摘要：随着社会经济的高速发展，多种能源日益紧缺，自然环境恶化加剧，目前加强能源转型已成为人类可持续发展的重要课题；国家电网公司于2013年提出实施“电能替代”战略，力求在终端能源消费环节实现用电能替代散烧煤、直燃油等化石燃料，最终实现能源发展方式的根本转变。本文首先分别从经济性和环境影响两方面分析电能替代的优势；其次从电能代替石油、煤炭、天然气三个方面，探讨了电能替代的常见方式，并给出具体案例。
关键词：电能替代；经济环保；石油；煤炭
0 引言
能源是人们日常必需的生活资料，更是经济发展中必不可少的生产资料，它在国民经济和社会发展、建设和谐、资源节约型和环境友好型社会中具有举足轻重的作用。能源替代是能源领域科技进步和能源合理利用要求的反映。在人类历史上已经出现用煤炭替代薪柴，用石油、天然气替代煤炭，用可再生能源替代矿物质能源的过程[1]。电能具有清洁、安全、便捷、高效的优势，已成为大量利用、输送可再生能源的最好方式[2-3]。因此现在已经进入了用电能替代矿物质能的时期。
国家发改委联合八大部委出台的《关于推进电能替代的指导意见》中明确提出：“稳步推进电能替代，有利于提升我国电气化水平，提高人民群众生活质量，带动相关设备制造行业发展，拓展新的经济增长点”[4]。电能替代实施是推动能源消费革命、落实国家能源战略的重要举措。近年来电能替代在我国发展地如火如荼，目前已在多方面得到应用：工业上越来越多的钢铁企业、陶瓷企业用电加热代替煤或油加热[5]；生活上电饭煲、电磁炉、微波炉等电器得到了应用；运输上已有采用船用岸电技术为船舶充电的先例；交通上电气化铁路在快速发展，电动汽车在大力推广[6-7]。随着电力行业的快速发展，电能生产的各个环节越来越完善，经济性、环保性、安全性、自动化水平都将不断提升，未来电能会以自身的优越性而成为社会首选的能源，从而完成人类历史上的第三次能源替代。
本文通过电和常规能源煤炭、石油、天然气的对比，分析了电能替代在经济性和环保性两方面的优势，并且从电能代替石油、煤炭、天然气三个方面，论述电能替代的常见方式，并给出具体案例。
1 电能替代的优势分析
电能替代的优势主要体现在经济性和环保性。终端能源消费者希望使用更低的价格达到同样的消费效果，经济性便成了终端能源消费者考虑的首要因素。随着社会经济的发展，保护环境减少污染是当今社会可持续发展的要求，选用高效环保的新能源是社会发展的必然选择。
1.1 电能替代的经济性分析
选取原煤、焦炭、汽油、柴油、天然气、液化气6种典型的终端能源，按照公式（1）、（2）分别计算它们的等效电能E值和折算电价CP
E=Ct/（3600×95%） （1）
CP=P/E （2）
其中，C表示1单位某终端能源的燃烧值，t表示1单位某终端能源的热效益值，P表示1单位某终端能源的价格；通过比较6种典型终端能源的“折算电价”，完成终端能源的经济性比较错误！未找到引用源。，如表1所示。
表1显示，原煤、焦炭、天然气的折算电价排名最低，分别为0.179元/kW·h、0.182元/kW·h和0.374 元/kW·h。与现行电价相比较，虽然三者的折算电价均低于现行电价，但是燃烧煤炭造成严重的环境污染，环境成本高，而且煤炭和天然气价格将不断增长，因此电能替代原煤、焦炭、天然气的潜力很大。液化气、汽油、柴油的折算电价排名较高，都高于现行电价，说明电能替代液化气、汽油、柴油 3种能源具有很大的经济优势。
1.2 电能替代的环保性分析
我国大气污染物主要包括二氧化硫和氮氧化物错误！未找到引用源。，借鉴上述终端能源经济性分析的方法，按公式（3）、（4）计算这几种典型终端能源的二氧化硫折算值CSO2、氮氧化物折算值CNOX
CSO2=S/E （3）
CNOX=N/E （4）
其中，E表示1单位某终端能源的等效电能值，S表示1单位某终端能源的二氧化硫排出因子，N表示1单位某终端能源的氮氧化物排出因子。典型终端能源排放系数折算值如表2所示。
表2显示，煤炭和汽油的二氧化硫和氮氧化物折算值相对较高，所以将两者作为生活用能将会带来严重的环境污染。通过环境影响分析可以看出，电能替代化石能源的潜力将会不断增强，电能替代将具有更加显著的环境保护性。
2 电能代替石油
2.1 电能代替石油的重点领域
随着我国经济的发展，交通运输业、生产制造业等对石油的需求量越来越大。据专家预计，约10 年后我国将成为世界上最大的石油进口国，这将对我国的能源安全造成威胁。因此，大力推广电能替代，实施“以电代油”，不仅具有现实意义，更具有战略价值。
（1）轨道交通领域
大力推广电动汽车。目前我国汽车产业正处于快速发展阶段，无论是汽车保有量还是每人拥有量，增长速度都异常惊人。大力推广电力汽车，不仅能大幅度减少汽车尾气排放，为减少环境污染做出贡献，而且能有效降低中国对石油的依赖度，提升我国的能源安全系数。
（2）农业灌溉领域
农业灌溉中的“油改电”，就是利用电泵取代油泵进行抽水灌溉。从大力发展绿色环保生态农业的角度来讲，电泵取代油泵有利于节约资源、保护环境，从提高农民收益、增加农民收入的角度来讲，电泵取代油泵有利于降低农业生产成本，实施后，农民获益将很大。
（3）航海航空领域
大力推广船舶、航空等岸电项目。岸电电源，即岸用变频电源，它是专门针对船上、岸边码头等高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击等恶劣使用环境而特别设计制造的大功率变频电源设备，如图1所示。岸电电源能使船舶在泊位关闭柴油发动机，接入码头陆侧的电网，从而减少废气排放、节省燃油资金、降低噪音污染。
2.2 电能代替石油的典型案例
国网河北电力公司把推广运用船用岸电技术作为“以电代油”电能替代项目的重要突破口。目前，该公司已完成对黄骅综合大港港区供电系统的初步规划和改造，成功将0.4千伏的“岸电接电箱”安装到3千吨码头前沿，实现了利用低压上船方式为靠港船舶提供电力。据了解，国网河北电力制定了渤海新区综合大港“船用岸电”典型示范项目里程碑计划，通过与相关科研单位合作，积极开展20万吨矿石码头10千伏高压上船实验工作，从而加快港口船舶岸用电“以电代油”示范项目建设步伐，确保项目在计划时间内投运。
3 电能替代煤炭
3.1 电能代替煤炭的重点领域
目前我国的“西电东输”不仅解决了东部地区的缺电问题，而且为防治大气污染做出了贡献。针对煤炭在相关领域的使用情况，“以电代煤”工作应当找准对象，因地制宜地推进。
（1）家庭及餐饮业电气化
家庭电气化是指在居家生活中普遍使用电能，推广普及家电设备，使电能转换成光能、热能和动能，让电在居民全面小康道路上发挥更大、更积极的作用，以促进社会节能减排。餐饮行业电气化可参照家庭电气化的做法，大力使用电饭煲、电磁炉、微波炉等家用电器，最终实现“去煤化”。
（2）电采暖
电采暖就是用电来实现采暖，是一种将电能转化成热能，直接放热或通过热媒介质在采暖管道中循环来达到供暖需求的采暖方式，电采暖主要有以下几种实现方式：
1）通过电暖器采暖，电暖器一般设置在用户房间内，其属于分散式电采暖。
2）电锅炉集中式电采暖，电锅炉采暖属于集中式电采暖，其产生的热媒（热水或蒸汽）由集中供热管道输送到每个房间，多用于一幢楼宇或建筑密集的居民、商业小区供热。
3）利用电热膜采暖，电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经印刷、热压在两层绝缘聚酯薄膜间制成，电热膜采暖时大部分热量以辐射方式送入房间。
4）利用相变电热地板采暖，相变电热地板是一种新颖的采暖方式，目前已有碳晶电热板制成的电热地板。碳晶电热板是碳纤维改性后进行球磨处理制成碳素颗粒与高分子树脂材料以特殊工艺合成的发热材料，在电场的作用下，发热体中的碳分子之间发生剧烈的摩擦和撞击，产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，碳晶电热地板实物如图2（a）所示
5）利用热泵采暖，热泵是利用少量的电能把热量从低位热源输送到高位热源以满足采暖需要的装置。冬天热泵通过电能做功，从户外环境中的热源抽取热量用于加热空气或水，并送入室内。夏天恰好相反，室内的热量被热泵转移到户外环境，从而获得凉爽的空气，热泵的实物如图2（b）所示。
（3）电锅炉
目前我国燃煤锅炉用煤在散烧煤中占的比重很大，成为主要的大气污染源。“电能替代”推进中，要把工业锅炉、工业煤窑炉的用煤改为用电，大力普及电锅炉技术，减少直燃煤。电锅炉和传统锅炉相比，节约了成本和占地、节省了人工费用，还实现了零污染、零排放。同时电锅炉具有稳定性高、便于操作的特点，生产中有利于提高产品的质量和科技含量。
3.2 电能代替煤炭的典型案例
河北滦南县光荣院水源热泵电能替代。光荣院在当地供电公司的指导下，选择了水源热泵电能替代项目进行冬天供暖、夏天纳凉。该项目利用地下水保持14摄氏度的恒温特点，在夏天实现制冷、冬天制热，使室内温度保持在18至21度之间，让敬老院的老人们远离了“空调病”的困扰。从费用来看，通过水源热泵供暖后，一个供暖季仅花22万元电费，节约了资金21.6万元。
4 电能替代天然气
4.1 电能代替天然气的重点领域
“以电代气”主要是用以调整终端能源消费结构，提高电能占终端能源消费比重。从燃烧气体能源的特点、使用的主体和领域看，以电代气的好处主要体现为经济高效、安全可靠、便捷清洁，缓解燃烧气体能源的供应压力等。
（1）家庭生活领域
从家庭使用能源看，当前在某些新建居民小区都建设了配套的电采暖设施，逐步取代天然气采暖，但燃烧气体能源依然是采暖的主要能源，农村地区“以电代气”的推广还远远不够。
（2）餐饮领域
餐饮商业以电代气在某些地区都是政府干预推广，已普遍形成使用电能的营业习惯。城乡在使用燃烧气体能源的过程中，尤其是火锅餐饮领域，不断发生爆炸等危害公共利益的安全事故，有些地区当地工商局直接限令燃气火锅统一替换成电火锅。
4.2 电能代替天然气的典型案例
2014年以来，国网甘肃平凉供电公司积极推广电能替代，以“气改电”为切入点，大力推广电蓄冷蓄热和电锅炉的工作方案，重点对市、县范围内的火锅店等餐饮场所就餐区使用的液化气情况进行拉网式摸底排查，广泛与客户沟通接洽，宣传“气改电”的相关政策和电价优惠政策，动员客户改用电磁炉等安全可靠的清洁能源，消除各类安全隐患。
5 国外电能替代实施的经验借鉴
我国的电能替代处于起步阶段，相关政策和标准尚不完善。因此，有必要借鉴国外经验进而形成一套成熟的电能替代体系。
美国实施电能替代的措施主要包括：
（1）政府政策发挥主导作用。
美国政府新设农村电气化局，负责农业电气化工程项目审批，提升农村农业电气化水平，并制定了《农村电力技术标准》和相关管理制度，对农村电力企业提供技术指导。
（2）鼓励电动汽车产业发展。
美国政府出资支持汽车生产商和相关企业进行电动汽车技术的研究与开发。美国政府设立专项资金，用来购买电动汽车或其他清洁能源交通工具。
日本实施电能替代的措施主要包括：
（1）完善基础建设，补贴电动汽车充电站。
（2）加大环境监管力度，增加化石燃料使用的征税比率。
（3）出台资金补贴政策。对使用环保设备的大中小型企业，政府出台了贷款贴息政策，鼓励清洁能源替代。
6 总结
本文首先分析了电能替代的经济性和环保性，并且介绍了电能替代石油、煤炭、天然气的常见方式和具体案例；最后给出了国外电能替代的措施，具有一定借鉴性。大力实施电能替代具有重要的战略意义和现实价值，需要地方政府、电力企业与居民的共同努力。
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论文作者:黄聿琛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：电能论文; 能源论文; 终端论文; 采暖论文; 煤炭论文; 天然气论文; 电价论文; 《电力设备》2017年第15期论文;