内蒙古绿能:太阳能+电供暖经济边界条件研究

时间:2021-01-04 09:11来源:国家光热联盟
  12月8日-9日,由太阳能光热联盟和中国科学院电工研究所主办,内蒙古旭宸能源有限公司联合承办的“2020国际可再生能源供热技术大会”在内蒙古自治区包头市召开。会上,内蒙古绿能新能源有限责任公司(以下简称绿能公司)工程师白龙在会上作了《太阳能+电供暖经济边界条件研究》的报告。
  他的报告源自对内蒙古自治区“呼和浩特市区市周边35个村落,共计14120户约241.86万平方米的房屋居舍进行电供暖改造”咨询规划,以电价政策等为边界条件,测算性能最优的“太阳能+”电供暖方案的经济性;并提出了合理的建议——希望相关主管部门开放对应政策权限,发挥市场的主观能动性。结合目前农村“煤改电”发展趋势,农村地区非常有可能率先实现自我或区域碳中和。
  以下内容整理自白龙的报告,以供业界参考:
  一、“煤改电”呼和浩特市样本背景
  为全面加强生态环境保护,坚决打赢污染防治攻坚战,围绕取暖季烟煤散烧造成我市空气污染的主要原因,内蒙古自治区呼和浩特市出台了一系列关于治理大气污染,改善生态环境的政策文件及会议纪要,包括:根据政策文件及会议纪要指导精神,因地制宜,采取棚户区改造、集中供热、“煤改电”或“清洁煤炭”等多种替代方式,治理呼和浩特市生态环境民生问题。
  “对呼和浩特市周边35个村落,共计14120户约241.86万平方米的房屋居舍进行电供暖改造,计划投资4.49亿元”。根据绿能公司实地调研,确定本次改造每户不超过100㎡,主要原则是在不增加居民冬季采暖费用的基础上进行电供暖改造,争取兼顾各方利益,达到多赢的最终效果。
  二、“煤改电”电价边界条件测算
  1、内蒙古电供暖电价历史
  2、“煤改电”电价边界条件测算
  (1)以燃烧散煤为标准
  农村100㎡每年用煤量:北方地区每个农村住户每个供暖季每平方米需要消耗约27千克标煤,100平方米消耗2.7吨标煤,折合3.3吨散煤。
  农村100㎡每年费用:按散煤每吨600元(2020年煤炭价格)计算,那么100平方米农村住宅每年缴纳供暖方面费用约为1980元。
  折算电价:100平方米农村住宅使用3.3吨散煤产生79.33GJ,合22054kWh,折合为用电电价约为0.09元/kWh。
  (2)以城市供暖为标准
  城市供暖标准100㎡每年缴纳供暖费用:2019-2020年呼和浩特供暖收费是每月每平方米3.68元,按180天,那么100平方米农村住户每年缴纳供暖方面费用约为2208元。
  折算电价:100平方米农村住宅以城市供暖标准每平米需要0.6221GJ热量,合17294kWh,折合为用电电价约为0.128元/kWh。
注:基础数据引用《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》报告和城市供暖费用标准
  3、小结
  电供暖电价如果想要达到用户不增加负担的要求,那么,最合理的电价为0.09元/kWh(燃煤供暖标准)和0.128元/kWh(城市供暖标准);现阶段的谷电电价0.165元/kWh虽然与之还有部分差距,但已在相当程度上缓解了电供暖项目最尖锐的矛盾。
  三、建筑节能边界条件测算
  1、呼和浩特市35村建筑节能实际调研情况
  根据详细调研,发现呼市周边涉及的35个村民房屋中:房屋结构和墙体保温部分,90%为砖混结构,墙体未做保温;门窗部分,85%为塑钢门窗,15%为老旧铁铝合金和木门窗;屋顶部分,40%为坡屋顶,60%为平屋顶,屋顶材料多为瓦片及彩钢。
  由此可见,根据《农村居住建筑节能设计标准》(GB/T 50824-2013)和《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2019)相关定义,呼和浩特市周边涉及的35个村民房大部分为不节能建筑。
  2、采暖热指标确定
  对应节能改造不同场景设定,运行情况也有所不同,根据《城市热力网设计规范》(CJJ34-2016)及《我国村镇农村住宅采暖热负荷指标计算分析》等相关资料显示,农村住宅节能建筑(进行65%节能改造)的采暖热指标取40W/㎡;农村住宅节能建筑(进行30%节能改造)的采暖热指标取80W/㎡;非节能建筑(不进行节能改造)的采暖热指标取115W/㎡。
不同节能情景下供暖项目投资估算
不同节能情景下运行费用
  3、小结
  综上分析:
  (1)低温空气源热泵(热风机、热水机)在运行方面相比其他设备更为省电,这是由设备特性决定的;
  (2)体现了建筑节能改造的重要性,不同节能建筑的运行费用相差巨大,总体来说,农村地区住宅最为经济效率的方案是30%节能改造,将农村住宅节能改造费用控制在4000元左右,这样改造投资费用和运行费用都在居民和政府可承受范围之内。
  四、光伏装机边界条件测算
  1、户用光伏容量
  如果按照每户屋顶利用面积50㎡计算,每户户用光伏最大装机容量约为10kW(平铺),按14120户计算,光伏总容量约为141.2MW。
  2、测算引用数据
  3、采用“光伏+电供暖”的模式的优势
  “光伏+电供暖”系统运行模式为电供暖设备主要运用夜间谷电进行供暖,享受0.165元/kWh的谷电电价;超出谷电部分,采用与光伏系统结合“自发自用、余量上网”的形式,用电电价为0.415元/kWh,比峰电电价0.465元/kWh优惠0.05元/kWh,节约了用电成本,增加了收入。
  4、单户“光伏+电供暖”案例测算
  单户“光伏+电供暖”100㎡电供暖每年用电量14399kWh(低温空气源热泵热水机),年总运行费用3074元;其中谷电12071kWh(14小时),运行费用1992元(0.165元/kWh);峰电2328kWh(2.7小时),运行费用1082元(0.465元/kWh)。
  下面将列举不同容量和不同等效时数下年均净利润:
  5、“光伏+电供暖”发展设想
  第一阶段:形成以源(户用光伏)网(大电网、微网)荷(电供暖、生活用电)为主干的“光伏+电供暖”系统,最大的特点是首先供暖设备安装的同时,在设备前端配置智能联网控制系统,使单户供暖集合形成能够强开强关的大型电力负荷;其次,在此基础上,配合智能光伏,形成以供暖用户为核心的智能微网,配合大数据进行集中控制调度,提高系统效率。
  第二阶段:待储能成本实现大幅下降甚至能够达到0.1元/kWh的水平时,在第一阶段的基础上,加入储能系统,真正形成“源、网、荷、储”协同发展的能源系统,为大电网调峰调频服务。
  综上所分析,户用光伏装机容量最少应能保证10kW/户,在这个容量下单户发电量与用电量、收入与支出能够基本达到平衡。
  五、结论
  从以上分析,研究团队认为:
  1、最合理的电价为0.09元/kWh(燃煤供暖标准)和0.128元/kWh (城市供暖标准);
  2、低温空气源热泵(热风机、热水机)在运行方面相比其他设备更为省电;
  3、农村地区住宅最为经济效率的节能改造方案是30%节能改造;
  4、在呼和浩特市地区,户用光伏装机容量最少应能保证10kW/户。
  六、问题与建议
  “光伏+电供暖”系统中户用光伏部分,最优选项为企业集中投资集中管理,而要求用户自行投资在其资金和积极性方面必然出现问题,而集中开发户用光伏在政策上存在掣肘,如何看待这个问题呢?
  我们认为,针对户用光伏集中开发政策部分,相关主管部门开放对应政策权限,户用光伏市场尤其是农村户用光伏市场巨大,单靠用户自有资金和积极性,发展受限,不能形成规模,如果开放企业进入相关领域,结合目前农村“煤改电”发展趋势,农村地区非常有可能率先实现自我或区域碳中和,意义重大。
  延伸阅读:绿能公司简介
  内蒙古绿能新能源有限责任公司,成立于2005年,为国家首批工程咨询单位电力行业甲级资信证书单位,电力行业甲级资信证书单位内蒙古自治区仅有两家,绿能公司为其中之一。同时绿能公司还获得了内蒙古国土厅颁发的测绘资质证书、国家认证认可监督管理委员会颁发的CMA检验检测资质认定证书,且为中国工程咨询协会会员单位、国家太阳能光热联盟理事单位,并获得ISO9001:2000国际质量体系认证证书。

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