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1.引言

化石能源生產和消費帶來的能源安排、溫室氣體排放和大氣污染問題日益引起人們的關注。我國大氣污染問題的主要來源之一是散燒煤。大力發展清潔能源，通過煤改電在能源消費中以電能替代煤炭的直接消費，可以從根本上解決制約人類社會可持續發展的能源環境和氣候變化等問題。（范帥,等，2017）提出了智能電暖網絡的確定性優化運行模型、較大舒適度、運行電費最小化的運行策略和魯棒優化模型。（武中，等，2015）提出了電能替代效益的分析方法。已有研究主要側重于特定電能替代技術的適應性、經濟性、建設改造方案和運行優化，缺乏對大區域電能替代長遠布局的戰略研究。鑒于未來5-10年山東大氣污染防治的重點工作之一是散燒煤治理，本文根據各地區煤炭消費特點，結合電能替代技術適應性和經濟性變化趨勢，提出基于熱當量法的煤改電技術潛力預測方法，測算山東煤改電的綜合效益，案例研究表明所提方法的合理性。

2.煤改電技術潛力分析模型

計算方法：依據山東和各地市大氣污染防治行動計劃和實施方案、能源消費和煤炭消費控制目標，以及相應替代領域的城市、產業、行業等發展規劃，結合山東電能替代技術水平、應用現狀和發展趨勢，對可替代能源消費以及技術工藝進行分析比較，兼顧能源替代的經濟性變化趨勢和可比性、主要電能替代設備生產制造能力等因素進行綜合推測，計及能源利用效率，將電能替代技術可行的化石能源消費量按熱當量法折算得出煤改電的技術潛力，即煤改電的替代電量潛力。公式：煤改電技術潛力計算范圍：一是散燒煤全部被替代，不適宜熱電聯產地區的集中供暖煤也被替代，動力煤（不含電煤和工業窯爐中的焦炭）根據煤炭消費特點進行部分替代。二是自備電廠電煤的替代電量為考慮發電權交易，通過高效發電機組提高發電效率后的增發電量。三是其他耗煤按各類煤炭消費比重分別折算到散燒煤、集中供暖煤、動力煤和化工原料煤中，并計算相應的替代電量。

3.案例分析

根據課題組開展的山東煤炭消費調研數據，參考山東省發改委、山東統計局煤炭消費數據等相關資料，2015年山東一次能源消費量為3.68億噸標準煤，煤炭消費4.09億噸，其中，發電用煤1.87億噸，供熱用煤0.47億噸，洗煤損耗0.14億噸，煉焦0.61億噸，終端消費1億噸。煤炭在山東一次能源消費結構的比重達到79.5%，遠高于64%的我國煤炭平均水平和30%的世界煤炭平均水平。結合近10年來電鍋爐、電窯爐等主要煤改電技術類別及其應用規模變化，采用上述預測方法對山東未來煤改電技術潛力進行預測，煤改電技術發展潛力巨大，預計山東煤改電技術潛力約為1200億千瓦時，相當于減少散燒煤約4500萬噸。其中，集中電采暖280億千瓦時、分散式電采暖160億千瓦時、工業電鍋爐310億千瓦時、工業電窯爐170億千瓦時、家庭電氣化180億千瓦時、自備電廠替代100億千瓦時。實施煤改電具有顯著的節能減排、提高安全用能水平等綜合效益。一是有效提高能源利用效率，減少能源浪費。我國分散低效燃煤浪費的能源超過1.14億噸標煤，約占終端能源消費總量的4%。大部分工業燃煤鍋爐實際運行效率在60%-65%之間，有的甚至在30%-40%之間，比先進國家平均水平低10-20個百分點；而電鍋爐的運行效率約為85%-90%。工業窯爐效率在40%左右，電窯爐的效率可達70%-80%。居民散燒的能源利用效率普遍低于20%，而電炊具的效率可達50%-80%。二是顯著降低大氣污染和溫室氣體排放。按照我國未來分品種能源消費量及其單位能耗的污染物排放水平測算，若山東煤改電技術潛力全部實現，每年可減排二氧化硫、氮氧化物和PM2.5分別為56萬噸、19萬噸、2萬噸。如果煤改電新增電量均通過清潔能源供應，可減排二氧化碳9000萬噸。三是提高居民健康安全水平。通過推廣分散式電采暖、炊事、洗浴等，可以避免煤氣中毒事件的發生，提高居民生活用能水平。

4.結論

散燒煤治理是山東未來一段時期大氣污染防治的重點工作之一，根據山東煤炭消費特點，結合煤改電技術適應性和經濟性變化趨勢，提出基于熱當量法的煤改電技術潛力預測方法，測算了山東煤改電的綜合效益。研究表明，山東煤改電技術發展潛力巨大，約為1200億千瓦時，相當于減少散燒煤約4500萬噸；其中，采暖440億千瓦時、工業480億千瓦時；實施煤改電具有顯著的節能減排、提高安全用能水平等綜合效益。案例表明所提方法的合理性。