河南省居民“煤改电”实施情况调查
居民“煤改电”工程是河南省实施乡村振兴战略、“打赢蓝天保卫战”的一项重要工程。2017年始于安阳、鹤壁、濮阳、新乡、焦作、郑州、开封7个大气污染传输通道城市，之后向全省范围铺开，全年完成居民“煤改电”111.1万户，2018年又完成居民“煤改电”108.8万户，为全省冬季清洁取暖提供了可靠保障，为大气质量改善奠定了坚实基础。
一 “煤改电”实施背景介绍
（一）大气污染防治总体情况
为深入推进大气污染防治行动，2017年12月，国家发改委、环境保护部等十部委联合发布《北方地区冬季清洁取暖规划（2017～2021年）》（发改能源〔2017〕2100号），要求多种能源形式统筹谋划，供暖体系全面清洁高效升级，多措并举加强冬季大气污染防治，涵盖北京、天津、河北等14个省（区、市）以及河南省部分地区实施冬季清洁取暖，提出到2019年北方地区清洁取暖率达到50%、替代散烧煤7400万吨，到2021年清洁取暖率达到70%、替代散烧煤1.5亿吨。其中“2+26”重点城市要率先推进，2019年清洁取暖率在城区达到90%以上、县城达到70%以上、农村达到40%以上，2021年清洁取暖率在城区达到100%、县城达到80%以上、农村达到60%以上。2018年6月，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号），有效推进北方地区清洁取暖，优先以乡镇或区县为单位整体推进清洁取暖，加快农村“煤改电”电网升级改造；加大经济政策支持力度，健全供热价格机制，合理制定清洁取暖价格。2018年11月23日，国家能源局发布《关于做好2018～2019年采暖季清洁供暖工作的通知》（国能发电力〔2018〕77号），明确要求稳妥推进“煤改电”，要以供电能力作为基础，先保障供电再实施改造；逐步扩大蓄热式、热泵型电供暖比重。
2018年2月，河南省人民政府办公厅印发《河南省2018年大气污染防治攻坚战实施方案》（豫政办〔2018〕14号），坚持因地制宜、分类施策，深入实施以集中供热、“双替代”为主，清洁型煤为辅的清洁取暖政策，加快建成全省清洁取暖体系。提出对于确不具备集中供热条件的县（市）大力推广清洁供暖，按照“宜气则气、宜电则电”的原则实施电代煤、气代煤，要求2018年10月底前，全省再新增100万“双替代”用户。2018年9月，河南省人民政府印发《河南省污染防治攻坚战三年行动计划（2018—2020年）》（豫政〔2018〕30号），提出构建全省清洁取暖体系，在电力供应有保障的地方，实施电能清洁取暖工程，加快推广地源、水源和空气源热泵技术，建设一批分布式电能供暖项目。全省城区、县城和城乡接合部、农村地区清洁取暖率2018年分别达到50%、40%、15%，2019年分别提高到60%、50%、20%，2020年达到70%、60%、30%。其中京津冀大气污染传输通道城市城区、县城和城乡接合部、农村地区2018年清洁取暖率分别达到70%、50%、30%，2019年分别达到90%、70%、40%，2020年分别达到95%、75%、50%。
为了推进冬季清洁取暖工程实施，河南省各地市均已印发2018年电代煤、气代煤供暖工作方案及相应配套政策，创新探索清洁取暖财政补贴机制。濮阳、焦作、洛阳、鹤壁等地市确立“补初装不补运行”的补贴机制，财政资金只补贴清洁取暖改造初期投资，对运行不再进行补贴，有效提高农民清洁取暖改造的积极性和节约用能的主动性（见表1）。
表1 河南省2018年各地市“煤改电”政策支持情况
（二）居民“煤改电”主要形式及特点
居民“煤改电”按照取暖热量输送模式，可分为集中式和分散式两种。集中式“煤改电”与集中供热类似，通过供热管道将热水或蒸汽输送到每家，适用于统一规划的商品小区、新农村以及学校、商场等，通常采用10千伏专变专线供电。分散式“煤改电”是每户采用独立的采暖设备，通常采用380伏供电，因采暖设备不同用电特性和需求差异较大，点多面广的特点对10千伏及以下电网影响较大。
分散式“煤改电”按热转换模式划分，主要有直热、蓄热、热泵三种，不同取暖设备的价格、能耗、用电负荷大小和运行特性差异较大（见表2）。
表2 分散式煤改电的主要特点
直热式煤改电设备通过发热板或电阻丝直接加热，不经过第二种介质，目前主要有电热膜、碳晶板、电油汀、小太阳、空调、电暖器等，设备功率一般在3～7千瓦之间，发热较快，造价低，可根据用户取暖需要灵活启动，但耗能较高。
蓄热式煤改电设备利用夜间电网低谷时段低价电能，在6～9小时内通过蓄热介质完成电热能量转换并储存，在电网高峰时段以辐射、对流等方式释放热能，实现全天24小时取暖，有利于充分利用低谷电，但用电负荷和用电量大（家用的设备功率一般在9～12千瓦之间，每个采暖季用电量约6000千瓦时），且夜间同时率较高，分散式安装对电网配套提出更高要求。
目前应用较为广泛的热泵式煤改电设备是空气源热泵和水源热泵。采用电能驱动，通过传热工质把空气或水中无法被利用的低品位热能有效吸收，并将其提升至可利用的高品位热能，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。热泵节能效果显著，能效比是直热式电暖器的2倍，但热泵造价昂贵，一次性安装成本较高。
二 河南省“煤改电”工程实施情况
（一）整体情况
2017年河南省完成居民“煤改电”111万户，共涉及3058个村庄（小区），其中集中式“煤改电”村庄2个、分散式“煤改电”村庄3056个（1个采用蓄热式电锅炉、1个采用分散式空气源热泵，3054个采用空调、电暖气供暖）。“煤改电”配套电网工程完成投资35.3亿元，全面保障了“煤改电”负荷用电需求。
2018年继续大力推进“煤改电”改造任务，按照“整村推进”原则，全省“煤改电”确村确户7020个村庄（社区），完成居民户数108.8万户，10千伏及以下配套电网工程建设投资49.8亿元。改造之后，配电网供电能力大幅增强，户均配变容量进一步提高，为农村居民清洁取暖提供可靠供电保障。
分地市看，2018年安阳“煤改电”配套电网工程10千伏及以下投资规模居全省首位，共完成投资8亿元，占全省总投资的16.1%，是各地市平均投资水平的2.9倍。开封在2017年已投资13.5亿元基础上，2018年投资5.8亿元，占全省总投资的11.6%，是各地市平均投资的2.1倍。整体上看，省内京津冀7个大气污染传输通道城市居民“煤改电”电网配套工程投资规模较大，除鹤壁外投资均高于全省平均投资，此外平顶山、驻马店两个非大气污染传输通道城市投资高于全省投资平均值（见图1）。
图1 2018年“煤改电”配套工程10千伏及以下投资分布（万元）
两年来，河南共完成居民“煤改电”219.9万户，2018年采暖季全省“煤改电”居民用户用电量10.5亿千瓦时，相当于在消费终端减少12.9万吨标准煤，减排二氧化碳25.8万吨，减排二氧化硫、氮氧化物、粉尘等4.0万吨，有效改善了全省能源消费结构和环境质量。
（二）“煤改电”差异化推进模式
从全国来看，北京、河北、山东等北方清洁采暖重点地区在推进居民“煤改电”过程中避免“零星推进”，均坚持“整体推进”策略，要求实施清洁取暖的用户占全村或小区用户比例达到80%以上。在具体实施策略上各有特色，体现了地区的“差异化”。
北京市：从2003年开始推进煤改电工程，2003～2013年主要采用蓄热式供暖设备；2014年采用以蓄热式为主、兼有部分直热式设备；2015年开始推广空气源热泵，并在2016年采用以空气源热泵为主要供暖设备。
河北省：2017年开始实施煤改电工程，主要采用空气源热泵，其中2个村试点采用蓄热式电锅炉供热。
山东省：要求统一采用“整体推进”模式，供暖设备以空气源热泵为主，以碳晶采暖和蓄热电锅炉为辅。
河南省：2018年首推集中式“煤改电”，加快推广地源、水源和空气源热泵技术；同时，坚持以村庄、社区、小区为单位整体推进居民清洁取暖。河南省各地市推进模式如表3所示。
表3 河南省各地市“煤改电”推进模式
三 “煤改电”运行情况调查分析
综合考虑不同区域经济发展水平、“煤改电”形式及特点，选取7个大气污染传输通道城市典型村（2个集中式煤改电村庄、1个蓄热分散式煤改电村庄、1个空气源热泵分散式煤改电村庄、抽样543个分散式煤改电村庄），开展居民“煤改电”工程实施及运行情况调查分析。
（一）集中式“煤改电”项目运行情况
1.集中式蓄热“煤改电”工程
安阳东彰武村社区为新型农村社区，有13栋5～7层居民住宅楼，共计378户，实际采暖户为168户，市政供热管网无法覆盖，采用“电锅炉+相变储能+空气源热泵”的电制热站集中供暖。晚上低谷时段2台900千瓦电锅炉对相变储能水箱加热，白天释放热能向小区供热，2台118千瓦空气源热泵机组根据天气情况和用户需热量适时运行补充供热，主要用电设备功率为2036千瓦。
电制热站采用专变供电，电网改造后户均配变容量10千伏安/户。2017年采暖季，东彰武村社区电制热站用电量为104万千瓦时，采暖季户均用电量为6190千瓦时；最大负荷为2130千瓦（配变负载率53%）出现在气温最低时段（2018年1月25日）；采暖季结束后配变负载率低于3%。配变运行曲线详见图2、图3。
图2 2017年采暖季东彰武村电制热站最大负荷曲线
图3 电制热站典型日负荷曲线
2.集中式水源热泵“煤改电”工程
濮阳南里商安置小区共有居民144户，采用水源热泵集中式供暖。主要设备为1套水源热泵机组及辅助水泵，设备总功率298千瓦（主机组及抽水泵共170千瓦、循环泵、增压泵126.5千瓦，照明及其他1.5千瓦），共计打井5眼，井深100余米。
热泵站采用专线专变供电，由用户1台400千伏安专变供电，小区户均配变容量2.8kVA/户。2017年采暖季工程处于安装调试阶段，尚未正式投入运行。按照热泵机组总功率298千瓦测算，全天24小时运行，考虑天气变化及温度控制等因素，每30分钟持续运行后、待机17～20分钟，每日用电量4290～4565千瓦时，1个采暖季用电量51～55万千瓦时，采暖季户均用电量3541～3820千瓦时。
热泵站用电执行电能替代居民合表电价0.529元/千瓦时。根据打包交易政策优惠0.0878元/千瓦时，热泵站最终用电价格0.4412元/千瓦时。
（二）分散式“煤改电”项目运行情况
1.分散式蓄热“煤改电”工程
安阳市殷都区西郊乡丰安村，全村共有居民413户，按照自愿参与原则，2017年256户居民申请安装了相变储能供热装置，利用夜间低谷时段电能蓄热，白天释放热能，实现全天取暖。装置电功率分为三档，最大功率为9千瓦，在房屋保暖措施良好的情况下供暖面积可达100平方米。该村居民住宅大部分为一层平房建筑，建筑面积普遍在80～120平方米。
全村电网改造后配变总容量4000千伏安，户均配变容量9.7千伏安。2017年采暖季丰安村全村用电量194万千瓦时，比2016年同期用电量（23.4万千瓦时）增长729%。采暖户的户均采暖电量6664千瓦时。
从2017年采暖季用电负荷曲线看（见图4），采暖季初期基本在1200千瓦以下，台区负载率位于20%～30%之间；12月15日之后，负荷开始上升，并维持在1800～2000千瓦之间，负载率在45%～50%之间，春节期间（2月16～17日）达到最大值2087千瓦，配变负载率52.16%；采暖季结束后，3月16日至22日，由于受到持续的低温天气影响，台区负载率依然在40%左右，低温天气结束后，台区负载率低于10%，最低仅为5%。从典型日负荷曲线看（见图5），冬季大负荷日曲线在0时出现陡升，最大负荷持续约2小时，8时出现陡降，白天负荷处于低位。
图4 2017年采暖季丰安村最大负荷曲线
图5 丰安村典型日负荷曲线
2.分散式空气源热泵煤改电工程
鹤壁浚县岗坡村位于浚县钜桥镇，全村用电户数455户，全村约62%（280户）的用户家中安装空气源热泵（多数安装1台，单台功率2.5千瓦）。全村公用配变3台，户均配变容量1.76千伏安。
2017年采暖季岗坡村用电量28.03万千瓦时，较2016年同期水平（18.0万千瓦时）增长55.81%。采暖户的户均采暖电量1001千瓦时。
从2017年采暖季用电负荷曲线看（见图6），全村最大负荷337.53千瓦（2018年1月12日），台区负载率42.2%。随着气温升高，用户最大负荷逐渐变小。采暖季结束后，配变处于轻载状态，台区配变负载率低于20%。从典型日负荷曲线看（见图7），冬季大负荷日夜间（0时至7时）负荷较低，上午（7时至12时）负荷出现第一个高峰且负荷较平稳，在20时出现晚高峰，日最大负荷出现在晚20时左右。
图6 2017年采暖季岗坡村最大负荷曲线
图7 岗坡村典型日负荷曲线
（三）分散直热式“煤改电”运行情况
1.“煤改电”工程样本情况
在2017年全省3054个分散直热式“煤改电”村庄中，选取543个村庄（小区）作为抽样评价对象，抽样占比18%。抽样村庄共有居民用户27.65万户，其中实施“煤改电”用户4.56万户，占比16%。
2017年543个抽样村庄“煤改电”配套电网工程完成投资4.75亿元，工程实施后共有配变总容量76.13万千伏安，户均配变容量提升至2.75千伏安（见表4）。
表4 抽样村庄基本情况
2.用电情况
2017年采暖季，543个典型村用电量2.38亿千瓦时，同比增长26.6%，电量增长明显；按照煤改电4.56万户计算，户均新增用电量1096千瓦时（见表5）。
表5 采暖季典型村负荷电量变化情况
3.负荷特性分析
2017年采暖季，543个典型村最大负荷19.22万千瓦，同比增长38.3%，负荷增长明显；台区采暖季最大负载率平均值为43.3%。543个抽样村庄中配变最大负载率低于20%的共有62个，占比11%；最大负载率位于20%～80%的村庄共有461个，占比85%；最大负载率大于80%的共有20个，占比3%（见表6）。
表6 抽样村庄台区负载率情况
从2017年采暖季用电负荷曲线看（见图8），用户负荷与气温变化呈现明显相关性。河南省北部地区，以郑州为例，气温最低日出现在1月4日（-11℃）和1月11日（-10℃），最低气温持续时间较短。1月22日至1月28日持续低温，最低气温维持在-6℃～-7℃。1月27日晚19点典型村“煤改电”台区负荷达到最大值；随着气温升高，最大负荷逐渐变小。从典型日负荷曲线看（见图9），夜间0时至8时负荷较低，出现午高峰和晚高峰两个尖峰负荷时刻（12时和19时），日最大负荷出现在晚19时左右。
图8 2017采暖季典型村气温及负荷曲线
图9 典型日负荷曲线
从郑州登封市马庄村煤改电（空调）典型案例看，马庄村共有住户321户，2017年实施“煤改电”146户，采暖设备主要为空调、电暖气。2017年“煤改电”电网配套共投资57.81万元，电网改造后户均配变容量3.61千伏安/户。2018年1月1～31日，村庄配变运行最大负载率44%（见图10）。
图10 马庄村日负荷及月负荷曲线
四 调查结论
（一）节能减排成效显著
推进“煤改电”清洁取暖，改变农村居民落后供暖方式，对改善秋冬空气质量、培养农村绿色生活方式具有重大意义。2017～2018年，河南共完成居民“煤改电”219.9万户，2018年采暖季全省“煤改电”居民用户用电量10.5亿千瓦时，相当于在消费终端减少12.9万吨标准煤，减排二氧化碳25.8万吨，减排二氧化硫、氮氧化物、粉尘等4.0万吨，散烧煤治理成效显著，冬季雾霾天气有所缓解。2017年10月至2018年3月，全省7个通道城市PM2.5平均浓度较上年同期下降14.1%～30.2%，重度污染天数同比减少35.3%～63.4%。
（二）电力刚性需求增大
从抽样调查结果来看，实施“煤改电”的村庄2017年采暖季负荷、电量较2016年同期分别增长38.3%、26.6%。其中，安阳东彰武村户均采暖电量6190千瓦时、安阳丰安村户均采暖电量6664千瓦时。2017年采暖季全省111万户“煤改电”用户净增采暖电量12.79亿千瓦时，户均增加电量1152千瓦时，为同年全省城乡居民户均生活用电量（1529千瓦时）的75%。采暖季空气源热泵理论采暖电量为3000千瓦时、直热式5000～6000千瓦时、蓄热式6000千瓦时。随着乡村振兴战略的实施、新型城镇化稳步推进、生活水平不断提升，农民逐步适应舒适、便捷生活起居方式，居民“煤改电”电力需求潜力巨大。
（三）“煤改电”工程实现普遍服务
居民“煤改电”工程服务百姓生活，执行居民生活电价（0.56元/千瓦时）或峰谷分时电价。2017年全省111万户“煤改电”用户同比增加电量12.79亿千瓦时，配套电网工程总投资达35.3亿元，电网企业增加收入约1.66亿元，单位投资增供电量为0.36千瓦时/元，仅为同期全省城市配电网水平的42.9%，电网投入产出比较低，公益性质明显。应充分争取国家“煤改电”中央、省市县财政资金支持，减轻电网资本金筹措压力。持续推进输配电价疏导，按照“准许成本加合理收益”方式，推动形成合理补偿电网建设运营成本的长效机制，提高“煤改电”持续发展能力。
（四）生活品质不断改善
“煤改电”使农村居民生活变得更加清洁、安全、便捷。清洁体现在老百姓家里无须处理煤灰，使得家庭生活小环境、村镇大环境都得到改善。安全体现在以往燃煤取暖造成的煤气中毒、火灾等安全事故显著减少。“煤改电”后，供电设施全面改造升级，用户供用电安全水平大幅提升。便捷体现在“煤改电”设备运行方式灵活，即插即用、随时开断，甚至可以远程遥控，切实享受到电气化、现代化的便捷生活。
五 推进居民“煤改电”对策建议
居民“煤改电”不是简单地从煤炉子换成电炉子，是一项系统性的综合工程，需要财政、环境、市场监管、发改委等部门多方面统筹谋划，在政策支持、补贴发放、配套电网建设、政策宣传推广等方面予以长期稳定的支持。
（一）保持配套支持政策延续性
长期以来受观念、习惯等因素影响及经济收入水平制约，农村居民可承受能力低，对新的供暖方式接受度较低，常依赖传统、落后的供暖方式，部分低收入村民为省电甚至选择不取暖。集中式居民电供暖运行成本明显高于传统供热模式，供暖用电价与终端热价倒挂问题普遍存在；居民分散式采暖设备投资8000～14000元/户，采暖季的运行电量3000～6000千瓦时/户，为2017年全省城乡居民户均生活用电水平（1529.2千瓦时/户·年）的2～4倍。“煤改电”项目初期改造投入大、后期运维成本高，煤改电的大范围推广依赖于政府设备购置和后期运行费用补贴推动。建议出台鼓励发展市场化运营电能清洁取暖的支持政策并保持政策的延续性，通过财政补贴、配套费支持、税费减免等手段，多措并举确保“煤改电”的顺利实施。
（二）探索创新清洁供暖模式
结合“煤改电”清洁供暖实践，创新体制机制，优化营商环境，引导社会资本进入“煤改电”市场，鼓励企业开展技术创新和经营创新，发展新技术、新模式、新业态。完善价格与市场化机制，充分考虑供暖清洁化改造及运行成本，合理制定清洁取暖价格以缓解价格矛盾。加大市场化推行力度，增强农村地区分散供暖形式多样性，逐渐形成用户自主选择市场的机制。建立“煤改电”电价引导机制，完善峰谷分时电价政策，进一步加大清洁取暖电量参与“打包交易”的支持力度，争取冬季取暖电量暂不执行阶梯电价，进一步降低用户电供暖运行成本。
（三）加大宣传和推广力度
加大走村入户政策宣讲力度，通过电视、展板、发放政策解读等多种形式，进一步提高城乡居民对“煤改电”的认知度和接受度，主动帮助群众算好经济账，对特别困难群众地方财政要适当提高补贴比例，充分发挥舆论导向作用，赢取社会各界和广大人民群众支持。依靠模式创新、技术创新、机制创新推广“煤改电”，鼓励热力公司、能源服务公司、物业公司等社会企业投资建设热泵等电能供暖设施。鼓励将太阳能与空气能、电能等能源相结合，多能互补，扩大清洁能源在各个领域的应用，推进绿色能源深度开发利用。