中国分散式民用供热技术现状分析
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分散式电／天然气供热可行性分析
电作为一种非常清洁的能源，在采取直接加热取暖过程中的热转化效率几乎可以达到 100％，且没有任何污染物排放。我国 2018 年的总发电量高达 7．08 万亿千瓦时，其中燃煤发电量 4．92 万亿千瓦时，占比达到了 69．5％ 左右。相对于化石燃料来说，电是一种高品质的能量形式。这种从低品质能量到高品质能量的转化过程中，必然伴随着不可逆的能量损失。即使是目前我国最先进的燃煤发电厂，其发电效率一般也不超过 40％。因此从能量利用角度来说，用电来取暖非常不经济。而天然气虽然在燃烧过程中 SO2和 PM 的排放量极低；但由于其较高的燃烧温度，会在燃烧中将空气中的氮气氧化成 NOx。因而，天然气也并不是绝对清洁的能源。
煤改电／气的前提条件分析
采取煤改电／气的措施来进行散煤污染治理必须首先考虑至少两个前提条件：是否具有充足的电／气资源，以及是否具备将其输送到分散热用户的条件。这也是从实际出发、因地制宜原则的体现。
不具备充足的电／气资源。以京津冀及周边地区为例，国家电网公司在该区域重点实施城市棚户区和农村煤改电累计达 126 万户时，这种大规模煤改电已经对当地电网运行造成了巨大压力，甚至使当年区域电网冬季最大负荷首次超过夏季尖峰负荷，给电网的安全运行带来隐患。而对于使用天然气来说，从全国范围来讲，2005—2010 年国内天然气商品量年均增长 17％，而同期天然气需求量却增长 26％。预计到 2020 年，天然气需求量将达到 2 000 亿立方米，而同期产量却只能达到 1 100 亿立方米，缺口 900 亿立方米。因此，我国的天然气资源总量不足以支撑全国范围内的大规模煤改气工作。
不具备将资源输送到分散热用户的条件。根据北京市农村工作委员会 2013 年 6 月提供的数据，北京市远郊区县现有行政村庄 3 590 个，2020 年将整合成 1 906 个。其中，约有 l 409 个村处于平原地区，497 个村处于山区。从人口居住集中性、气源条件、规划道路等多种因素初步判断，即使在北京市平原地区农村也有约 40％—50％ 的村庄不具备市政天然气管道铺设条件，更不用谈那些具有天然地理屏障的山区村庄。显然，即使是在集中推行煤改电／气的京津冀及周边地区，部分偏远乡村采取包括燃煤取暖在内的其他清洁供热措施也是必要的。
大规模煤改电／气的经济成本分析
在电／气资源充裕并且具备上述前提条件的地区，能否实行大规模煤改电／气的关键还取决于在经济上是否可承受这一必要条件。这里的经济主要包括前期电网改造或管道铺设投资，以及后期取暖设备购买和燃料使用成本两方面。仍然以煤改电为例，国家电网公司 2017 年为此安排了 310．8 亿元专项资金用于煤改电配套电网增容和扩容建设，截至当年 9 月底累计完成京津冀及周边地区居民煤改电用户 175 万户，户均投资达到了 17 760 元。对于煤改气，北京市昌平区辛店村和平谷区蔡坨村分别约有 450 户和 250 户居民，而煤改气涉及的中低压管道铺设、低压调压箱建设、燃气灶具或供暖热水炉购买等费用均摊到每户的平均造价分别高达 32 900 元和 34 250 元。这些资金投入都给当地政府和相关企业带来了巨大的压力。
从能量利用系统方面分析，以电为能源的分散式供热技术包括利用发热电缆、电热膜、蓄热电暖器以及各类电驱动热泵来供热，其中应用最广的是空气源热泵技术。该技术利用逆卡诺循环原理，通过输入电力从低品位的空气中提取热能，输送给供热装置使用。与将电能直接转化为热相比，利用空气源热泵有助于提高能效比（COP）。但空气源热泵的性能在室外温度极低的严寒和高湿地区会显著下降，当温度为 −20℃—0℃时的平均能效比一般不高于 2，因而限制了该技术可以大规模使用的范围。分散式燃气供热主要通过燃气壁挂炉来实现，该技术较为成熟，产业支撑和市场化能力较强，用户接受程度高，在城市煤改气工程中应用最为广泛。但典型天然气壁挂炉的 NOx排放浓度折算成基准氧含量为 9％ 时一般不低于 170 mg／m3，这使得该技术的减排优势在越来越严格的低氮排放要求下并不明显。
煤改电／气后的燃料成本虽然与用户的使用环境、使用要求和使用习惯密切相关，但我们仍然可以从单位热值价格的角度来将它们与清洁燃煤取暖进行直观对比。如表 1 所示，天然气取暖的燃料成本将是清洁燃煤取暖的 2．27 倍，而采用直热或蓄热式电采暖的燃料成本则是清洁燃煤取暖的 3 倍。即使考虑空气源热泵技术的使用，其燃料成本也达到了清洁燃煤取暖的 1．5 倍。因此，为了使煤改电／气的农民用户在经济上可承受，许多地方政府在电／气价格和取暖器成本方面进行补贴。例如，京津冀各地政府对于蓄热电暖器最高补贴 1 200 元／台，空气源热泵最高补贴 25 000 元／台，并采取居民电采暖低谷价 0．3 元／度的电价，以及运行补贴政策。这不仅给地方财政带来了巨大的压力，而且随着清洁供暖面积的进一步加大，气量和价格双吃紧的状态可能还会越来越明显。
综上所述，煤改电／气首先需要在电网改造或燃气市政管道铺设方面投入大量资金，然后再对煤改电／气用户进行供热设备和燃料使用成本补贴，至少达到或接近传统燃煤取暖成本的水平才有可能被广大分散热用户所接受。由于每个冬季都需要供暖，那些单靠政府投资和高额财政补贴的实施方案显然是不可持续的。例如，山东城乡居民采暖以燃煤为主，尽管各级政府依靠行政手段出台了煤改气／电等清洁供热补贴政策，但却难以长期为继；并且因清洁采暖运行费用高，低收入城乡居民对煤改气／电等清洁采暖方式的接受度也较低。因此，煤改电／气取代散煤的清洁供热方案只有在资源较丰富、政府有条件、用户可承受的条件下才可能取得长期效果，“一刀切”的去煤化政策不能完全解决我国的散煤污染问题。