热泵应用的电力需求

随着我国碳中和的推进，零碳电力逐步增多，风电、光电、水电、核电为成为电力供应的主力军，终端用能电气化成为趋势。未来用能结构会逐步减少对燃料的依赖，尽可能使用电力替代燃料制热，最终实现电气化，因此未来电力消耗量将会迅速增加，电网供电负荷增加。热泵大规模推广也会一定程度上增加电网负荷，表5-13给出了热泵显著增长情景下需要的峰值电负荷与耗电量估算值，以及相对于直接电热的节省量。热泵若实现显著增长，则峰值负荷达到6.99亿kW，需要消耗电能23590亿kWh/年。而相对于直接电热节省量达到了54484亿kWh，峰值电负荷降低了17.64亿kW，大大减轻了电网的供电负荷。 

热泵对电网的改善

由于发电能力和用电负荷不匹配、缺少有效的快速高效的电力调峰手段、相配套的电力输送能力不足等原因，可再生能源发电仍存在消纳困难的问题，如2015年京津冀地区北部与内蒙连接处大规模陆上风电场弃风超过20%。根据国家能源局的统计，2019年可再生能源发电量达2.04万亿千瓦时，发电量占全部发电量比重为27.9%，全国主要流域弃水电量约300亿千瓦时，弃风电量169亿千瓦时，弃光电量46亿千瓦时。因此在用电终端上，未来应该发展更加灵活用电的柔性负载，实现风电、光电等可在能源发电的有效消纳。

利用部分热系统热惯性大的特点，采用电动热泵供热在一定的控制调节下，可实行“需求侧响应”的柔性用电模式。即在风电、光电充裕而电网电力负荷低谷时，用电力驱动热泵供热；在风电、光电不足而电力负荷达到高峰时，停止电力供热，利用热系统本身的热惯性维持被控对象的热状态，从而平衡风电、光电发电能力与电力负荷需求间的不匹配问题，解决弃风弃光问题。

如空气源热泵建筑供暖即可利用建筑物本身的热惯性，通过接受电力调控中心命令，作为虚拟电力调峰站，对京津冀电网进行削峰填谷起到重要作用。技术路径如下：1）通过集中调控设置每台空气源热泵运行在强行开启、强行停止、自主控制三种状态之一；2）在电网调度中心根据电网负荷峰谷变化和风电状况向各空气源热泵发出调度指令，使热泵按照电力调峰的需求运行。计算表明，若每台热泵连续接受“强开”或“强关”命令不超过4h，房间温度波动幅度不会超过2℃，对热舒适的影响不大。这样，优化地组织分散在各地的海量的空气源热泵根据电力负荷状况运行，就可以在保证建筑满足室内舒适性要求的前提下有效地对电力进行削峰填谷，热泵供暖系统也就有机结合成一座虚拟的电力调峰站。以京津冀电网为例，选取京津冀地区周边600万农户安装的空气源热泵为例，模拟结果表明，利用空气源热泵做电力调峰可以实现：

（1）使电网负荷的峰谷变化问题得到有效解决；

（2）风电可有效上网，替代部分煤电；

（3）现有燃煤电厂不需要承担调峰任务，可在全负荷下高效运行，或部分机组完全停止运行，发电煤耗降低9 gce/kWh；

（4）可减少农村散煤1572万tce，而只需要电厂多消耗636万tce用于热泵供暖，实现节煤936万tce；

（5）降低燃煤造成的污染物排放45%。

适当场合下的热泵供热系统通过主动式调节，构建“虚拟调峰电厂”，一定程度上电力削峰填谷，提高燃煤电厂发电效率，改善高效电厂低效运行状况，缓解风电、光电上网瓶颈，促进可再生能源电力发展。