户式燃气空调及对燃气和电力系统调峰的影响分析

户式燃气空调及对燃气和电力系统调峰的影响分析绿色建筑博客(L"g pc'`(B'U E

论文作者：wangchunqing

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前言

　　2001年9月在北京召开了“天然气夏季应用研讨会”，主要解决北京市燃气冬夏季严重不均衡问题。目前情况是冬季燃气使用量是夏季的4-5倍。成为燃气发展的主要障碍。随着可持续发展战略和西部开发的实施，“西气东输工程”、“俄气南供”、进口液化天然气等项目的开发，我国燃气供应量将越做越大。同时，随着居民生活水平的提高，电力空调系统夏季负荷也逐年加大，为满足夏季空调用电的需求，全国规模的城乡电网改造也全面实施。而空调用电集中在夏季用电高峰期，导致电力设备年负荷利用小时数逐年降低，电厂效益下降。发展燃气作为能源的空调将为平衡燃气和电力系统的峰谷差有着深远的意义。

　　燃气空调是以燃烧天然气作为能源，以溴化锂作为介质的空调，它既可提供制冷，又可供暖及供应生活热水。其自20世纪60年代末正式登上空调制冷技术舞台以来，得到了迅猛发展。20世纪90年代以来，我国燃气空调技术发展迅速，以远大空调公司为首的各空调公司大力开发燃气溴化锂吸收式冷热水机组（简称直燃机）并于2000年开发成功了户式燃气空调机。可以预见，在未来数年间，随着“第二代能源系统”发展，户式燃气空调机将进入亿万家庭来满足降温、取暖和卫生要求。

1户式燃气空调技术特点

1.1户式燃气空调机组成和特点绿色建筑博客!u0dhz!V-V

　　燃气空调机系统主要由燃烧器、加热器、冷凝器、吸收器和蒸发器等组成。与传统机电空调产品相比，燃气空调机具有低能耗、高可靠性、多功能、易管理、长寿命的优点。由于燃气空调机不以电为能源，对于削减夏季高峰电力，提高夏季低谷燃气负荷率，扩大燃气等清洁能源的应用，减少燃煤发电造成的污染，具有巨大的社会效益和环境效益。

　　燃气空调机采用燃气吸收式热泵技术，即可以夏季制冷又可以冬季制热，最高水温可达９５℃，即使在-５℃以下，制热功能也不会降低或丧失。系统没有转动部件，维修量小，保养费用低。在各种制冷技术中，它的能量转换途径最短，能效比高，其运行成本比用电低20%，每户均可以调制解调器与全市控制中心相连，以随时监控其运行状态。

1.2户式燃气空调机工作原理^[3]

　　燃气空调机工作原理如图1^[1]所示。制冷剂于蒸发器3内，从低温热源吸收热量Q₀后变成低压蒸汽，然后进入吸收器4被来自加热器1的浓缩吸收剂吸收（稀工作溶液），与此同时向外放出热量Q_a；离开吸收器的溶液由于吸收了制冷剂而成为稀吸收剂溶液（浓工作溶液），此溶液在循环泵6的作用下经热交换器7送入加热器1中；在加热器1从外部吸收热量Q_b使制冷剂蒸发而分离出去，余下的浓吸收剂经热交换器7、减压阀5返回到吸收器4中；在发生器里发生的制冷剂蒸汽到冷凝器2向外放出热量Q₁后冷凝成液态，它通过减压阀5使其从高压P₁减至低压P₂,此时制冷剂变成了液态和气态，通过这一循环过程，热泵可以从能量有限的低温热源处吸取热量Q₀，导致此处温度下降，起到制冷作用。在冬季，可关断冷凝器中的冷却水，高温蒸气加热空气加热器起到制热作用。绿色建筑博客8V8}2T8Z+u

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2燃气供应系统负荷特点

2.1燃气供应系统季节性负荷特点分析

　　燃气用户单位时间对燃气的应用即形成燃气负荷。在研究燃气负荷时，主要研究的是居民用户的负荷变化情况。某城市的全年负荷变化情况见图2^[4]。从曲线变化上可以看出燃气的需用工况是不均匀的，随季节而变化，居民用户的用气不均匀性取决于很多因素，如气候条件、居民生活水平及生活习惯、建筑物装置用气设备的情况等。从燃气用戶的不均匀曲线上表现出的情况看,夏季7、8、9三个月燃气负荷最小，而冬、夏季日用气负荷峰谷差高达13万m³·d^-1。但一般燃气气源的供应量是均匀的，不可能随需用工况而变化。为解决均匀供气与不均匀耗气之间的矛盾，不间断地向用户供应燃气，保证各类燃气用户有足够的流量和正常压力的燃气，必须采取合适的方法使燃气系统供需平衡。绿色建筑博客zTf!t IX Bl

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2.2调节燃气供需平衡的方法^{[8] [9]}

　　调节燃气供需平衡的方法有：

　　（1） 改变气源的生产能力设置机动气源绿色建筑博客*KSe5XA:[#e"He il2R

　　采用改变气源的生产能力设置机动气源，必须考虑气源运转、停止的难易程度、气源生产负荷变化的可能性和变化幅度。还应考虑供气的安全可靠和技术经济合理性。当用气城市距天然气产地不太远时可采用调节气井供应量的办法平衡季节性不均匀用气。但对于长距离输气管线，此方法并不可行，长输管线利用率低，调节范围也受到输气距离的限制。设置机动气源会造成设备闲置，技术经济性不好。绿色建筑博客;i2x(sCq

　　（2） 利用储气设施平衡不均匀用气绿色建筑博客
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　　储气设施的计算需要以负荷变化作为依据。

　　按文献[2]计算方法，取计算月小时最大流量，计算公式为：

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　　式中Ｑ－计算流量（）；
/quho5} ^N.yZY0　　　　Ｑy－年用气量（）；
'[ [wA.h0q9R0－月高峰系数；一般取1.1～1.3绿色建筑博客S-a[K? BQ
－日高峰系数；一般取1.05～1.2绿色建筑博客}F5M#E*|lF;KS)^
－小时高峰系数。一般取2.2～3.3

　　以图2所示城市燃气负荷变化关系,计算居民用户小时计算流量情况如表1所示,根据计算流量确定冬、夏季高峰月用气负荷差值为540万m³。冬夏季供需气量的差值必须采用的储气设施进行储存。常用的储气设施有地下储气、液态储气、管道储气和储气罐储气。每种储气设施虽然各有优点但只适用于大量储气的管网系统，否则均不同程度存在设备投资大、运行维护费用高、管理施工技术难以满足要求的缺点。绿色建筑博客E#m1}ffs;t

表1居民用户小时计算流量万m³/h绿色建筑博客z-f.Q#HG

　　（3） 夏季低谷负荷时将燃气供给缓冲用户绿色建筑博客w;N5a8x!@~:n

　　利用缓冲用户如燃气空调。如图3^[5]所示我国发电设备年平均利用小时数的逐年降低说明电力系统的峰谷差值亦需要有效途径平衡。应用此方法可在不改变气源的生产能力的情况下，有效利用长输管线的输气能力，不必设置机动气源，减小储气设施规模。用燃气空调又可替代电空调器，大量节省电能，平衡夏季用电负荷，减少能源浪费。燃气供应系统负荷与电力系统负荷季节性峰谷变化正相反，从而可以有效提高能源利用率。绿色建筑博客[!m+Y/j#{$X \'G^tT

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3户式空调发展及其对电力系统的影响

3.1户式空调机现状

　　我国住宅建筑发展迅速，2000年城镇住宅人均面积达20平方米，随着居住条件的改善人们对居住环境热舒适要求越来越高，住宅空调以极快的速度发展，尤其是在经济发达的城市，空调几乎成为人们生活中的必需品。加之全球气候变暖，我国华东、华南和中西部广大地区夏季气温持续偏高，东北、华北地区夏季气温也有逐年提高的趋势，我国对家用空调机的需求量稳步增长。统计显示，全国城镇每百户居民空调机拥有率由1994年的5台上升到1999年的24.48台，2000年达到69.6台。北京、天津、上海、广州、深圳、重庆等沿海发达地区每百户居民空调机拥有率均已超过100%，深圳的家用空调机拥有率已达170%。另外,一些旧有公共建筑的改建或装修中也增加了空调系统。中小规模的银行、商店、饭店、娱乐场所和营业性办公室柜式空调的普及率几乎达到100%。^{[6] [7]}从以上数据可以看出我国居民家用空调机拥有率有了很大提高，随着全球气候变暖，居民居住条件的改善，我国家用空调机消费热将持续下去。绿色建筑博客:M8xi'ON*mqJ

3.2户式空调机发展预测绿色建筑博客"EH3^7O3bp
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　　实际上从全国来看，户式空调机的普及率和人均住宅制冷量相对较低，特别是经济相对落后的省份，家用空调机的拥有率还处在一个非常低的水平，即使是在上海等发达地区，农村每百户居民空调机拥有率也仅为8%。我国城市整体住宅水平仍然不高，根据规划，2005年我国人均住宅面积将达到22平方米，新增城镇住宅27亿平方米。居住面积的增加，空调能耗将随之增加。我国东北地区夏季气温逐年提高，西部广大地区夏季非常炎热，随着西部大开发战略的实施，西部人民生活水平的提高，东北和西部地区对家用空调机的需用量将稳步增长。根据各方面的预测，到2005年我国家用空调机的年增长率可达15%以上。绿色建筑博客wib UXJ7e

3.3户式空调机对电力系统的影响

　　我国是一个经济发展较快，电力基础相对薄弱的发展中大国。电力随着综合国力的提高有了长足发展，出现了低水平、暂时性的供求缓和。但是电力的增长仍满足不了国民经济的快速发展和人民生活用电急剧增长的需要，全国电力紧张状况日渐恶化。绿色建筑博客-eQ_k~px:g

　　首先，我国大中城市居民生活用电比重普遍上升。以北京为例，1999年北京市公共建筑空调制冷的装机容量约为200x10⁴Rt,夏季空调及制冷用电量约占全市总用电量的15%-20%。随着申奥成功，空调将会发展的更快，预计北京市每年增加空调制冷能力约为50 x10⁴Rt,增加空调制冷电功率约40万千瓦。据预测，未来5年我国家用空调的总负荷将达到18000万千瓦，如果全部使用电空调机，需要7000万千瓦电力，占我国发电能力的20%。绿色建筑博客9C4LB
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　　其次，我国电力供应存在结构上的不合理现象即峰电不足、谷电有余。以上海为例，如图4^[5]所示，2000年其用电峰谷差达434.6万kWh。电力系统高峰负荷时，电力负荷几乎接近电力容量的极限，空调系统的用电季节性特点更增加了电力系统的峰谷差。虽然电力系统通过调峰机组，有些城市采用峰谷电价等技术措施来平衡负荷，但其对季节性负荷的调节作用并不很理想。另一方面，电力低谷负荷时，电力系统调节的技术性和经济性又受到很大影响。

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　　从节电、节能的角度讲寻找一种合适的能源来替代一部分用电高峰时的用电量非常必要，使用燃气空调就是一种可行的办法。

4结论

　　燃气空调器的应用有利于改善城市的能源结构，提高发电效率，降低燃气成本。燃气空调器是一种稳定的天然气消耗设备，用气高峰在冬季，城市电力系统、燃气供需峰谷差具有良好的互补性，燃气空调器不仅能够削减电力高峰负荷，减少电力投资，也能对燃气起到添谷的作用，缓解燃气消耗季节性不平衡问题，提高燃气管网的利用率。绿色建筑博客"i2nvl2jE^q

参考文献

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