前言

   2001年9月在北京召開了“天然氣夏季應用研討會”，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。成為燃氣發展的主要障礙。隨著可持續發展戰略和西部開發的實施，“西氣東輸工程”、“俄氣南供”、進口液化天然氣等項目的開發，我國燃氣供應量將越做越大。同時，隨著居民生活水平的提高，電力空調系統夏季負荷也逐年加大，為滿足夏季空調用電的需求，全國規模的城鄉電網改造也全面實施。而空調用電集中在夏季用電高峰期，導致電力設備年負荷利用小時數逐年降低，電廠效益下降。發展燃氣作為能源的空調將為平衡燃氣和電力系統的峰谷差有著深遠的意義。

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

1 戶式燃氣空調技術特點

1.1 戶式燃氣空調機組成和特點

　 燃氣空調機系統主要由燃燒器、加熱器、冷凝器、吸收器和蒸發器等組成。與傳統機電空調產品相比，燃氣空調機具有低能耗、高可靠性、多功能、易管理、長壽命的優點。由于燃氣空調機不以電為能源，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用，減少燃煤發電造成的污染，具有巨大的社會效益和環境效益。

　　燃氣空調機采用燃氣吸收式熱泵技術，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。系統沒有轉動部件，維修量小，保養費用低。在各種制冷技術中，它的能量轉換途徑最短，能效比高，其運行成本比用電低20%，每戶均可以調制解調器與全市控制中心相連，以隨時監控其運行狀態。

1.2 戶式燃氣空調機工作原理^[3]

　燃氣空調機工作原理如圖1^[1]所示。制冷劑于蒸發器3內，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），此溶液在循環泵6的作用下經熱交換器7送入加熱器1中；在加熱器1從外部吸收熱量Q_b使制冷劑蒸發而分離出去，余下的濃吸收劑經熱交換器7、減壓閥5返回到吸收器4中；在發生器里發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，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和氣態，通過這一循環過程，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 燃氣供應系統負荷特點

2.1 燃氣供應系統季節性負荷特點分析

　　燃氣用戶單位時間對燃氣的應用即形成燃氣負荷。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、建筑物裝置用氣設備的情況等。從燃氣用戶的不均勻曲線上表現出的情況看,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供需平衡。

2.2 調節燃氣供需平衡的方法^{[8] [9]}

　　調節燃氣供需平衡的方法有：

　　（1） 改變氣源的生產能力設置機動氣源

　　采用改變氣源的生產能力設置機動氣源，必須考慮氣源運轉、停止的難易程度、氣源生產負荷變化的可能性和變化幅度。還應考慮供氣的安全可靠和技術經濟合理性。當用氣城市距天然氣產地不太遠時可采用調節氣井供應量的辦法平衡季節性不均勻用氣。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，調節范圍也受到輸氣距離的限制。設置機動氣源會造成設備閑置，技術經濟性不好。

　　（2） 利用儲氣設施平衡不均勻用氣

　　儲氣設施的計算需要以負荷變化作為依據。

　　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（）；
　　　　Ｑy－年用氣量（）；
－月高峰系數；一般取1.1～1.3
－日高峰系數；一般取1.05～1.2
－小時高峰系數。一般取2.2～3.3

　　以圖2所示城市燃氣負荷變化關系,計算居民用戶小時計算流量情況如表1所示,根據計算流量確定冬、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施進行儲存。常用的儲氣設施有地下儲氣、液態儲氣、管道儲氣和儲氣罐儲氣。每種儲氣設施雖然各有優點但只適用于大量儲氣的管網系統，否則均不同程度存在設備投資大、運行維護費用高、管理施工技術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。如圖3^[5]所示我國發電設備年平均利用小時數的逐年降低說明電力系統的峰谷差值亦需要有效途徑平衡。應用此方法可在不改變氣源的生產能力的情況下，有效利用長輸管線的輸氣能力，不必設置機動氣源，減小儲氣設施規模。用燃氣空調又可替代電空調器，大量節省電能，平衡夏季用電負荷，減少能源浪費。燃氣供應系統負荷與電力系統負荷季節性峰谷變化正相反，從而可以有效提高能源利用率。

3 戶式空調發展及其對電力系統的影響

3.1 戶式空調機現狀

　　我國住宅建筑發展迅速，2000年城鎮住宅人均面積達20平方米，隨著居住條件的改善人們對居住環境熱舒適要求越來越高，住宅空調以極快的速度發展，尤其是在經濟發達的城市，空調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夏季氣溫持續偏高，東北、華北地區夏季氣溫也有逐年提高的趨勢，我國對家用空調機的需求量穩步增長。統計顯示，全國城鎮每百戶居民空調機擁有率由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、重慶等沿海發達地區每百戶居民空調機擁有率均已超過100%，深圳的家用空調機擁有率已達170%。另外,一些舊有公共建筑的改建或裝修中也增加了空調系統。中小規模的銀行、商店、飯店、娛樂場所和營業性辦公室柜式空調的普及率幾乎達到100%。^{[6] [7]}從以上數據可以看出我國居民家用空調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，我國家用空調機消費熱將持續下去。

3.2 戶式空調機發展預測

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

3.3 戶式空調機對電力系統的影響

　　我國是一個經濟發展較快，電力基礎相對薄弱的發展中大國。電力隨著綜合國力的提高有了長足發展，出現了低水平、暫時性的供求緩和。但是電力的增長仍滿足不了國民經濟的快速發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制冷的裝機容量約為200x10⁴Rt,夏季空調及制冷用電量約占全市總用電量的15%-20%。隨著申奧成功，空調將會發展的更快，預計北京市每年增加空調制冷能力約為50 x10⁴Rt,增加空調制冷電功率約40 萬千瓦。據預測，未來5年我國家用空調的總負荷將達到18000萬千瓦，如果全部使用電空調機，需要7000萬千瓦電力，占我國發電能力的20%。

　　其次，我國電力供應存在結構上的不合理現象即峰電不足、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。電力系統高峰負荷時，電力負荷幾乎接近電力容量的極限，空調系統的用電季節性特點更增加了電力系統的峰谷差。雖然電力系統通過調峰機組，有些城市采用峰谷電價等技術措施來平衡負荷，但其對季節性負荷的調節作用并不很理想。另一方面，電力低谷負荷時，電力系統調節的技術性和經濟性又受到很大影響。
 

　　從節電、節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，使用燃氣空調就是一種可行的辦法。

4 結論

　　燃氣空調器的應用有利于改善城市的能源結構，提高發電效率，降低燃氣成本。燃氣空調器是一種穩定的天然氣消耗設備，用氣高峰在冬季，城市電力系統、燃氣供需峰谷差具有良好的互補性，燃氣空調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，緩解燃氣消耗季節性不平衡問題，提高燃氣管網的利用率。

參考文獻

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　　（2）段常貴主編.燃氣輸配（第三版）.北京:中國建筑工業出版社, 2001
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　　（4）嚴銘卿等. 煤氣與熱力,2002,22（5）:400-404
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　　（7）李先瑞,任莉. 煤氣與熱力,2001,21（1）:51-53
　　（8）劉軍,劉微.煤氣與熱力,2002,22（1）:39-41
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