江亿院士：超低温空气源热泵是农村“煤改电”高效方式!

  超低温空气源热泵是从室外空气中获取热量，再通过热泵提取其热量品位，以满足建筑供暖需求。当室外空气温度在0℃左右时，这种方式可以实现的电-热转换效率COP可达到3。由于这种方式很少受条件限制，所以在长江流域地区一直是比较合适的建筑供暖热源。

  近年来我国在此方向的技术进步迅速，通过新的压缩机技术、变频技术和新的系统形式，已经把超低温空气源热泵的适用范围扩展到-25℃的低温环境。在-25℃下，几种超低温空气源热泵的COP已经可以达到2，制热量也可达到标称工况的70%以上。这就使得超低温空气源热泵在绝大多数地区都可以作为高效的电-热转换方式，为建筑提供供暖热量。中国的超低温空气源热泵技术目前处于国际领先地位。

  清洁供暖的多种热源方式，怎样选择和组合，才能实现清洁和经济的供暖，并且实现热电协同、缓解目前冬季的弃风弃光现象呢?这又取决于被供暖建筑的密集程度。可简单地把北方地区分为高密集度的城镇建筑和低密集度的乡村建筑两类。

  高密集度城镇建筑供暖技术方案的选择

  我国北方地区中等以上城市都已建成较完善的集中供热管网，其80%以上的建筑都可以与城市集中供热管网连接。这就使得这些地区可以充分利用目前的热电厂资源，通过热电联产改造，为建筑提供热量。

  由于目前的热电联产电厂是“以热定电”的运行模式，冬季就不再为电网做电力调峰，从而导致前文所述的大量弃风弃光现象。但目前已经提出有效的解决方案，对热电联产电厂做“热电协同”改造，增加巨型蓄热装置、改变取热工艺流程，就可以使其在保障供热的同时，电力输出也可以在40%到100%范围内灵活调节。这就使热电联产电厂同时还可以是电网的灵活电源。因此，针对目前我国北方电网缺少灵活电源的现状，应大规模开展燃煤电厂的热电协同改造。

  此外，热电联产电厂输出的热力与电力之比，往往都低于其所在区域需求侧最大的热力与电力之比，这就导致在严寒期用电低谷的时段，热电联产热量不足而电力过剩，供给侧和需求侧的热电比出现严重不匹配。正是由于这一原因，尽管热电联产是能源转换效率最高的方式，在很多制造业比例较低的消费型城市还不能用热电联产方式为城市提供全部供暖热量，必须辅助以其它的热源形式，以使供给侧和需求侧之间热电比匹配。为此，需要在这些城市发展一定数量的热泵供热，从而增加需求侧的用电量，并减少对热电联产热源热量的需求。

  对于北京来说，合理的匹配应该是热泵提供三分之一建筑的供暖，热电联产提供其余三分之二建筑的热源。这才是整体上一次能源消耗量少、各种污染物排放少的整个北京冬季建筑供暖的热源方案。

  低密集度农村建筑供暖技术方案的选择

  对于建筑密集度较低的北方广大农村，集中供热管网的投资高、运行效率低，因此应发展分散的供热方式。

  除了个别利用工业余热和生物质能的供热外，现实、高效和可操作的方式就是分散的空气源热泵方式，这也是北京郊区经过多次反复后，最终作为清洁供暖方式而大量推广的主导方式。

  目前北京农村推广的超低温空气源热泵供暖，有每户一套的超低温空气源热泵热水系统和每室一台的超低温空气源热泵热风机两种方式。前者用热泵制取热水，再通过热水经过房间散热器循环实现供暖。由于房屋巨大的热惯性，这种方式从全停开始启动时需要十余个小时的加热过程才能达到供暖温度，这样就要求系统长期连续运行;而热泵热风机因为是直接向房间送热风，启动后仅十余分钟就可达到要求的供暖效果，所以适合于间歇供暖。

  当前我国多数农村居民的居住特点，是老人和儿童常年在家居住，全家人在周末和假期团聚。每户多个房间平时只用一两间，团聚时才全部使用。因此可否高效地实现间歇供暖，成为选择农村清洁供暖方式的关键。北京郊区近年来的实践表明，采用一室一台的超低温空气源热泵热风方式，每个冬季每平方米农舍耗电量为20到40kWh/㎡，而采用一户一套的超低温空气源热泵热水方式，每个冬季每平方米农舍耗电量为40到60kWh/㎡。热泵热风机的初投资每户在1万元左右，热泵热水机的初投资每户在2万元左右。

  此外，热泵热风机还可以按照“需求侧响应”方式运行，在电力部门的统一协调下，通过互联网技术统一调度，在保证供暖需求的前提下，参与电力调峰。当电力负荷处于峰值期间，电力调度可以通过分片地停止一部分热泵热风机来消减用电负荷，由于建筑的热惯性，连续停止热风机3个小时，房间温度平均下降2℃，不会对供暖有太大影响;而在电力负荷处于低谷期间，又可以分片地运行一部分热泵热风机来增加电力负载。连续运行3小时热风机，一般也只能使房间温度上升2℃，也不会对室内舒适性带来太大的影响。

  在农村大规模采用这种方式运行，可以使安装在农村的巨量的超低温空气源热泵成为巨量的电力峰谷差调节装置。这种调节装置可在实现农村清洁供暖、改善农村居民生活状况的同时，为破解电力系统的难题、缓解弃风弃光现象找到一条新的途径。由于参与电力削峰填谷，农民也可以获得低价电费的回报，这就又为减轻清洁供暖改造的经济压力，找到一条新的出路。