區域型天然氣分布式能源系統規劃探討

李佩

深圳市城市規劃設計研究院有限公司 廣東 深圳 518000

引言

天然氣分布式能源系統可以通過能源梯級利用實現較好的能源節約效果，隨著我國各項節能減排戰略任務的推進和落實，在全國多地獲得了應用，而區域型的天然氣分布式能源建設需要較多的社會資源保障，占用較大的城市空間，需要在規劃階段予以統籌布局方可保障實施，規劃的開展是后續建設的基礎。科學合理地開展規劃工作，對于天然氣分布式能源技術節能效果的實現至關重要。

1 技術及規劃特點

1.1 外在特點

區域型天然氣分布式能源是一類新型能源設施規劃，在規劃體系中屬于城市基礎設施規劃類目中的能源系統規劃1。區別于傳統能源與市政規劃，天然氣分布式能源技術較新、行業發展處于初級階段，市場和行政管理不盡成熟，相關規范標準未形成體系，規劃內容及流程還沒有普遍標準，規劃工作有著很大的不確定性。

常規規劃工作通常是自上而下進行，即在制定宏觀架構后，下一層次規劃再在上一層次規劃框架內執行。然而在天然氣分布式能源可用的規劃規范、準則等未成型前，規劃工作缺乏指導依據，在這種條件下，參考借鑒已有案例是一種較為現實的做法。但是當項目情形特殊或參考案例可借鑒性不強時，為保障規劃在一定程度內的合理性和可實施性，則需要自下而上，以設計指導規劃，亦即先進行系統的擬設計，制定系統的合理方案，再為規劃提供合理參數確定規劃方案。這種逼不得已的做法問題在于，規劃階段往往難以搜集設計所需的詳細基礎信息，比如建筑量和建筑功能、用戶數量等等，必須基于一定假設，相比實際設計階段必然會在一定程度上降低準確性。

1.2 內在特點

天然氣分布式能源在傳統能源供應方式業已覆蓋完善的情況下，并非城市能源不可或缺的組成，且作為城市低碳節能發展方向邁進的選項之一，也并非唯一選擇，常常與其他新型能源技術之間是可互為替代。但天然氣分布式能源是目前最具實操性的一項改善城市用能和環境的能源技術；在規劃工作前需要進行可行性或適用性判斷（依據上層次規劃或作專題研究）；另外系統的初投資高，對項目建設和投運時序控制要求較高；區域型系統站點和管網占用較大城市空間，在用地資源寶貴的大型城市用地及空間落實具有一定難度；設施用地及管網方案與系統設計有關，但受限于規劃階段的基礎數據，規劃階段較難深入至系統設計層面，導致規劃方案存在一定不確定性。

2 規劃編制目的與原則

2.1 規劃目的

2.1.1 安全：發揮系統的能源分布式供給優勢，與傳統能源良好銜接，多樣化能源供應，提高能源供應穩定與安全。

2.1.2 節能：充分利用天然氣分布式能源技術的能源梯級利用特性，精細化利用能源，減少一次能源消耗。

2.1.3 環保：合理確定天然氣分布式能源應用范圍與規模，提高城市清潔能源應用比例，減少單位用能的氮硫粉塵排放。

2.1.4 便利：保證能源品質，簡化傳統分散能源設備的裝配與管理，提高用能便利性。

2.2 規劃原則

2.2.1 依據上層次規劃確定天然氣分布式能源應用區域及方式，無上層次規劃指導時，以技術適用性為前提進行規劃工作，必要時應首先開展適用性分析工作。

2.2.2 天然氣分布式能源系統宜與城市電網并網，保障用戶電力供應安全。

2.2.3 技術適用性應充分考慮技術特性，以能源資源條件為首要前提，以技術節能性為目標，以經濟性為必要條件結合判斷。

2.2.4 有條件時引導城市用地空間布局，優質化分布用地功能，提高整體負荷質量。

2.2.5 結合城市用地規劃與建設現狀進行管網設施規劃布局，盡量減少工程建設對城市影響。

2.2.6 確定系統形式、規模時，應考慮各類負荷的日、季變化特點，以保障系統運行經濟、可靠。

2.2.7 積極考慮與可再生能源技術、儲能技術結合的綜合利用。

2.2.8 設施管網布局應注意考慮減少噪音與熱流對周邊環境影響。

2.2.9 系統運行方面應以余熱充分利用為主要目的，電力生產宜以冷（熱）定電和自用為主。

2.2.10 設施及管網規劃布局應充分考慮彈性、近遠期結合，盡量減少設備空置或低效運行的情況。

3 規劃策略

3.1 以適用性為基本前提

天然氣分布式能源在城市的應用應以節能低碳為首要目標，天然氣分布式能源規劃需以上層次規劃為依據進行，當上層次規劃未明確具體建設的區域和方案時，規劃工作中應增加適用性或可行性分析內容，從可靠供應出發，因地制宜、因能而選，通過適用性分析確定應用與否以及應用范圍，再進行空間布局規劃，確保規劃和系統建設具有切實的社會環境價值，避免規劃難以落實或借天然氣分布式能源之名行發電之實的情況。

3.2 合理試點

天然氣分布式能源屬于新型能源技術，嵌入原有城市能源供應系統中時，對整個現有系統上下層結構都會構成影響，天然氣分布式能源系統服務范圍越大，影響帶來的不確定性越大，使得城市需要承擔一定的風險，因此在無法明確這種新能源技術是否能適應當地氣候、市場以及公共環境之前，不宜以大范圍鋪開的方式進行，而應采用試點建設、分期建設的方式，做技術經濟性的深入研究和探討，制定翔實方案，以使試點具備充分的指導意義。試點作為城市相似應用場合的參考項目，應挑選典型應用環境，限制數量，并在后期深度挖掘，充分利用試點價值，指導城市天然氣分布式能源后續發展方向。

3.3 適度空間預留

當規劃方案因政策、市場因素以及城市分期建設時序存在不確定性時，可對天然氣分布式能源建設用地的管道空間采取合理預留的方式進行靈活控制，尤其適用于新建區域，這種方式一方面可保障優勢能源技術發展空間，為快速建設發展的城市保留寶貴公共設施用地，另一方面當試點運行不利或政策、市場環境變化時，城市資源及用地得以轉變而避免浪費。

3.4 反饋與嘗試

圖1 能源系統基本規劃流程對比圖

當圍繞節能減排這一目標時，天然氣分布式能源規劃的主要工作程序中每一個步驟均可互相影響，其規劃流程對比如圖1所示，是一個反饋、嘗試和綜合判斷的過程，在工作難度上需要比常規市政基礎設施規劃更大，在規劃深度上也要較常規市政基礎設施規劃更為深入[1]。

4 規劃內容

在規劃內容上，天然氣分布式能源系統規劃與常規能源系統規劃不同的是，在設施管網規劃前通常還需進行適用性評估和能源系統供應范圍的劃定，因此規劃工作的主要任務包括：適用性評估、擬定供能服務范圍、負荷預測分析、擬定系統方案、用地規劃與管網布局、分期建設規劃等六大部分。

4.1 適用性評估

在初步劃定天然氣分布式能源應用區域后，了解該區域的節能減排需求及地方政策，搜集區域內市政設施、建筑、用地規劃資料，調研區域內能源資源條件。根據電力資源，判斷該區域近期和遠期是否有建設天然氣分布式能源系統的電力供應需求；結合天然氣氣源條件和應用現狀以及發展規劃，了解區域天然氣資源條件的豐富程度，分析是否有建設天然氣分布式能源的氣源條件以及支撐能力；根據現狀及規劃用地功能、開發強度和用地布局，分析區域內負荷條件，是否有利于天然氣分布式能源系統經濟運行；根據區內建成度，分析天然氣分布式能源站和配套管道建設條件。分析太陽能、風能、生物質能等可再生能源資源條件，判斷是否具備與天然氣分布式能源結合利用的條件。適用性評估分析定性和定量結合進行，以初步判斷區域對天然氣分布式能源的可實施性和適用性，指出下一步工作的進行方向[2]。

4.2 擬定供能服務范圍

分析區域內電力、天然氣及可再生能源資源的分布情況，確定區域內資源條件較為適宜的地區；根據地方政策對于用戶接入的相關要求，及當地公眾對待新型能源的態度，判斷區內接入天然氣分布式能源系統的比例；分析判斷區域內現狀及規劃建筑類型及用電、用冷、用熱負荷時間特性，篩選適宜成為天然氣分布式能源系統服務對象的用戶集合，分析這些用戶的空間分布形態；初步選定能源服務對象及其區位，判斷天然氣接入條件及可再生能源利用條件，以及該區位的天然氣分布式能源建設用地條件、管道敷設條件，優化擬定的供能服務范圍，作為下一步規劃工作進行的依據。

4.3 負荷預測與分析

對擬定服務范圍內的用戶進行負荷計算，負荷預測深度和詳細程度視項目資料翔實程度和規劃層級及深度而定；在缺少必要預測信息的情況下，按照用地規劃，參考相近類型的建筑進行估算；必要時對冷負荷進行逐時預測，電力負荷及熱負荷應結合各類功能建筑運營時間進行負荷時間特性分析；分析負荷預測結果，校核用戶負荷質量優劣，在負荷質量不盡理想時，可適當調整供能服務范圍，盡量優化冷、熱、電負荷在時間上的匹配程度，以及各類負荷日、季、年的平穩程度。給出負荷預測結果及供能服務用戶范圍，作為開展下一步工作的條件。

4.4 擬定系統方案

根據負荷預測結論進行初步系統方案擬定，給定各類能源供能類型和設計負荷，根據地區資源條件和負荷條件如天然氣管道接入條件及接入壓力等級、總體負荷規模及時間特性、系統年運行時長、可再生能源結合利用可能性、地區并網上網條件以及電力上網經濟性等確定系統動力設備類型，綜合判斷主要設備的規模，初步校核系統的能源利用效率等相關指標能否達到國家和地方要求，適當校核系統經濟性。

4.5 用地規劃與管網布局

根據擬定的系統方案中能源系統主要設備的種類及規模、主設備與輔助設備的空間布局方式，確定能源站建站方式，給出獨立占地的分布式能源站用地需求，分析服務范圍負荷分布情況，擬定干管走向；結合干管布局，同時考慮管道輸送損失、土地價值、周邊環境以及土地性質確定能源站選址；確定相關附屬設施用地；按照負荷分布進行管網布局。

4.6 分期建設規劃

為提高區域型天然氣分布式能源系統的設施利用率，縮短資本回收周期，提高設施管網運行效率，必要時，規劃應銜接地塊建設時序，用戶接入時序，近遠期結合，制訂系統分期建設方案，分期方案還應銜接區域內的道路建設時序[3]。

5 結束語

區域型天然氣分布式能源在規劃體系中屬于城市基礎設施規劃類目中的能源系統規劃1，相比傳統電力、燃氣能源設施而言，天然氣分布式能源規劃也是一類新型能源設施規劃，本文根據區域型天然氣分布式能源技術和規劃的內在及外在特點，對其規劃原則、目標、規劃策略及規劃內容進行了探討。