前言

   2001年9月在北京召開了“天然氣夏季應(yīng)用研討會”，主要解決北京市燃氣冬夏季嚴重不均衡問題。目前情況是冬季燃氣使用量是夏季的4-5倍。成為燃氣發(fā)展的主要障礙。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和西部開發(fā)的實施，“西氣東輸工程”、“俄氣南供”、進口液化天然氣等項目的開發(fā)，我國燃氣供應(yīng)量將越做越大。同時，隨著居民生活水平的提高，電力空調(diào)系統(tǒng)夏季負荷也逐年加大，為滿足夏季空調(diào)用電的需求，全國規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造也全面實施。而空調(diào)用電集中在夏季用電高峰期，導致電力設(shè)備年負荷利用小時數(shù)逐年降低，電廠效益下降。發(fā)展燃氣作為能源的空調(diào)將為平衡燃氣和電力系統(tǒng)的峰谷差有著深遠的意義。

   燃氣空調(diào)是以燃燒天然氣作為能源，以溴化鋰作為介質(zhì)的空調(diào)，它既可提供制冷，又可供暖及供應(yīng)生活熱水。其自20世紀60年代末正式登上空調(diào)制冷技術(shù)舞臺以來，得到了迅猛發(fā)展。20世紀90年代以來，我國燃氣空調(diào)技術(shù)發(fā)展迅速，以遠大空調(diào)公司為首的各空調(diào)公司大力開發(fā)燃氣溴化鋰吸收式冷熱水機組（簡稱直燃機）并于2000年開發(fā)成功了戶式燃氣空調(diào)機?？梢灶A(yù)見，在未來數(shù)年間，隨著“第二代能源系統(tǒng)”發(fā)展，戶式燃氣空調(diào)機將進入億萬家庭來滿足降溫、取暖和衛(wèi)生要求。

1 戶式燃氣空調(diào)技術(shù)特點

1.1 戶式燃氣空調(diào)機組成和特點

　 燃氣空調(diào)機系統(tǒng)主要由燃燒器、加熱器、冷凝器、吸收器和蒸發(fā)器等組成。與傳統(tǒng)機電空調(diào)產(chǎn)品相比，燃氣空調(diào)機具有低能耗、高可靠性、多功能、易管理、長壽命的優(yōu)點。由于燃氣空調(diào)機不以電為能源，對于削減夏季高峰電力，提高夏季低谷燃氣負荷率，擴大燃氣等清潔能源的應(yīng)用，減少燃煤發(fā)電造成的污染，具有巨大的社會效益和環(huán)境效益。

　　燃氣空調(diào)機采用燃氣吸收式熱泵技術(shù)，即可以夏季制冷又可以冬季制熱，最高水溫可達９５℃，即使在-５℃以下，制熱功能也不會降低或喪失。系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)動部件，維修量小，保養(yǎng)費用低。在各種制冷技術(shù)中，它的能量轉(zhuǎn)換途徑最短，能效比高，其運行成本比用電低20%，每戶均可以調(diào)制解調(diào)器與全市控制中心相連，以隨時監(jiān)控其運行狀態(tài)。

1.2 戶式燃氣空調(diào)機工作原理^[3]

　燃氣空調(diào)機工作原理如圖1^[1]所示。制冷劑于蒸發(fā)器3內(nèi)，從低溫熱源吸收熱量Q₀后變成低壓蒸汽，然后進入吸收器4被來自加熱器1的濃縮吸收劑吸收（稀工作溶液），與此同時向外放出熱量Q_a；離開吸收器的溶液由于吸收了制冷劑而成為稀吸收劑溶液（濃工作溶液），此溶液在循環(huán)泵6的作用下經(jīng)熱交換器7送入加熱器1中；在加熱器1從外部吸收熱量Q_b使制冷劑蒸發(fā)而分離出去，余下的濃吸收劑經(jīng)熱交換器7、減壓閥5返回到吸收器4中；在發(fā)生器里發(fā)生的制冷劑蒸汽到冷凝器2向外放出熱量Q₁后冷凝成液態(tài)，它通過減壓閥5使其從高壓P₁減至低壓P₂,此時制冷劑變成了液態(tài)和氣態(tài)，通過這一循環(huán)過程，熱泵可以從能量有限的低溫熱源處吸取熱量Q₀，導致此處溫度下降，起到制冷作用。在冬季，可關(guān)斷冷凝器中的冷卻水，高溫蒸氣加熱空氣加熱器起到制熱作用。

2 燃氣供應(yīng)系統(tǒng)負荷特點

2.1 燃氣供應(yīng)系統(tǒng)季節(jié)性負荷特點分析

　　燃氣用戶單位時間對燃氣的應(yīng)用即形成燃氣負荷。在研究燃氣負荷時，主要研究的是居民用戶的負荷變化情況。某城市的全年負荷變化情況見圖2^[4]。從曲線變化上可以看出燃氣的需用工況是不均勻的，隨季節(jié)而變化，居民用戶的用氣不均勻性取決于很多因素，如氣候條件、居民生活水平及生活習慣、建筑物裝置用氣設(shè)備的情況等。從燃氣用戶的不均勻曲線上表現(xiàn)出的情況看,夏季7、8、9三個月燃氣負荷最小，而冬、夏季日用氣負荷峰谷差高達13萬m³·d^-1。但一般燃氣氣源的供應(yīng)量是均勻的，不可能隨需用工況而變化。為解決均勻供氣與不均勻耗氣之間的矛盾，不間斷地向用戶供應(yīng)燃氣，保證各類燃氣用戶有足夠的流量和正常壓力的燃氣，必須采取合適的方法使燃氣系統(tǒng)供需平衡。

2.2 調(diào)節(jié)燃氣供需平衡的方法^{[8] [9]}

　　調(diào)節(jié)燃氣供需平衡的方法有：

　?。?） 改變氣源的生產(chǎn)能力設(shè)置機動氣源

　　采用改變氣源的生產(chǎn)能力設(shè)置機動氣源，必須考慮氣源運轉(zhuǎn)、停止的難易程度、氣源生產(chǎn)負荷變化的可能性和變化幅度。還應(yīng)考慮供氣的安全可靠和技術(shù)經(jīng)濟合理性。當用氣城市距天然氣產(chǎn)地不太遠時可采用調(diào)節(jié)氣井供應(yīng)量的辦法平衡季節(jié)性不均勻用氣。但對于長距離輸氣管線，此方法并不可行，長輸管線利用率低，調(diào)節(jié)范圍也受到輸氣距離的限制。設(shè)置機動氣源會造成設(shè)備閑置，技術(shù)經(jīng)濟性不好。

　?。?） 利用儲氣設(shè)施平衡不均勻用氣

　　儲氣設(shè)施的計算需要以負荷變化作為依據(jù)。

　　按文獻[2] 計算方法，取計算月小時最大流量，計算公式為：

 （1）

　　式中Ｑ－計算流量（）；
　　　?。褃－年用氣量（）；
－月高峰系數(shù)；一般取1.1～1.3
－日高峰系數(shù)；一般取1.05～1.2
－小時高峰系數(shù)。一般取2.2～3.3

　　以圖2所示城市燃氣負荷變化關(guān)系,計算居民用戶小時計算流量情況如表1所示,根據(jù)計算流量確定冬、夏季高峰月用氣負荷差值為540萬m³。冬夏季供需氣量的差值必須采用的儲氣設(shè)施進行儲存。常用的儲氣設(shè)施有地下儲氣、液態(tài)儲氣、管道儲氣和儲氣罐儲氣。每種儲氣設(shè)施雖然各有優(yōu)點但只適用于大量儲氣的管網(wǎng)系統(tǒng)，否則均不同程度存在設(shè)備投資大、運行維護費用高、管理施工技術(shù)難以滿足要求的缺點。

　　（3） 夏季低谷負荷時將燃氣供給緩沖用戶

　　利用緩沖用戶如燃氣空調(diào)。如圖3^[5]所示我國發(fā)電設(shè)備年平均利用小時數(shù)的逐年降低說明電力系統(tǒng)的峰谷差值亦需要有效途徑平衡。應(yīng)用此方法可在不改變氣源的生產(chǎn)能力的情況下，有效利用長輸管線的輸氣能力，不必設(shè)置機動氣源，減小儲氣設(shè)施規(guī)模。用燃氣空調(diào)又可替代電空調(diào)器，大量節(jié)省電能，平衡夏季用電負荷，減少能源浪費。燃氣供應(yīng)系統(tǒng)負荷與電力系統(tǒng)負荷季節(jié)性峰谷變化正相反，從而可以有效提高能源利用率。

3 戶式空調(diào)發(fā)展及其對電力系統(tǒng)的影響

3.1 戶式空調(diào)機現(xiàn)狀

　　我國住宅建筑發(fā)展迅速，2000年城鎮(zhèn)住宅人均面積達20平方米，隨著居住條件的改善人們對居住環(huán)境熱舒適要求越來越高，住宅空調(diào)以極快的速度發(fā)展，尤其是在經(jīng)濟發(fā)達的城市，空調(diào)幾乎成為人們生活中的必需品。加之全球氣候變暖，我國華東、華南和中西部廣大地區(qū)夏季氣溫持續(xù)偏高，東北、華北地區(qū)夏季氣溫也有逐年提高的趨勢，我國對家用空調(diào)機的需求量穩(wěn)步增長。統(tǒng)計顯示，全國城鎮(zhèn)每百戶居民空調(diào)機擁有率由1994年的5臺上升到1999年的24.48臺，2000年達到69.6臺。北京、天津、上海、廣州、深圳、重慶等沿海發(fā)達地區(qū)每百戶居民空調(diào)機擁有率均已超過100%，深圳的家用空調(diào)機擁有率已達170%。另外,一些舊有公共建筑的改建或裝修中也增加了空調(diào)系統(tǒng)。中小規(guī)模的銀行、商店、飯店、娛樂場所和營業(yè)性辦公室柜式空調(diào)的普及率幾乎達到100%。^{[6] [7]}從以上數(shù)據(jù)可以看出我國居民家用空調(diào)機擁有率有了很大提高，隨著全球氣候變暖，居民居住條件的改善，我國家用空調(diào)機消費熱將持續(xù)下去。

3.2 戶式空調(diào)機發(fā)展預(yù)測

　　實際上從全國來看，戶式空調(diào)機的普及率和人均住宅制冷量相對較低，特別是經(jīng)濟相對落后的省份，家用空調(diào)機的擁有率還處在一個非常低的水平，即使是在上海等發(fā)達地區(qū)，農(nóng)村每百戶居民空調(diào)機擁有率也僅為8%。我國城市整體住宅水平仍然不高，根據(jù)規(guī)劃，2005年我國人均住宅面積將達到22平方米，新增城鎮(zhèn)住宅27億平方米。居住面積的增加，空調(diào)能耗將隨之增加。我國東北地區(qū)夏季氣溫逐年提高，西部廣大地區(qū)夏季非常炎熱，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，西部人民生活水平的提高，東北和西部地區(qū)對家用空調(diào)機的需用量將穩(wěn)步增長。根據(jù)各方面的預(yù)測，到2005年我國家用空調(diào)機的年增長率可達15%以上。

3.3 戶式空調(diào)機對電力系統(tǒng)的影響

　　我國是一個經(jīng)濟發(fā)展較快，電力基礎(chǔ)相對薄弱的發(fā)展中大國。電力隨著綜合國力的提高有了長足發(fā)展，出現(xiàn)了低水平、暫時性的供求緩和。但是電力的增長仍滿足不了國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活用電急劇增長的需要，全國電力緊張狀況日漸惡化。

　　首先，我國大中城市居民生活用電比重普遍上升。以北京為例，1999年北京市公共建筑空調(diào)制冷的裝機容量約為200x10⁴Rt,夏季空調(diào)及制冷用電量約占全市總用電量的15%-20%。隨著申奧成功，空調(diào)將會發(fā)展的更快，預(yù)計北京市每年增加空調(diào)制冷能力約為50 x10⁴Rt,增加空調(diào)制冷電功率約40 萬千瓦。據(jù)預(yù)測，未來5年我國家用空調(diào)的總負荷將達到18000萬千瓦，如果全部使用電空調(diào)機，需要7000萬千瓦電力，占我國發(fā)電能力的20%。

　　其次，我國電力供應(yīng)存在結(jié)構(gòu)上的不合理現(xiàn)象即峰電不足、谷電有余。以上海為例，如圖4^[5]所示，2000年其用電峰谷差達434.6萬kWh。電力系統(tǒng)高峰負荷時，電力負荷幾乎接近電力容量的極限，空調(diào)系統(tǒng)的用電季節(jié)性特點更增加了電力系統(tǒng)的峰谷差。雖然電力系統(tǒng)通過調(diào)峰機組，有些城市采用峰谷電價等技術(shù)措施來平衡負荷，但其對季節(jié)性負荷的調(diào)節(jié)作用并不很理想。另一方面，電力低谷負荷時，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的技術(shù)性和經(jīng)濟性又受到很大影響。
 

　　從節(jié)電、節(jié)能的角度講尋找一種合適的能源來替代一部分用電高峰時的用電量非常必要，使用燃氣空調(diào)就是一種可行的辦法。

4 結(jié)論

　　燃氣空調(diào)器的應(yīng)用有利于改善城市的能源結(jié)構(gòu)，提高發(fā)電效率，降低燃氣成本。燃氣空調(diào)器是一種穩(wěn)定的天然氣消耗設(shè)備，用氣高峰在冬季，城市電力系統(tǒng)、燃氣供需峰谷差具有良好的互補性，燃氣空調(diào)器不僅能夠削減電力高峰負荷，減少電力投資，也能對燃氣起到添谷的作用，緩解燃氣消耗季節(jié)性不平衡問題，提高燃氣管網(wǎng)的利用率。

參考文獻

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