eo观察家丨电能替代，这些技术将大显身手
电能替代，这些技术将大显身手
eo观察家 山前有田
面向终端能源消费市场实施电能替代，既是削减化石能源消耗的必经之路，也是促进清洁能源消纳的重要途径。那么，究竟哪些技术有潜力在电能替代中大显身手？
国家统计局数据显示，2014年中国能源消费量约42亿吨标准煤，按终端消费量看，电能占比仅23%（图1）。除电力以外，煤和石油两种化石能源各占剩余总量的约32%。其中，非金属矿物制品业、黑色金属冶炼和压延加工业、生活消费三大领域，分别消耗了终端用煤的26%，14%，11%（图2）。石油则主要消耗在交通运输、仓储和邮政业，占到了终端用油的40%（图3）。
在化石能源消耗比例较高的行业中，如果某种用电技术能够有效替代传统技术，便有希望开辟出广阔的市场空间。
电窑炉可用于替代传统窑炉，进行陶瓷、水泥、玻璃、搪瓷等非金属矿物制品的煅烧加工。大部分电窑炉采用电阻进行加热，以电炉丝、硅碳帮或二硅化钼作为发热组件，依靠电能辐射和导热原理进行氧化气氛烧制，热效率高。另外，电窑炉可以通过电子程序调控煅烧过程，操作简单，节省人力，安全性能好，温度精确可控。与传统窑炉相比，电窑炉不需要燃烧室、管道、烟囱或排烟机等部件，也不存在燃料和炉渣堆物，因此降温很快，清洁打扫十分方便。并且节能环保，运维成本大大减少。
不过，电窑炉的传热方式主要是靠电热元件辐射传热，不像传统窑炉的窑内充满火焰。因此，电窑炉的窑容积不能过大，否则窑内温度分布将不宜均匀，适用于中小型窑炉。
电熔炉可替代传统燃煤冲天炉，进行黑色金属冶炼特别是铸件的铁液熔炼。电熔炉加热过程基于电磁感应原理，铸件熔化后，利用全自动的生产线完成浇筑和成型。温控精度高、熔炼速度快、产品档次高。而传统的燃煤冲天炉熔炼过程中炉内化学成分和温度波动较大，容易造成合金元素和硅烧损严重，铸造质量低，并且熔炼过程中排放大量的灰尘和废气，严重污染环境，同时需耗费大量劳动力对铁水和铸件进行搬运。相比而言，电熔炉没有废气排放，防止了空气污染，有利于环境保护；投资少、人工成本低，改善了职工劳动条件，占地少，辅助设备简单、易维修。另外，电熔炉还有节电效果明显、能源消耗低、经济效果好等优点。
电锅炉可用于替代燃煤锅炉，为纺织、印染、造纸、食品、橡胶、塑料、化工、医药、钢铁、冶金等行业提供加工环节所需蒸汽，或者为企业、机关、宾馆、学校、餐饮、服务性等行业提供取暖、洗浴及生活所需热水。电锅炉利用电阻发热或电磁感应发热，通过锅炉的换热部位把热媒水或有机热载体（导热油）加热到一定参数(温度、压力)，向外输出具有额定功率的热。电锅炉相比燃煤锅炉体积更小、能耗更低；同时高度智能化，不需要专人看管，且不属于特种设备，因此运维成本更低，降低了安全隐患。
热泵技术可在调节建筑物温度等生活消费领域广泛发挥效用。热泵是热量的搬运工，它只需消耗较少的电能，就能“搬运”数倍的热量。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。
热泵所用的热源主要有气(空气、工业废气、大地土壤中的地气)、水(江河湖海、井泉、地下水和工业、生活废水)、岩石土壤和太阳能等，按其所用热源不同可分为气温热泵、水源热泵、地源热泵和太阳能热泵四大类。在实际运用中要根据各地的气候特点和环境条件，考虑易取、投资少，无腐蚀，热容量大等因素。
气源热泵在供热工况下以室外空气作为低温热源吸收热量，热源容量近似无穷大。既可用于加热生活用热水，也可通入建筑物内作空调用。空气源热泵系统简单，初投资较低，但热源热容量小，温度不稳定，受环境气温的影响较大，不容易获得稳定的运行工况。在冬季寒冷天气时，热泵的能耗比（或制热量）会随室外空气温度的降低而降低，这与建筑热负荷需求趋势正好相反，并且在冬季室外温度低于热泵工作的平衡点温度时。室外交换器中的工质的蒸发温度低于冰点。则容易结霜，从而使传热效率大大降低。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜造成热泵机组在冬季运行状态始终不理想，存在较大的技术障碍，必须采取除霜措施。在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样也导致系统不能正常工作。故空气源热泵不适用于寒冷地区，只在冬季气候较温和的地区适用。
用电动汽车 (EV) 或混合动力汽车 (HEV) 替代传统的汽油车或柴油车，无疑是交通运输行业炙手可热的发展方向。截至2014年底，我国新能源汽车保有量已经超过12万辆；光是2015年上半年，我国新能源汽车一共销售了7.27万辆，同比增长2.4倍，已进入高速增长阶段。而《中国制造2025》技术路线图显示，随着新能源汽车在家庭用车、公务用车和公交、出租车、物流用车等领域的大量普及，2020年中国新能源汽车的年销量将达到汽车市场需求总量的5%以上，即超过100万辆，2025年增至20%左右。
目前，众多机构和企业大力投入新能源汽车产业，制约其发展的因素正得到逐步攻克。动力电池技术滞后是最关键的瓶颈，直接导致汽车续航里程不足和价格高昂。不过，目前特斯拉Model S P85D在120公里每小时的速度下续航里程已逾400公里，基本能够满足长途旅行的需求。而特斯拉公司CEO埃隆马斯克近期透露，随着电池技术不断跟进，电动汽车将在未来十年实现单次充电行驶800公里的目标。并且根据预测，动力电池每千瓦时容量的成本在2020年将下降至现在的50%。另外，苹果、谷歌等科技巨头也纷纷进军汽车行业，未来汽车将更加智能化、自动化，电动汽车作为车载智能设备的最佳载体，具有巨大的发展前景。电动汽车替代传统燃油汽车是大势所趋。
在终端能源利用领域，电力技术具有能源利用效率高、节能环保、易精确控制等优点。随着我国逐步由能源和物资短缺的旧时代，进入了经济质量提升的新阶段。在这个关键时间节点，对高耗能、高污染的旧技术进行更新换代，积极推广“以电代煤、以电代油”等电能替代技术，对于提升我国电气化水平，进而提升我国现代化程度具有重要意义。