郝日鵬，周 勇，程 寧

(1.陜西新奧新能能源發(fā)展有限公司，陜西 西安 710000； 2.西安市長安區(qū)新區(qū)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(guān)中地區(qū)縣域城市供熱基本實現(xiàn)了由燃?xì)?、熱電?lián)產(chǎn)和生物質(zhì)清潔化替代。隨著規(guī)模化天然氣的應(yīng)用，依托上游管網(wǎng)來氣的縣域城市燃?xì)庀到y(tǒng)在采暖季均呈現(xiàn)用氣緊張狀況，但各個城市應(yīng)對表現(xiàn)參差不齊。經(jīng)過了解，主要是由于當(dāng)年月不均衡系數(shù)不同造成的。為緩解月不均衡系數(shù)高的問題，部分縣域燃?xì)夤静捎谜{(diào)峰措施或者按照采暖季用氣負(fù)荷加大管網(wǎng)管徑，同時帶來了燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施利用率低、投資與運營經(jīng)濟(jì)性的問題。為指導(dǎo)城市燃?xì)庖?guī)劃修編和城市燃?xì)夂侠磉\行，迫切需要對關(guān)中地區(qū)縣域城市月不均衡系數(shù)的共性和個性化特點內(nèi)在因素進(jìn)行研究。

1 關(guān)中地區(qū)城市月不均衡系數(shù)普遍偏高的原因

依據(jù)定義，月度不均衡系數(shù)=計算月的平均日用氣量÷該年的平均日用氣量[1]。在非傳統(tǒng)集中供熱城市中，僅有居民用氣、工業(yè)、商業(yè)用氣的季節(jié)性波動，月不均衡系數(shù)為1.03～1.32[2]。對于陜西關(guān)中地區(qū)，地理上屬于嚴(yán)寒地區(qū)，應(yīng)實施供熱，采暖季居民用戶和熱力公司采用燃?xì)獗趻鞝t、燃?xì)忮仩t等設(shè)施滿足采暖需求。由于采暖季供熱用氣的專有特點，造成關(guān)中地區(qū)縣域城市燃?xì)庠虏痪庑云毡槠摺?/p>

1.1 供熱用氣占比大

在關(guān)中縣域城市燃?xì)庀M結(jié)構(gòu)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(biāo)遠(yuǎn)大于生活和商業(yè)用氣。依據(jù)調(diào)研，居民年用氣量戶均120～150 m3，公建商業(yè)用氣一般為居民用氣量的0.3～0.4倍，季節(jié)性的供熱年用氣量折合戶均約為800～1 200 m3?？梢?，當(dāng)規(guī)模性的推廣燃?xì)夤岷?，勢必造成采暖季用氣量集中，對?yīng)的月份(11月—次年3月)月不均衡系數(shù)偏高。

1.2 供熱用氣消耗月度波動大

除消費結(jié)構(gòu)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(xiàn)增大后縮小的特點。本文研究的關(guān)中縣域城市在區(qū)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(shù)據(jù)計算逐時熱負(fù)荷。經(jīng)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(diào)研供熱用氣占比不同的6個城市，剔除民用和工商業(yè)后的采暖用氣進(jìn)行月度統(tǒng)計分析(見圖1)。經(jīng)數(shù)據(jù)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(yuǎn)高于采暖季開始和結(jié)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(yè)用氣相比，供熱用氣月度波動非常大，造成采暖季內(nèi)各月份月不均衡系數(shù)有差異。

2 關(guān)中地區(qū)城市、年度之間月度不均衡性系數(shù)影響因素

關(guān)中地區(qū)縣域城市月不均衡系數(shù)普遍偏高，但地區(qū)內(nèi)城市之間、年度之間的月不均衡系數(shù)差別也較大，關(guān)聯(lián)影響因素可能包括氣象、生活習(xí)慣和生活水平等，需要進(jìn)一步進(jìn)行對比分析。本文擬從月度不均衡系數(shù)公式展開，尋找關(guān)鍵影響因素。由月度不均衡系數(shù)公式定義可知，將采暖季5個月的月度不均衡系數(shù)相加即可將公式變形為(11月-次年3月)月度不均衡系數(shù)之和=燃?xì)夤嵴急?(采暖季非供熱用氣量之和)×12÷年燃?xì)饬??？梢?，采暖季月不均衡性與供熱用氣比例、城市用氣規(guī)模、年度氣溫差異等因素有關(guān)。

2.1 供熱用氣比例影響較大

由于周邊可用熱源(如熱電聯(lián)產(chǎn)余熱、生物質(zhì)資源、地?zé)豳Y源)狀況不同，縣域城市供熱用氣比例相差較大，無余熱和地?zé)豳Y源的城市在環(huán)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(jìn)行分析。由月度不均衡系數(shù)公式變體可知，月度不均衡系數(shù)與供熱用氣在城市燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)占比成正相關(guān)，即供熱用氣占比越高則燃?xì)庠虏痪庑栽酱?。調(diào)研數(shù)據(jù)基本呈現(xiàn)該規(guī)律(見圖2)，當(dāng)供熱用氣占比由40%提升至70%時，城市月度最大不均衡系數(shù)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(shù)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(shù)影響不同，寒冷的12月和1月月度不均衡系數(shù)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(shù)影響分布圖

2.2 城市用氣規(guī)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(shù)變形公式中“(采暖季非供熱用氣量之和)×12÷年燃?xì)饬俊辈糠挚梢越坪喕癁楣嵴急鹊年P(guān)聯(lián)式。因此，城市用氣規(guī)模對于月度不均衡系數(shù)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(guī)模的城市進(jìn)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(shù)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(shù)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(shù)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(guī)模用氣量城市月度不均衡系數(shù)統(tǒng)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(shù)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(shù)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(jìn)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(shù)明顯高于同期，在2月、3月月度不均衡系數(shù)低于同期。不同供熱用氣占比不均衡系數(shù)提升略有差別，但無明顯規(guī)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(shù)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(shù)統(tǒng)計表

可見，在影響關(guān)中縣域城市月不均衡系數(shù)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(guī)模影響較弱；且年度氣溫變化受自然條件限制無法預(yù)測，供熱用氣占比可作為燃?xì)庖?guī)劃和城市燃?xì)膺\行不均衡系數(shù)的衡量因素。

3 結(jié)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(guān)中縣域城市燃?xì)獠煌诜莻鹘y(tǒng)采暖縣域城市的明顯月不均衡性。通過對同地區(qū)內(nèi)不同年份縣域城市不均衡系數(shù)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(shù)的顯著影響因素。保證清潔供熱和燃?xì)馐袌鲇行虬l(fā)展和城市燃?xì)庀到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行，建議在城市燃?xì)庖?guī)劃修訂及城市燃?xì)膺\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(shù)低于5.0。