区域型天然气分布式能源系统规划探讨

2023-01-05李佩

建筑与装饰 2022年24期

李佩

深圳市城市规划设计研究院有限公司广东深圳 518000

引言

天然气分布式能源系统可以通过能源梯级利用实现较好的能源节约效果，随着我国各项节能减排战略任务的推进和落实，在全国多地获得了应用，而区域型的天然气分布式能源建设需要较多的社会资源保障，占用较大的城市空间，需要在规划阶段予以统筹布局方可保障实施，规划的开展是后续建设的基础。科学合理地开展规划工作，对于天然气分布式能源技术节能效果的实现至关重要。

1 技术及规划特点

1.1 外在特点

区域型天然气分布式能源是一类新型能源设施规划，在规划体系中属于城市基础设施规划类目中的能源系统规划1。区别于传统能源与市政规划，天然气分布式能源技术较新、行业发展处于初级阶段，市场和行政管理不尽成熟，相关规范标准未形成体系，规划内容及流程还没有普遍标准，规划工作有着很大的不确定性。

常规规划工作通常是自上而下进行，即在制定宏观架构后，下一层次规划再在上一层次规划框架内执行。然而在天然气分布式能源可用的规划规范、准则等未成型前，规划工作缺乏指导依据，在这种条件下，参考借鉴已有案例是一种较为现实的做法。但是当项目情形特殊或参考案例可借鉴性不强时，为保障规划在一定程度内的合理性和可实施性，则需要自下而上，以设计指导规划，亦即先进行系统的拟设计，制定系统的合理方案，再为规划提供合理参数确定规划方案。这种逼不得已的做法问题在于，规划阶段往往难以搜集设计所需的详细基础信息，比如建筑量和建筑功能、用户数量等等，必须基于一定假设，相比实际设计阶段必然会在一定程度上降低准确性。

1.2 内在特点

天然气分布式能源在传统能源供应方式业已覆盖完善的情况下，并非城市能源不可或缺的组成，且作为城市低碳节能发展方向迈进的选项之一，也并非唯一选择，常常与其他新型能源技术之间是可互为替代。但天然气分布式能源是目前最具实操性的一项改善城市用能和环境的能源技术；在规划工作前需要进行可行性或适用性判断（依据上层次规划或作专题研究）；另外系统的初投资高，对项目建设和投运时序控制要求较高；区域型系统站点和管网占用较大城市空间，在用地资源宝贵的大型城市用地及空间落实具有一定难度；设施用地及管网方案与系统设计有关，但受限于规划阶段的基础数据，规划阶段较难深入至系统设计层面，导致规划方案存在一定不确定性。

2 规划编制目的与原则

2.1 规划目的

2.1.1 安全：发挥系统的能源分布式供给优势，与传统能源良好衔接，多样化能源供应，提高能源供应稳定与安全。

2.1.2 节能：充分利用天然气分布式能源技术的能源梯级利用特性，精细化利用能源，减少一次能源消耗。

2.1.3 环保：合理确定天然气分布式能源应用范围与规模，提高城市清洁能源应用比例，减少单位用能的氮硫粉尘排放。

2.1.4 便利：保证能源品质，简化传统分散能源设备的装配与管理，提高用能便利性。

2.2 规划原则

2.2.1 依据上层次规划确定天然气分布式能源应用区域及方式，无上层次规划指导时，以技术适用性为前提进行规划工作，必要时应首先开展适用性分析工作。

2.2.2 天然气分布式能源系统宜与城市电网并网，保障用户电力供应安全。

2.2.3 技术适用性应充分考虑技术特性，以能源资源条件为首要前提，以技术节能性为目标，以经济性为必要条件结合判断。

2.2.4 有条件时引导城市用地空间布局，优质化分布用地功能，提高整体负荷质量。

2.2.5 结合城市用地规划与建设现状进行管网设施规划布局，尽量减少工程建设对城市影响。

2.2.6 确定系统形式、规模时，应考虑各类负荷的日、季变化特点，以保障系统运行经济、可靠。

2.2.7 积极考虑与可再生能源技术、储能技术结合的综合利用。

2.2.8 设施管网布局应注意考虑减少噪音与热流对周边环境影响。

2.2.9 系统运行方面应以余热充分利用为主要目的，电力生产宜以冷（热）定电和自用为主。

2.2.10 设施及管网规划布局应充分考虑弹性、近远期结合，尽量减少设备空置或低效运行的情况。

3 规划策略

3.1 以适用性为基本前提

天然气分布式能源在城市的应用应以节能低碳为首要目标，天然气分布式能源规划需以上层次规划为依据进行，当上层次规划未明确具体建设的区域和方案时，规划工作中应增加适用性或可行性分析内容，从可靠供应出发，因地制宜、因能而选，通过适用性分析确定应用与否以及应用范围，再进行空间布局规划，确保规划和系统建设具有切实的社会环境价值，避免规划难以落实或借天然气分布式能源之名行发电之实的情况。

3.2 合理试点

天然气分布式能源属于新型能源技术，嵌入原有城市能源供应系统中时，对整个现有系统上下层结构都会构成影响，天然气分布式能源系统服务范围越大，影响带来的不确定性越大，使得城市需要承担一定的风险，因此在无法明确这种新能源技术是否能适应当地气候、市场以及公共环境之前，不宜以大范围铺开的方式进行，而应采用试点建设、分期建设的方式，做技术经济性的深入研究和探讨，制定翔实方案，以使试点具备充分的指导意义。试点作为城市相似应用场合的参考项目，应挑选典型应用环境，限制数量，并在后期深度挖掘，充分利用试点价值，指导城市天然气分布式能源后续发展方向。

3.3 适度空间预留

当规划方案因政策、市场因素以及城市分期建设时序存在不确定性时，可对天然气分布式能源建设用地的管道空间采取合理预留的方式进行灵活控制，尤其适用于新建区域，这种方式一方面可保障优势能源技术发展空间，为快速建设发展的城市保留宝贵公共设施用地，另一方面当试点运行不利或政策、市场环境变化时，城市资源及用地得以转变而避免浪费。

3.4 反馈与尝试

图1 能源系统基本规划流程对比图

当围绕节能减排这一目标时，天然气分布式能源规划的主要工作程序中每一个步骤均可互相影响，其规划流程对比如图1所示，是一个反馈、尝试和综合判断的过程，在工作难度上需要比常规市政基础设施规划更大，在规划深度上也要较常规市政基础设施规划更为深入[1]。

4 规划内容

在规划内容上，天然气分布式能源系统规划与常规能源系统规划不同的是，在设施管网规划前通常还需进行适用性评估和能源系统供应范围的划定，因此规划工作的主要任务包括：适用性评估、拟定供能服务范围、负荷预测分析、拟定系统方案、用地规划与管网布局、分期建设规划等六大部分。

4.1 适用性评估

在初步划定天然气分布式能源应用区域后，了解该区域的节能减排需求及地方政策，搜集区域内市政设施、建筑、用地规划资料，调研区域内能源资源条件。根据电力资源，判断该区域近期和远期是否有建设天然气分布式能源系统的电力供应需求；结合天然气气源条件和应用现状以及发展规划，了解区域天然气资源条件的丰富程度，分析是否有建设天然气分布式能源的气源条件以及支撑能力；根据现状及规划用地功能、开发强度和用地布局，分析区域内负荷条件，是否有利于天然气分布式能源系统经济运行；根据区内建成度，分析天然气分布式能源站和配套管道建设条件。分析太阳能、风能、生物质能等可再生能源资源条件，判断是否具备与天然气分布式能源结合利用的条件。适用性评估分析定性和定量结合进行，以初步判断区域对天然气分布式能源的可实施性和适用性，指出下一步工作的进行方向[2]。

4.2 拟定供能服务范围

分析区域内电力、天然气及可再生能源资源的分布情况，确定区域内资源条件较为适宜的地区；根据地方政策对于用户接入的相关要求，及当地公众对待新型能源的态度，判断区内接入天然气分布式能源系统的比例；分析判断区域内现状及规划建筑类型及用电、用冷、用热负荷时间特性，筛选适宜成为天然气分布式能源系统服务对象的用户集合，分析这些用户的空间分布形态；初步选定能源服务对象及其区位，判断天然气接入条件及可再生能源利用条件，以及该区位的天然气分布式能源建设用地条件、管道敷设条件，优化拟定的供能服务范围，作为下一步规划工作进行的依据。

4.3 负荷预测与分析

对拟定服务范围内的用户进行负荷计算，负荷预测深度和详细程度视项目资料翔实程度和规划层级及深度而定；在缺少必要预测信息的情况下，按照用地规划，参考相近类型的建筑进行估算；必要时对冷负荷进行逐时预测，电力负荷及热负荷应结合各类功能建筑运营时间进行负荷时间特性分析；分析负荷预测结果，校核用户负荷质量优劣，在负荷质量不尽理想时，可适当调整供能服务范围，尽量优化冷、热、电负荷在时间上的匹配程度，以及各类负荷日、季、年的平稳程度。给出负荷预测结果及供能服务用户范围，作为开展下一步工作的条件。

4.4 拟定系统方案

根据负荷预测结论进行初步系统方案拟定，给定各类能源供能类型和设计负荷，根据地区资源条件和负荷条件如天然气管道接入条件及接入压力等级、总体负荷规模及时间特性、系统年运行时长、可再生能源结合利用可能性、地区并网上网条件以及电力上网经济性等确定系统动力设备类型，综合判断主要设备的规模，初步校核系统的能源利用效率等相关指标能否达到国家和地方要求，适当校核系统经济性。

4.5 用地规划与管网布局

根据拟定的系统方案中能源系统主要设备的种类及规模、主设备与辅助设备的空间布局方式，确定能源站建站方式，给出独立占地的分布式能源站用地需求，分析服务范围负荷分布情况，拟定干管走向；结合干管布局，同时考虑管道输送损失、土地价值、周边环境以及土地性质确定能源站选址；确定相关附属设施用地；按照负荷分布进行管网布局。