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1.引言
化石能源生产和消费带来的能源安排、温室气体排放和大气污染问题日益引起人们的关注。我国大气污染问题的主要来源之一是散烧煤。大力发展清洁能源，通过煤改电在能源消费中以电能替代煤炭的直接消费，可以从根本上解决制约人类社会可持续发展的能源环境和气候变化等问题。（范帅,等，2017）提出了智能电暖网络的确定性优化运行模型、较大舒适度、运行电费最小化的运行策略和鲁棒优化模型。（武中，等，2015）提出了电能替代效益的分析方法。已有研究主要侧重于特定电能替代技术的适应性、经济性、建设改造方案和运行优化，缺乏对大区域电能替代长远布局的战略研究。鉴于未来5-10年山东大气污染防治的重点工作之一是散烧煤治理，本文根据各地区煤炭消费特点，结合电能替代技术适应性和经济性变化趋势，提出基于热当量法的煤改电技术潜力预测方法，测算山东煤改电的综合效益，案例研究表明所提方法的合理性。2.煤改电技术潜力分析模型
计算方法：依据山东和各地市大气污染防治行动计划和实施方案、能源消费和煤炭消费控制目标，以及相应替代领域的城市、产业、行业等发展规划，结合山东电能替代技术水平、应用现状和发展趋势，对可替代能源消费以及技术工艺进行分析比较，兼顾能源替代的经济性变化趋势和可比性、主要电能替代设备生产制造能力等因素进行综合推测，计及能源利用效率，将电能替代技术可行的化石能源消费量按热当量法折算得出煤改电的技术潜力，即煤改电的替代电量潜力。公式：煤改电技术潜力计算范围：一是散烧煤全部被替代，不适宜热电联产地区的集中供暖煤也被替代，动力煤（不含电煤和工业窑炉中的焦炭）根据煤炭消费特点进行部分替代。二是自备电厂电煤的替代电量为考虑发电权交易，通过高效发电机组提高发电效率后的增发电量。三是其他耗煤按各类煤炭消费比重分别折算到散烧煤、集中供暖煤、动力煤和化工原料煤中，并计算相应的替代电量。
3.案例分析
根据课题组开展的山东煤炭消费调研数据，参考山东省发改委、山东统计局煤炭消费数据等相关资料，2015年山东一次能源消费量为3.68亿吨标准煤，煤炭消费4.09亿吨，其中，发电用煤1.87亿吨，供热用煤0.47亿吨，洗煤损耗0.14亿吨，炼焦0.61亿吨，终端消费1亿吨。煤炭在山东一次能源消费结构的比重达到79.5%，远高于64%的我国煤炭平均水平和30%的世界煤炭平均水平。结合近10年来电锅炉、电窑炉等主要煤改电技术类别及其应用规模变化，采用上述预测方法对山东未来煤改电技术潜力进行预测，煤改电技术发展潜力巨大，预计山东煤改电技术潜力约为1200亿千瓦时，相当于减少散烧煤约4500万吨。其中，集中电采暖280亿千瓦时、分散式电采暖160亿千瓦时、工业电锅炉310亿千瓦时、工业电窑炉170亿千瓦时、家庭电气化180亿千瓦时、自备电厂替代100亿千瓦时。实施煤改电具有显著的节能减排、提高安全用能水平等综合效益。一是有效提高能源利用效率，减少能源浪费。我国分散低效燃煤浪费的能源超过1.14亿吨标煤，约占终端能源消费总量的4%。大部分工业燃煤锅炉实际运行效率在60%-65%之间，有的甚至在30%-40%之间，比先进国家平均水平低10-20个百分点；而电锅炉的运行效率约为85%-90%。工业窑炉效率在40%左右，电窑炉的效率可达70%-80%。居民散烧的能源利用效率普遍低于20%，而电炊具的效率可达50%-80%。二是显著降低大气污染和温室气体排放。按照我国未来分品种能源消费量及其单位能耗的污染物排放水平测算，若山东煤改电技术潜力全部实现，每年可减排二氧化硫、氮氧化物和PM2.5分别为56万吨、19万吨、2万吨。如果煤改电新增电量均通过清洁能源供应，可减排二氧化碳9000万吨。三是提高居民健康安全水平。通过推广分散式电采暖、炊事、洗浴等，可以避免煤气中毒事件的发生，提高居民生活用能水平。
4.结论
散烧煤治理是山东未来一段时期大气污染防治的重点工作之一，根据山东煤炭消费特点，结合煤改电技术适应性和经济性变化趋势，提出基于热当量法的煤改电技术潜力预测方法，测算了山东煤改电的综合效益。研究表明，山东煤改电技术发展潜力巨大，约为1200亿千瓦时，相当于减少散烧煤约4500万吨；其中，采暖440亿千瓦时、工业480亿千瓦时；实施煤改电具有显著的节能减排、提高安全用能水平等综合效益。案例表明所提方法的合理性。