前言

   2001年9月在北京召開了“天然氣夏季應(yīng)用研討會(huì)”，主要解決北京市燃?xì)舛募緡?yán)重不均衡問題。目前情況是冬季燃?xì)馐褂昧渴窍募镜?-5倍。成為燃?xì)獍l(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(shí)施，“西氣東輸工程”、“俄氣南供”、進(jìn)口液化天然氣等項(xiàng)目的開發(fā)，我國燃?xì)夤?yīng)量將越做越大。同時(shí)，隨著居民生活水平的提高，電力空調(diào)系統(tǒng)夏季負(fù)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(shí)施。而空調(diào)用電集中在夏季用電高峰期，導(dǎo)致電力設(shè)備年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)逐年降低，電廠效益下降。發(fā)展燃?xì)庾鳛槟茉吹目照{(diào)將為平衡燃?xì)夂碗娏ο到y(tǒng)的峰谷差有著深遠(yuǎn)的意義。

   燃?xì)饪照{(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(jì)60年代末正式登上空調(diào)制冷技術(shù)舞臺(tái)以來，得到了迅猛發(fā)展。20世紀(jì)90年代以來，我國燃?xì)饪照{(diào)技術(shù)發(fā)展迅速，以遠(yuǎn)大空調(diào)公司為首的各空調(diào)公司大力開發(fā)燃?xì)怃寤囄帐嚼錈崴畽C(jī)組（簡稱直燃機(jī)）并于2000年開發(fā)成功了戶式燃?xì)饪照{(diào)機(jī)?？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?xì)饪照{(diào)機(jī)將進(jìn)入億萬家庭來滿足降溫、取暖和衛(wèi)生要求。

1 戶式燃?xì)饪照{(diào)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 戶式燃?xì)饪照{(diào)機(jī)組成和特點(diǎn)

　 燃?xì)饪照{(diào)機(jī)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(jī)電空調(diào)產(chǎn)品相比，燃?xì)饪照{(diào)機(jī)具有低能耗、高可靠性、多功能、易管理、長壽命的優(yōu)點(diǎn)。由于燃?xì)饪照{(diào)機(jī)不以電為能源，對(duì)于削減夏季高峰電力，提高夏季低谷燃?xì)庳?fù)荷率，擴(kuò)大燃?xì)獾惹鍧嵞茉吹膽?yīng)用，減少燃煤發(fā)電造成的污染，具有巨大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

　　燃?xì)饪照{(diào)機(jī)采用燃?xì)馕帐綗岜眉夹g(shù)，即可以夏季制冷又可以冬季制熱，最高水溫可達(dá)９５℃，即使在-５℃以下，制熱功能也不會(huì)降低或喪失。系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，維修量小，保養(yǎng)費(fèi)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(yùn)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(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 戶式燃?xì)饪照{(diào)機(jī)工作原理^[3]

　燃?xì)饪照{(diào)機(jī)工作原理如圖1^[1]所示。制冷劑于蒸發(fā)器3內(nèi)，從低溫?zé)嵩次諢崃縌₀后變成低壓蒸汽，然后進(jìn)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(shí)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(shí)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?zé)嵩刺幬崃縌₀，導(dǎo)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?xì)夤?yīng)系統(tǒng)負(fù)荷特點(diǎn)

2.1 燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)季節(jié)性負(fù)荷特點(diǎn)分析

　　燃?xì)庥脩魡挝粫r(shí)間對(duì)燃?xì)獾膽?yīng)用即形成燃?xì)庳?fù)荷。在研究燃?xì)庳?fù)荷時(shí)，主要研究的是居民用戶的負(fù)荷變化情況。某城市的全年負(fù)荷變化情況見圖2^[4]。從曲線變化上可以看出燃?xì)獾男栌霉r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(xí)慣、建筑物裝置用氣設(shè)備的情況等。從燃?xì)庥脩舻牟痪鶆蚯€上表現(xiàn)出的情況看,夏季7、8、9三個(gè)月燃?xì)庳?fù)荷最小，而冬、夏季日用氣負(fù)荷峰谷差高達(dá)13萬m³·d^-1。但一般燃?xì)鈿庠吹墓?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?xì)?，保證各類燃?xì)庥脩粲凶銐虻牧髁亢驼毫Φ娜細(xì)猓仨毑扇『线m的方法使燃?xì)庀到y(tǒng)供需平衡。

2.2 調(diào)節(jié)燃?xì)夤┬杵胶獾姆椒?sup>[8] [9]

　　調(diào)節(jié)燃?xì)夤┬杵胶獾姆椒ㄓ校?/p>

　?。?） 改變氣源的生產(chǎn)能力設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源

　　采用改變氣源的生產(chǎn)能力設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源，必須考慮氣源運(yùn)轉(zhuǎn)、停止的難易程度、氣源生產(chǎn)負(fù)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(jì)合理性。當(dāng)用氣城市距天然氣產(chǎn)地不太遠(yuǎn)時(shí)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(duì)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(jī)動(dòng)氣源會(huì)造成設(shè)備閑置，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不好。

　?。?） 利用儲(chǔ)氣設(shè)施平衡不均勻用氣

　　儲(chǔ)氣設(shè)施的計(jì)算需要以負(fù)荷變化作為依據(jù)。

　　按文獻(xiàn)[2] 計(jì)算方法，取計(jì)算月小時(shí)最大流量，計(jì)算公式為：

 （1）

　　式中Ｑ－計(jì)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(shí)高峰系數(shù)。一般取2.2～3.3

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

　?。?） 夏季低谷負(fù)荷時(shí)將燃?xì)夤┙o緩沖用戶

　　利用緩沖用戶如燃?xì)饪照{(diào)。如圖3^[5]所示我國發(fā)電設(shè)備年平均利用小時(shí)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(jī)動(dòng)氣源，減小儲(chǔ)氣設(shè)施規(guī)模。用燃?xì)饪照{(diào)又可替代電空調(diào)器，大量節(jié)省電能，平衡夏季用電負(fù)荷，減少能源浪費(fèi)。燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)負(fù)荷與電力系統(tǒng)負(fù)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(duì)電力系統(tǒng)的影響

3.1 戶式空調(diào)機(jī)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(dá)20平方米，隨著居住條件的改善人們對(duì)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(jì)發(fā)達(dá)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(duì)家用空調(diào)機(jī)的需求量穩(wěn)步增長。統(tǒng)計(jì)顯示，全國城鎮(zhèn)每百戶居民空調(diào)機(jī)擁有率由1994年的5臺(tái)上升到1999年的24.48臺(tái)，2000年達(dá)到69.6臺(tái)。北京、天津、上海、廣州、深圳、重慶等沿海發(fā)達(dá)地區(qū)每百戶居民空調(diào)機(jī)擁有率均已超過100%，深圳的家用空調(diào)機(jī)擁有率已達(dá)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(dá)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(jī)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(jī)消費(fèi)熱將持續(xù)下去。

3.2 戶式空調(diào)機(jī)發(fā)展預(yù)測

　　實(shí)際上從全國來看，戶式空調(diào)機(jī)的普及率和人均住宅制冷量相對(duì)較低，特別是經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的省份，家用空調(diào)機(jī)的擁有率還處在一個(gè)非常低的水平，即使是在上海等發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)村每百戶居民空調(diào)機(jī)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(dá)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(shí)施，西部人民生活水平的提高，東北和西部地區(qū)對(duì)家用空調(diào)機(jī)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(jī)的年增長率可達(dá)15%以上。

3.3 戶式空調(diào)機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

　　我國是一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，電力基礎(chǔ)相對(duì)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(shí)性的供求緩和。但是電力的增長仍滿足不了國民經(jīng)濟(jì)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(jī)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(huì)發(fā)展的更快，預(yù)計(jì)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(fù)荷將達(dá)到18000萬千瓦，如果全部使用電空調(diào)機(jī)，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(dá)434.6萬kWh。電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，電力負(fù)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(diǎn)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(jī)組，有些城市采用峰谷電價(jià)等技術(shù)措施來平衡負(fù)荷，但其對(duì)季節(jié)性負(fù)荷的調(diào)節(jié)作用并不很理想。另一方面，電力低谷負(fù)荷時(shí)，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)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(shí)的用電量非常必要，使用燃?xì)饪照{(diào)就是一種可行的辦法。

4 結(jié)論

　　燃?xì)饪照{(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?xì)獬杀?。燃?xì)饪照{(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?xì)夤┬璺骞炔罹哂辛己玫幕パa(bǔ)性，燃?xì)饪照{(diào)器不僅能夠削減電力高峰負(fù)荷，減少電力投資，也能對(duì)燃?xì)馄鸬教砉鹊淖饔?，緩解燃?xì)庀募竟?jié)性不平衡問題，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)的利用率。

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