编者按： 近日，天气降温和环保压力双重施加伴随而来的是席卷而来的“气荒”，“煤改电”进入大众的视野并得到热议。俗话说的好，一切美好的事物都要付出代价。对于“煤改电”，怎样计算其中的代价，又该由谁承担？本文作者在真实数据的基础上采取仿真演算得出了煤改电升级改造的成本——此外，他也提出了一些疑问。
我有个小群，这个小群里的几个人凑一起最爱干的事儿就是八卦或者找好吃的，突然有天有人发了这么一个新闻。
虽然别的地方我陆续看了很多，但既然开八，于是特想八一八。
话说新闻里的这座电厂叫华能北京热电厂，百度是这么说的：
华能北京热电厂1999年投产，位于北京东郊，华能北京热电厂位于北京东郊高碑店，装机容量84.5万千瓦、担负北京市10%的供电、70%的供气和30%的集中供热任务。是北京市重要的电源热源支撑点，能满足北京市10%的供电、50%的供汽和40%的集中供热，替代了近200台排放严重超标的小锅炉，不仅每年可节煤20万吨以上，而且大大提高了北京市的大气质量……
这段话现在看起来真的很有喜感……
言归正传
话说这电厂今年三月突然（其实不突然只是事前没告诉我们）宣布：“劳资不干了！”
新闻说：“北京市华能热电厂一期燃煤机组即将停机备用。”
停机备用，什么概念，就是不发电了，是冷备用。这座建成不足20年的电厂应该折旧还没折完吧？这个非常有意思，这电厂不是拆了各位看好，停机冷备用。
冷备用：指连接设备各侧均无安全措施，且连接该设备的各侧均有明显断开点或可判断的断开点。
设备本身无异常，所有断路器和隔离开关都在断开位置等待合闸命令，一经合闸设备即能正常
运行。
然后停机备用，我脑子里当下闪过一个画面，每天早上一大群人们成群结队的走进骑进开进厂区，走到自己的办公地点和工作岗位，然后——开始三个一组斗地主。
我脑子里面这个画面其实不是真的，因为我不确定冷备用是不是也会有些什么工作比如机组检修维护什么的或者撤走一批人之类，其实肯定不会闲着，但是为了能启动肯定也需要有人。
言归正传*2
然后到9月份又出了一个新闻：
重复出现，这个电厂被纳入2017的煤电关停机组名单里面了并几乎提供了近1/5的关停容量。果然，一切都是最好的安排。这也是我认为去产能调结构供给侧改革的一个有点特别的产物……
然而……没气了......于是出现了开头的新闻……
对于煤改气这事儿呢，我开始是不反对的，但是现在看的的确确步子迈的大了一点，有点扯到了……我们针对改电和改气粗算笔建设成本账，通过某网搜索，先看用电和用气设备价格。
先看空气源热泵，价格在2-5万元不等。
（图片来源：百度）
再看燃气壁挂炉，价格在8000-15000元不等。
（图片来源：百度）
可见，用电设备价格是用气设备的3倍左右。
粗算考虑改电的配套电网(涵盖了配网、主网投资)大概在2-3万元/户，改气考虑管网、入户管线、LNG撬装站等等大概在1.5万元/户。
不考虑提升老百姓房屋保温性能的投资，可见改电的建设投资大概是改气的2倍左右，不管怎么说，改电比改气初始贵！
对于老百姓的使用费用，直接告诉大家结论，北京一个农村家庭一年烧煤取暖，需要：
1000多块钱的煤；
2000多块钱的气；
3000多块钱的电（注意这个是已经大幅优惠过的电费）。
北京这个水平其实有一件事儿需要说明，就是电费补贴的确很优厚，别的地方没有这么优厚，整个电网升级改造老百姓是不用掏钱的。而且，北京市政府在低谷电价的时候通过补贴让老百姓以0.1元/度的价格电采暖。
摘自公开新闻：“对“煤改电”用户，北京市不执行阶梯电价，而是执行峰谷分时电价，即晚9点至次日6点，电价为每千瓦时0.3元。在此基础上，市区两级政府补贴两毛钱(补贴用电限额每个采暖季不超过1万千瓦时)，也就是每千瓦时电只花一毛钱。“晚上9点到次日6点，1万度电以内，1度电就花1毛钱；其余时间段，5000度电以内，1度电少花1毛钱。”
那2+26到底是用电好还是用气好呢？如果现在没气了，改用电合适吗？
“2+26”城市指的是京津冀大气污染传输通道城市，包括北京市，天津市，河北省的石家庄、
唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台、邯郸市，山西省的太原、阳泉、长治、晋城市，
山东省的济南、淄博、济宁、德州、聊城、滨州、菏泽市，河南省的郑州、开封、安阳、
鹤壁、新乡、焦作、濮阳）
笔者的回答是——不知道。因为按理说越便宜越好，但是因为不了解气的价格体系以及除了烧气热效率能够达到90%以上（实际这数谦虚了）以上我什么都不了解了。
言归正传*3
刚刚说了，燃气供热的效率非常高，不考虑供热管道的损失，燃气锅炉效率可以在90%以上；而用电一般效率就是电厂发电+线路传输损耗，最高最高也就不到40%，而且还有更多的中间环节。
所以即便是气价再与汽油接轨，煤改电也比煤改气贵。
在进入正题之前，煤炉、煤改气、煤改电到底分别长什么样呢？先找几张煤改气的图吧。
煤炉是这样的：
（图片来源：自拍）
改气以后是这样：
（图片来源：网络）
改电以后是这样的：
（图片来源：自拍）
好了，我们现在明白了，其实改也就改到老百姓家门口实际上，以及家里的主设备，我们看到的是，家里暖气片是不用改的。
改电依然是这样，本人有幸今年走访了位于北京房山区的一家煤改电户：
（图片来源：自拍）
暖气片是没区别的……
然而，电采暖最早的时候有一种电锅炉，我去调研的时候看到的是这样的：
（图片来源：自拍）
话说这种纯纯的电锅炉，我当时看到的时候心里几百只xx马跑过，看起来就是坑爹的玩儿——纯电加热水循环，想想得有多费电，后来问果然说废弃了，用了一年，太耗电用不起——这不就是个电阻丝拿铁皮包了包吗？
后来统一改成了下面这种，叫做空气源热泵的东西。
（图片来源：自拍）
（图片来源：自拍）
(照片有限重复出现标记)
一个事实是，空气源热泵比较省电。
原理简单，就是卡诺热机、空调、逆卡诺……简单的说，就是吸收空气中的热量给水加温，1kW基本上能输出4kW的热能。去老百姓家问了问，这玩儿还可以，因为电费是0.1元/度，用着也比较安心，还算暖和。基本上一家一百多平，配置4kW，或者最多6kW足够了（有些屋子长期不住人，还能关掉一部分）。
再来个大外观：
（图片来源：自拍）
煤改电对于农村家庭来说基本上改造也一样就是在最前端加一套设备。
但是不管对于改气、改电，需要大量基础设施的投资，比如管道、电力设施。
（图片来源：自拍）
（图片来源：百度）
这才是要真正花钱的地方——电力设施的改造，但是电力设施的改造到底需要多少钱呢？
现在开始真正的学术时间！
首先，电采暖有三种主要模式：直热式、蓄热式、热泵（空气源、地源）。
刚才我们说到了，如果采用目前北京地区煤改电用的最好的空气源热泵，1户改造=4kW。
原来老百姓家基本上容量配置是一户3kW-5kW左右，也就是安装了空气源热泵涨了一倍以上的容量，达到7-9kW。
那按照目前的计划——“2+26”城市完成以电代煤、以气代煤300万户以上。其中，北京市30万户、天津市29万户、河北省180万户、山西省39万户、山东省35万户、河南省42万户。
粗算一下：300万户X4kW=1200万千瓦。
按照单位造价3000～4000元估算，电网方面电力设施投资差不多需要1200X3000~4000元/kW=360~480亿元。
显然不是，这里肯定是要引入“同时率”的概念——同时率是表征电力负荷特性的重要参数，合理选取同时率是进行电力负荷预测的重要环节之一。
在电力系统负荷预测中，负荷的最大值之和总是大于和的最大值，这是由于各个用户不可能
同时在一个时刻达到用电量的最大值，反映这一个不等关系的系数就称为同时率，也就是同
时率是电力系统综合最高负荷与电力系统各组成单位的绝对最高负荷之和的比例。
所以说，如果一家装了煤改电设备，功率4kW，那么他们家新增功率就是4kW。但是如果两家装了，则有可能因为两家生活习惯的差异导致暖气并不一定同时开。如果是10家、100家、1000家、10000家，该怎么算呢？
我们决定采用蒙特卡洛法做个尝试。
蒙特·卡罗方法（Monte Carlo method），也称统计模拟方法，是二十世纪四十年代中期
由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类
非常重要的数值计算方法。是指使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题
的方法。与它对应的是确定性算法。蒙特·卡罗方法在金融工程学，宏观经济学，计算物理
学（如粒子输运计算、量子热力学计算、空气动力学计算）等领域应用广泛。
我们先看这张图，没错……实测数据，9月的负荷和11月开始供暖的负荷差就这么大……这是一台原来100kW，经过煤改电改造成315kW的变压器，从30kW左右最高跳到220kW。
蒙特洛卡算法做10000户，我们机器跑不起来，所以只能做蒙特卡洛仿真100个用户的数据。
此时空气源热泵的同时率约为0.73。
如果我们按照城区、城乡结合、偏远农村偏远山区去做分析，经过简单处理后的煤改电负荷如下：
按照不同地区人的出行习惯、作息方式选取不同的参数得到的蒙特卡洛仿真结果：
中间过程我们就不多说了，最后取得的得到这么一个符合煤改电的用电特点结论：
（1）根据实测数据和仿真结果分析，城区最大负荷同时率要大于城乡结合部和农村，约为1.4~1.7倍之间；城乡结合部最大负荷同时率大于偏远农村地区同时率，偏远平原农村同时率略大于山区农村同时率。主要是和城乡居民的工作生活规律相关，导致城市居民采暖时刻更为集中。
（2）在“煤改电”实际实施过程中，每户配置采暖设备额定功率不是一个恒定的值，按照户均80-100平米测算，每户配置空气源热泵约为4kW左右，因此按照实际设备平均功率测算同时率约为0.45~0.75之间，其中，城区可按照0.7选取，其他地区可按0.5选取。
本次电采暖的对象更多的是非城区范围（城区分散烧煤实际已经不多了）。则我们可以得到在局部（一个村）的新增设备同时率取值大约为0.5比较合适，也就是说：
1.如果这300万用户全换成空气源热泵，大概有1200万千瓦的计算负荷，大概他们在整个地区会提升不超过600万千瓦的瞬时负荷。
2.如果按照电网提升600万负荷来考虑，大概电网投资在150~200亿是合理的。（不含终端，只算电网，这里面有个小问题就是我们只算了100户，如果算1万户、10万户的功率曲线，可能会稍有变化，计算量有点大，自己的笔记本跑不动，我们觉得可能其实差不是太多）
3这些负荷基本上只持续4个月（实际就是不到一年的1/3）,效率不是太高（这部分容量利用小时也就是1500小时），对电网这200亿的投入实际上是非常不划算。
负荷时间短，投资规模巨大，可见，煤改电在北方地区的推广需要政策支撑。
目前，以北京地区为代表，一些地方政府出台了相关政策补贴电网投资。例如，北京、山西太原10千伏及以下配套补贴30%，天津按照每户2800元补贴，山西阳泉、晋城、长治等地也有一定的补贴，但是注意目前其他地方统统木有！
还有一个很重要的因素，就是煤改电后期运行费用，首先没有政策肯定是用不起的！目前一些地方主要靠执行峰谷电价、政府补贴的方式来减低居民用电成本，我们从网上捋了捋一些地方政府出台政策：
在国家层面，2017年9月19日，一个关系着能不能用得起清洁供暖的文件出台，国家发改委印发北方地区清洁供暖价格政策意见。
要求按照“企业为主、政府推动、居民可承受”的方针，建立有利于清洁供暖价格机制，综合运用完善峰谷价格、阶梯价格，扩大市场化交易等价格支持政策，促进北方地区加快实现清洁供暖，正式拉开北方地区清洁供暖价格政策落地的序幕。
针对煤改电电价政策，这个文件提出了三大法宝，具体内容可去发改委网站上找：
一、是分时电价机制，也就是现在一些地方采取的峰谷电价政策。
二、是优化阶梯电价政策，目前开展煤改电地区基本上都取消执行阶梯电价。
三、是开展市场化交易，目前基本集中在前两个措施，第三个措施如何实行还需拭目以待。
基本上我们对煤改电这件事儿，有这么几个想法。
首先，改电的建设成本和运营成本都比较高，对于大城市比如北京应该有市场，其它地区，目前来看电网企业改造的确负担有点重，老百姓负担也有点重，政府负担也有点重。
其次，考虑可能的没有气的情况，改电的确靠谱一些，其实局部改电，电、气结合也许是可以实施的，完全值得研究。
第三，按照蒙特卡洛方法去仿真后说明，并不是按照每户新增的负荷去算投资，电网建设实际上能够计算出来打个折。这是本篇比较有技术含量的一部分分析，有兴趣可以探讨。
第四，匆匆写完以后今天和一个好朋友探讨这个问题的时候提出了我的另外几个观点：
-
煤改电的成本是电网建设成本，是否应该纳入输配电价核算；
-
第二，煤改电实施后是否真的可以受益于电力体制改革，现货市场的推进，也许过一两年，低谷电价真的降到几分钱了呢？
