燃氣供熱對關中縣域城市燃氣月不均衡系數影響分析

郝日鵬，周 勇，程 寧

(1.陜西新奧新能能源發展有限公司，陜西 西安 710000； 2.西安市長安區新區熱力有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

在燃煤消減、供熱改清潔能源的政策背景下，關中地區縣域城市供熱基本實現了由燃氣、熱電聯產和生物質清潔化替代。隨著規模化天然氣的應用，依托上游管網來氣的縣域城市燃氣系統在采暖季均呈現用氣緊張狀況，但各個城市應對表現參差不齊。經過了解，主要是由于當年月不均衡系數不同造成的。為緩解月不均衡系數高的問題，部分縣域燃氣公司采用調峰措施或者按照采暖季用氣負荷加大管網管徑，同時帶來了燃氣基礎設施利用率低、投資與運營經濟性的問題。為指導城市燃氣規劃修編和城市燃氣合理運行，迫切需要對關中地區縣域城市月不均衡系數的共性和個性化特點內在因素進行研究。

1 關中地區城市月不均衡系數普遍偏高的原因

依據定義，月度不均衡系數=計算月的平均日用氣量÷該年的平均日用氣量[1]。在非傳統集中供熱城市中，僅有居民用氣、工業、商業用氣的季節性波動，月不均衡系數為1.03～1.32[2]。對于陜西關中地區，地理上屬于嚴寒地區，應實施供熱，采暖季居民用戶和熱力公司采用燃氣壁掛爐、燃氣鍋爐等設施滿足采暖需求。由于采暖季供熱用氣的專有特點，造成關中地區縣域城市燃氣月不均衡性普遍偏高。

1.1 供熱用氣占比大

在關中縣域城市燃氣消費結構中，雖然供熱用氣在時間上僅有4個月(11月15日—次年3月15日)，但用氣指標遠大于生活和商業用氣。依據調研，居民年用氣量戶均120～150 m3，公建商業用氣一般為居民用氣量的0.3～0.4倍，季節性的供熱年用氣量折合戶均約為800～1 200 m3。可見，當規模性的推廣燃氣供熱后，勢必造成采暖季用氣量集中，對應的月份(11月—次年3月)月不均衡系數偏高。

1.2 供熱用氣消耗月度波動大

除消費結構占比大外，在時間上城市供熱用氣(也即采暖熱耗)隨著采暖季先下降后上升的實時氣溫，呈現增大后縮小的特點。本文研究的關中縣域城市在區域分布上氣候較為接近，因此選擇西安氣象站2019年實測氣溫數據計算逐時熱負荷。經計算，理論上的供熱用氣月度分布比例如下：12月、1月、2月用氣占比分別為28.21%、28.91%、21.88%，在11月和3月用氣占比為11.30%和9.71%。

作為對比，選擇實地調研供熱用氣占比不同的6個城市，剔除民用和工商業后的采暖用氣進行月度統計分析(見圖1)。經數據整理，供熱用氣占比不同的城市在月度消耗占比與理論上基本接近，其中12月氣耗占比在26.11%～29.97%，1月份氣耗占比27.25%～32.80%，2月份氣耗占比20.44%～23.82%。

圖1 供熱用氣月度分布圖

可見，12月、1月、2月的供熱用氣遠高于采暖季開始和結束的11月和3月。與居民生活用氣(不含壁掛爐采暖用氣)和工商業用氣相比，供熱用氣月度波動非常大，造成采暖季內各月份月不均衡系數有差異。

2 關中地區城市、年度之間月度不均衡性系數影響因素

關中地區縣域城市月不均衡系數普遍偏高，但地區內城市之間、年度之間的月不均衡系數差別也較大，關聯影響因素可能包括氣象、生活習慣和生活水平等，需要進一步進行對比分析。本文擬從月度不均衡系數公式展開，尋找關鍵影響因素。由月度不均衡系數公式定義可知，將采暖季5個月的月度不均衡系數相加即可將公式變形為(11月-次年3月)月度不均衡系數之和=燃氣供熱占比-(采暖季非供熱用氣量之和)×12÷年燃氣量。可見，采暖季月不均衡性與供熱用氣比例、城市用氣規模、年度氣溫差異等因素有關。

2.1 供熱用氣比例影響較大

由于周邊可用熱源(如熱電聯產余熱、生物質資源、地熱資源)狀況不同，縣域城市供熱用氣比例相差較大，無余熱和地熱資源的城市在環保政策影響下供熱用氣比例較高，本次選取供熱用氣占比在15%～70%的6個縣域城市進行分析。由月度不均衡系數公式變體可知，月度不均衡系數與供熱用氣在城市燃氣結構占比成正相關，即供熱用氣占比越高則燃氣月不均衡性越大。調研數據基本呈現該規律(見圖2)，當供熱用氣占比由40%提升至70%時，城市月度最大不均衡系數由3.4提升為8.5左右。影響程度上，供熱用氣占比增長10%時，最大月不均衡系數增長在34%～44%。在時間廣度上，11月—次年3月逐月的月度不均衡系數影響不同，寒冷的12月和1月月度不均衡系數影響較大，在11月、3月影響變化幅度有限。

圖2 供熱占比對不均衡系數影響分布圖

2.2 城市用氣規模影響較小

由于非供熱用氣量在采暖季和非采暖季變化較小，月度不均衡系數變形公式中“(采暖季非供熱用氣量之和)×12÷年燃氣量”部分可以近似簡化為供熱占比的關聯式。因此，城市用氣規模對于月度不均衡系數理論上影響較小。選取同一年份供熱用氣占比為40%、50%、70%的3組6個不同用氣規模的城市進行分析(見表1～2)。在供熱用氣占比在40%左右時，城市A和城市B年度用氣量相差36.47%，月度不均衡系數最大差別6.2%；在供熱用氣占比在50%左右時，城市C和城市D年度用氣量相差38.89%，月度不均衡系數最大差別11.1%；在供熱用氣占比在70%左右時，城市E和城市F年度用氣量相差129.18%，月度不均衡系數最大差別18.02%。

表1 用作對比的不同城市用氣信息表

表2 不同規模用氣量城市月度不均衡系數統計表

可見，在剔除年度氣候和供熱用氣占比條件下，城市用氣量對于月不均衡系數影響程度較低。在極端用氣量相差一倍以上時，月度不均衡系數差別不超過20%。

2.3 年度采暖季氣溫變化影響

由前述分析可知，氣象條件尤其是氣溫直接影響供熱氣耗的月度分布，選取2019—2020年采暖季和2020—2021年采暖季2個氣溫特點不同的年度進行分析(見表3～4)。2020—2021年采暖季氣溫先是急劇下降，在2月份又快速回升至高于2019—2020年采暖季同期。在該氣象條件下，2020—2021年采暖季在12月、1月月度不均衡系數明顯高于同期，在2月、3月月度不均衡系數低于同期。不同供熱用氣占比不均衡系數提升略有差別，但無明顯規律，在供熱用氣占比分別為40%、50%、70%的條件下，最大月不均衡系數提升9.77%、14.46%、16.64%。

表3 用作對比的年份采暖季氣溫變化表 單位：℃

表4 不同年度采暖季氣溫下月度不均衡系數統計表

可見，在影響關中縣域城市月不均衡系數的因素中，供熱用氣占比影響最為敏感，年度氣溫變化影響次之，城市用氣規模影響較弱；且年度氣溫變化受自然條件限制無法預測，供熱用氣占比可作為燃氣規劃和城市燃氣運行不均衡系數的衡量因素。

3 結語

由于供熱用氣比例高和月度消耗差異大的特點，造成了關中縣域城市燃氣不同于非傳統采暖縣域城市的明顯月不均衡性。通過對同地區內不同年份縣域城市不均衡系數的影響因素展開分析，確定供熱用氣比例為月不均衡性系數的顯著影響因素。保證清潔供熱和燃氣市場有序發展和城市燃氣系統的經濟運行，建議在城市燃氣規劃修訂及城市燃氣運行過程中控制供熱用氣比例低于50%，此情況下最大月不均衡系數低于5.0。