本文整理自中國工程院院士、清華大學(xué)教授江億演講的網(wǎng)絡(luò )公開(kāi)視頻。

    現在全國上下都在抓節能減排、治理霧霾這個(gè)事，在這樣的大環(huán)境下空氣源熱泵更顯出他的重要性，也是發(fā)展的大好機遇。政府、老百姓都在談霧霾，那么冬天的霧霾從哪來(lái)的?不得不說(shuō)，老百姓冬季采暖燒煤、燒化石能源是產(chǎn)生霧霾的一個(gè)重要原因，冬季采暖那四個(gè)月也是霧霾出現的高峰期。所以，治理霧霾，減少冬天采暖燒煤、燒化石能源是一個(gè)很重要的途徑。

    另外，我們也不能僅僅只看燒多少煤，還要關(guān)注在哪燒、用什么方式燒，不同的方式燒煤排放的污染物可能會(huì )相差10倍!而農村燒散煤的排放是最多的。

    比如說(shuō)，現在北京郊區農戶(hù)差不多200萬(wàn)戶(hù)，每年采暖季燒散煤不到400萬(wàn)噸，但每燒一噸煤排放的污染物是北京四大燃煤電廠(chǎng)燒一噸煤排放的12倍，四大電廠(chǎng)每年燒煤大概在500萬(wàn)噸，但排放的污染物卻只有郊區農戶(hù)燒散煤排放的1/10不到，這也是四大電廠(chǎng)煤改氣后對霧霾問(wèn)題的解決起到的作用很小的原因。

    而京津冀地區農村散煤冬季的消耗量大概在1800萬(wàn)噸，產(chǎn)生的污染物是這一地區燃煤排放污染物的45%。霧霾都知道鋼廠(chǎng)等是燒煤大戶(hù)，但農戶(hù)燒煤已經(jīng)占了燒煤排放的一小半了。所以，取消冬季土暖氣散煤，是治理霧霾的主要措施之一。

    用可再生能源供暖不行

    再說(shuō)說(shuō)可再生能源，我們國家這幾年風(fēng)電、光電沒(méi)少發(fā)展，增加量是世界上最快的了，但卻產(chǎn)生了嚴重的棄風(fēng)棄光的問(wèn)題。根據統計，冬天風(fēng)電的棄風(fēng)量達到了20%～30%，而像新疆等地可能40%都不能上網(wǎng)，而光電棄的更厲害，所以，不解決棄風(fēng)棄光的問(wèn)題，再發(fā)展可再生能源也是一個(gè)瓶頸。

    棄風(fēng)棄光，都說(shuō)是電網(wǎng)的輸送有問(wèn)題，不能上網(wǎng)，事實(shí)上并不是輸送的問(wèn)題。我國建的特高壓的西電東輸、北電南輸工程很多都是世界第一的，主要問(wèn)題是供需之間矛盾不協(xié)調，是需求側峰谷差，再加上風(fēng)電、光電受自然環(huán)境影響，和需求側不同步，導致巨大的供需矛盾不匹配。

    比如說(shuō)，京津唐電網(wǎng)需求最大的時(shí)候要5200萬(wàn)千瓦，到了深夜只要3700千瓦，而我國最大風(fēng)電廠(chǎng)之一的壩上在夜里3點(diǎn)的時(shí)候發(fā)電量最大，450萬(wàn)千瓦，而這時(shí)候正是需求側電負荷需求最小的時(shí)候，火電都還用不完，而需求側最需要電的時(shí)候壩上發(fā)電量卻是最低。

    這種現象導致了嚴重的棄風(fēng)棄光現象，因此要解決這個(gè)問(wèn)題必須要協(xié)調好供、需側之間的矛盾。而最好的調節方法就是用水電，但我國的水電資源都在西南，距離太遠，調節起來(lái)非常難。

    另外一個(gè)調節方法是天然氣，但我國天然氣資源緊缺，用來(lái)調峰的天然氣嚴重不足。所以，要解決我國可再生能源利用問(wèn)題，就要想出電的削峰填谷的方法來(lái)。

    根據我國現實(shí)狀況，一條可能的途徑就是在農村“煤改電”，利用建筑物本身的熱慣性來(lái)蓄能，一方面用電力來(lái)供暖，另一方面利用房子的熱慣性直接為力電系統削峰填谷。

    也就是說(shuō)，在風(fēng)電、光電充足，而電力負荷低谷時(shí)，用電力供暖，當風(fēng)電、光電不足，電力負荷達到高峰期時(shí)，停止電力供暖，利用建筑本身的熱慣性維持室內的熱狀態(tài)。這可能是協(xié)調供、需兩邊矛盾的一種可行方式，而且還可以一石三鳥(niǎo)：通過(guò)“煤改電”，來(lái)從源頭上治理霧霾;提高農戶(hù)冬季室內溫度，改善生活水平;緩解電力供需的峰谷差矛盾，促進(jìn)可再生電源的規模發(fā)展。

    煤改電，其實(shí)是煤改空氣源熱泵

    那么直接用電熱行不行呢?最近也有文件建議直接用電鍋爐、電熱膜、電熱纜等，行不行?答案是不行。

    首先，這樣是直接把高品位電力轉換為低品位熱量，能源轉會(huì )效率太低，不僅浪費能源，同時(shí)我們知道電生產(chǎn)也是燒煤的，也會(huì )造成大量的污染，這都不是好事。

    其次，要在農村采暖推廣直接電采暖，需要大規模增加農村電網(wǎng)的供電容量，每一戶(hù)的容量要從目前的4～6KW增加到10KW以上，電網(wǎng)改造的投資巨大，至少也是100個(gè)億的規模。

    再次，京津冀地區有1500萬(wàn)散煤農戶(hù)，直接用電采暖的話(huà)電力負荷高達1.5億KW，已經(jīng)遠遠超過(guò)這一地區的發(fā)電能力和電網(wǎng)供電能力。我們不能因為現在工業(yè)不景氣，就使勁讓農戶(hù)去使用電采暖，如果直接電采暖真發(fā)展起來(lái)了，問(wèn)題會(huì )很多，我們必須立足在現有電網(wǎng)的供電能力和電源容量的基礎上去考慮問(wèn)題。

    另外，近年北京郊區的一些農戶(hù)也嘗試用蓄熱式電暖氣，但效果不是很好。為什么?電暖氣蓄熱并不能緩慢地釋放，不好控制，老百姓希望白天出去干活時(shí)，屋子里溫度不要那么高，能夠省點(diǎn)，但不行，晚上蓄的那點(diǎn)熱，白天一直在釋放，等到傍晚和晚上需要用暖氣的時(shí)候，蓄的熱量已經(jīng)不能滿(mǎn)足房間的溫度了，又得重新開(kāi)電，而這時(shí)候又是用電高峰期，電費很貴。

    這種方式既不節約，也不能調峰，使用舒適度又差，結果只能靠1毛一度電的超低電價(jià)來(lái)維持運行，而這1毛錢(qián)完全靠的是國家政府補貼實(shí)現的，電力公司怎么算都不夠成本，即使能幫著(zhù)調峰也不是這個(gè)價(jià)，所以完全靠政府補貼扛著(zhù)去干的事總是不可持續的，也不可能會(huì )長(cháng)久。

    煤改電，絕對不是煤改電熱，而是用電來(lái)驅動(dòng)空氣源熱泵，這可能是煤改電供暖的最佳方式。

    空氣源熱泵采暖技術(shù)已成熟

    很多人說(shuō)空氣源熱泵采暖的一些技術(shù)問(wèn)題不好解決，實(shí)際上經(jīng)過(guò)這幾年企業(yè)的研究，問(wèn)題都解決的差不多了。比如說(shuō)室外機結霜的問(wèn)題，那是江浙一帶、長(cháng)江流域的事，到了黃河以北地區冬季干燥，結霜已經(jīng)不再是主要問(wèn)題，而且現在可以通過(guò)有效的化霜措施來(lái)解決。

    還有說(shuō)室外溫度太低，空氣源熱泵產(chǎn)品不行。溫差大可以通過(guò)雙轉子壓縮機等好些技術(shù)，現在可以在-20℃下正常工作，并且能效還很好，COP可以到2.5以上。實(shí)際上現在各大檢測實(shí)驗室都是照著(zhù)夏天制冷時(shí)的工況一條條檢測的，但在北方地區冬天使用比夏天重要的多，完全可以取消夏天的那些工況。

    空氣源熱泵就是用來(lái)冬天供暖的，這樣來(lái)看好多矛盾都可以解決了，不然的話(huà)夏天要求小壓比，冬天要求大壓比，把壓縮機設置在兩者中間，怎么弄都不合適，為什么冰箱不用噴氣增焓?因為它就一個(gè)工況?？諝庠礋岜弥灰芏觳膳?，很多毛病都沒(méi)了。

    還有說(shuō)室內不舒服，上熱下冷，這又是被空調給影響了。因為空調希望從上面送冷風(fēng)，所以設置成掛式的，如果只管冬天供暖，完全可以做成落地的風(fēng)盤(pán)，通過(guò)下送風(fēng)來(lái)實(shí)現，完全可以消除縱向梯度，甚至下熱上涼，人體感覺(jué)最舒適，還沒(méi)有吹風(fēng)感，還沒(méi)有冷凝水排水。

    今年北京最低溫達到了-20℃，這是多少年都沒(méi)有了的，但通過(guò)北京200多家農戶(hù)使用落地風(fēng)盤(pán)的測試，每戶(hù)整個(gè)冬季用電量都在2500度左右，室內溫度可以在15℃以上，室外溫度在10℃時(shí)COP還能在3以上，別說(shuō)按低價(jià)電算，就算按4毛9的農用電，也就1000多塊錢(qián)，跟燒煤采暖差不多。

    所以說(shuō)，空氣源熱泵以后不要叫什么熱泵空調機，直接叫熱泵供暖機或者熱泵熱風(fēng)機，因為黃河以北缺的是冬天的供熱，夏天制冷的需求并不是很大。

     空氣源熱泵可有效進(jìn)行電網(wǎng)調峰

     每臺空氣源熱泵上還可以安裝直接接受電調控制中心命令的控制器，這個(gè)控制器也就幾十塊錢(qián)，安裝在空氣源熱泵機組里，然后可以通過(guò)手機通訊到村里，通過(guò)村里通訊電力載波到家家戶(hù)戶(hù)。這個(gè)控制器可以通過(guò)很遠距離的電調中心直接把命令下到每個(gè)村的每臺機器那，使得空氣源熱泵在下面三種狀態(tài)之一運行：1、強行開(kāi)啟運行;2、強行停止;3、自行控制，根據意愿調節。

    這個(gè)命令是統一在電調中心那下的，電調中心可以根據電網(wǎng)負荷峰谷變化和風(fēng)電狀況向各空氣源熱泵機組發(fā)出上述三個(gè)任意一個(gè)的命令，比如說(shuō)峰電時(shí)就強停，沒(méi)人用的時(shí)候就強開(kāi)，一般情況下就放開(kāi)隨便農戶(hù)自己調節，通過(guò)這樣的方式使空氣源熱泵按照電力調峰的需要運行。

     當然，電力中心也不是隨便強開(kāi)強停，電網(wǎng)公司要根據時(shí)間和功率對用戶(hù)進(jìn)行經(jīng)濟補償，比如說(shuō)強開(kāi)一個(gè)小時(shí)和強停一個(gè)小時(shí)，每度電補貼2毛錢(qián)，讓用戶(hù)有償地參與到電網(wǎng)調峰當中去。

    這樣到底有什么樣的效果，我們通過(guò)京津唐電網(wǎng)做了一個(gè)仿真的案例。京津唐電網(wǎng)周邊農戶(hù)有600萬(wàn)戶(hù)，總的空氣源熱泵裝機容量是1200萬(wàn)KW，建筑面積每戶(hù)為60㎡，為了維持京津唐電網(wǎng)對周邊農戶(hù)的電力供應，需要188臺300MW的燃煤機組發(fā)電。電調中心每天每個(gè)時(shí)段根據電力負荷強開(kāi)強停。12月份時(shí)農戶(hù)室內的溫度都在18～21℃之間，1月份強開(kāi)強關(guān)的時(shí)候多點(diǎn)，農戶(hù)家里的溫度也都在15℃以上，2、3月份同樣如此，因此基本不會(huì )影響到農戶(hù)家里的供暖舒適度。

    電網(wǎng)在沒(méi)有空氣源熱泵時(shí)，每天電負荷曲線(xiàn)都大幅度變化，需要靠火電來(lái)進(jìn)行調峰，一天里要來(lái)回折騰，高效電都在低效運行?，F在這么一調，天冷時(shí)發(fā)電機組要開(kāi)都是連續多少天地開(kāi)，運行就比較高效，電負荷的曲線(xiàn)也成直的了。

    煤改電可少50%的燃煤排放量

    在供暖初期，每天強開(kāi)的時(shí)間為5.4小時(shí)，強停的時(shí)間為1.8小時(shí)，其余時(shí)間農戶(hù)自己控制;在供暖中期時(shí)，由于進(jìn)入嚴寒每天強開(kāi)強停的時(shí)間多點(diǎn)，平均每天強開(kāi)6.2小時(shí)，強停7.1小時(shí);而在采暖末期，強開(kāi)的時(shí)間為4小時(shí)，強停的時(shí)間為2.9小時(shí)。一個(gè)采暖季下來(lái)，平均每戶(hù)強開(kāi)強停的時(shí)間為8.9小時(shí)/天，其中強開(kāi)3.7小時(shí)/天，強停5.2小時(shí)/天。(見(jiàn)表1)整個(gè)冬季用平均每戶(hù)用電量為3839度，其中有2143度電是在強開(kāi)狀態(tài)下使用的。(見(jiàn)表1)

    在使用空氣源熱泵調峰前，發(fā)電機組都是低負荷運行，平均下來(lái)煤耗比較高，調峰后要么全部關(guān)掉，要么全力開(kāi)啟，煤耗降低了，能效也就提上來(lái)了。通過(guò)表格可以看出，盡管使用空氣源熱泵調峰后用電量上升了231億度，但煤耗卻下降了936萬(wàn)噸，電廠(chǎng)全負荷運行后，發(fā)電效率也提高了，每度電的煤耗從335克降到了326克。(見(jiàn)表2)

    這樣一來(lái)，使得電網(wǎng)負荷的峰谷變化問(wèn)題得到有效解決，風(fēng)電可以有效上網(wǎng)，而且還可以進(jìn)一步替代部分煤電，燃煤電廠(chǎng)也不需要承擔調峰任務(wù)，可以在全負荷下高效運行或者完全停止，平均煤耗量下降了將近10克，這是個(gè)很大的數字了。

    另外，電廠(chǎng)只要多消耗636萬(wàn)噸煤，就可以在農村減少散煤消耗1572萬(wàn)噸，實(shí)現節煤936萬(wàn)噸。由于農村不用散煤了，而電廠(chǎng)燒煤發(fā)電比農戶(hù)燒散煤的效率高的多，電廠(chǎng)發(fā)電的污染排放量要低得多，還可以減少燃煤50%的排放量。

    再來(lái)算經(jīng)濟賬，農戶(hù)土暖氣平均每個(gè)采暖季用煤2.6噸，在煤價(jià)比較低時(shí)也要1560元，而空氣源熱泵每個(gè)采暖季用電為3839度/戶(hù)，按5毛算也只要1919元/戶(hù)，中間電力公司強開(kāi)強停補償2毛/度，平均下來(lái)每個(gè)采暖季補償745元/戶(hù)，實(shí)際上每戶(hù)采暖費用只要1174元，比燒煤還要更低。

    同時(shí)，家里的舒適度還要更高，也更省事，不用人工來(lái)操作了。