建筑节能设计标准(JGJ26-95)”确定的采暖技术参数作为采暖设计热指标的引导值和约束值，如下表2所示，循环水泵的耗电输热比忽略不计。
表2：采暖设计热指标的约束值和引导值对比表
根据上述公式，按照8小时电储热，24小时供热，分别计算采暖设计热负荷指标约束值和引导值下的电储热供暖项目的设备供热负荷和储热容量等参数用于计算供热设备投资。
除了电储热设备及其安装工程外，供暖项目的投资费用还包括水循环系统，电气设备和控制系统等设备的采购和安装，另外，还需要建设管理费用和设计费用等，供热项目工程总投资按照单位千瓦投资800元/KW估算，如下表3所示。
表3：采暖设计热指标约束值和引导值下的工程参数表
3.2经营成本估算
电储热供暖项目的经营成本主要包括供热购电成本，用水费用，设备修理费，职工薪酬和其他费用。
(1)购电成本
供热项目的电费支出是项目经营成本的主要内容，由于项目的运行方式为谷电时段存储热能，平电和峰电时段输出热能，因此具有移峰填谷，不增加供电容量，运行费用低的优势。水循环系统的水泵电能消耗暂时忽略不计。
这里根据国家“民用建筑能耗标准(GB/T51161-2016)”的采暖耗热量指标的约束值和引导值进行电量消耗估算。
根据上述公式，分别计算采暖耗热量指标约束值和引导值下的电储热项目的耗电量，结果如下表4所示。
图：采暖设计热指标约束值和引导值下的耗电量对比表
(2)用水费用
参考其他供热项目的用水费用情况，估算本供热项目水费支出1.5万元。
(3)设备维修费
参照项目固定资产原值的1%进行估算。
(4)职工薪酬
项目定员2人，年工资4.8万元，福利费、劳保统筹、住房基金等合计为年工资总额的70%计算，职工薪酬支出为16.32万元。
4、经济评价
电储热供暖项目的经济评价计算期为20年，项目当年建成投产，当年投入运营，其中工程建设期为0.5年，生产经营期为20年。项目资金全部为自有资金，暂不考虑银行贷款。
供热项目收入按照北京地区的一般民用供暖价格24元/m2计取，年供热收入为120万元。
电价方面，按照北京地区民用低谷电价格0.3元/KWh进行供热电费测算。
供热项目补贴方面，按照北京地区《2017年农村地区冬季清洁取暖工作实施方案》，北京市区两级财政对供热项目按照设备购置费用的2/3进行补贴。
税金方面，所得税按照利润总额的25%计取;增值税免征。
供热项目的固定资产折旧期20年，残值率5%，综合折旧率则为4.75%，项目总成本费用见下表5。
表5：采暖设计热指标约束值和引导值下的总成本费用对比表
从上表可以看出：
(1)在电价为0.3元/KWh的条件下，当供热项目热负荷设计采用采暖热指标约束值时，供热能耗较大，耗电量较多，购电成本较重，造成项目经营成本支出高于供热收入，入不敷出，项目不具备经济可行性。
(2)在电价同样为0.3元/KWh的条件下，当供热项目热负荷设计采用采暖热指标引导值时，供热能耗大幅降低，电能消费大幅减小，电费支出减少，经过计算，项目补贴后的税后项目投资内部收益率IRR为9.04%，以基准收益率8%计算项目税后净现值NPV为16.25万元，该项目具备经济可行性。
以上分析可以得出建筑保温能耗状况对供热项目的经济性有很大影响，建筑保温能耗越小，电储热供暖项目的经济性越好。
5、结论与建议
北方地区采用电储热供暖方式一方面可以减少分散式燃煤低效供暖，减少空气污染，另一方面可以利用电储热优势，大幅提高可再生能源的就地消纳水平，有利于减少“弃风弃光”。
但与此同时，还需要注意，与燃煤供暖相比，采用电储热供暖还存在一次投资相对较大的问题;另外，在当前电价体制下，电储热供暖项目的经营成本过大，不利于电储热供暖项目的市场化推广。
当前，国家能源局正在编制《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2020年)》，规划将配套制定资金支持、价格机制、电力直接交易、能源供应保障、体制机制改革等多方面的支持保障措施推进北方地区清洁供暖。为此，结合本文的电储热项目的经济性分析结论，提出如下建议：
(1)政府财政对电储热供暖项目进行投资补贴，以降低项目投资成本，减少供热项目运营压力。
(2)对拟开展电储热供暖改造的住宅建筑进行供暖节能改造，降低建筑物供暖能耗，减小电能消耗和电费支出，提高供热项目的经济可行性。
(3)供热项目的经济性很大程度上取决于电价，因此，建议制定优惠的供暖电价政策，或者利用市场手段，结合可再生能源消纳，降低供热电价，保障供热项目具有良好的经济性和市场潜力。
(4)供热项目的能耗管理水平也非常重要，建议积极利用技术创新，采用信息化技术，开展供热能耗精细化管理，不断降低供热能耗水平，增加电储热供暖项目的市场竞争力。（作者系江苏中科智储科技有限公司 张勇 马骏）
