引言近几年，北方城市建筑夏季利用空调供冷，冬季供暖采用“煤改气”方案，推动了清洁取暖的发展，城市电力、天然气的消耗量逐年攀升，供电企业的夏季保供、供气企业的冬季保供压力逐年增大。为了落实碳达峰碳中和决策部署，北方城市未来的电力、天然气消耗量可能大幅提升，天然气、电力需求和供应时间尺度不匹配的问题将进一步加剧。以济南市为例，绘制电力、天然气、建筑供暖（冷）的逐日负荷变化特征曲线，对比三者的动态变化关系，分析建筑供暖（冷）转型对电力、天然气供给的影响，提出建筑供暖（冷）转型的合理化建议。1能源消费结构及建筑供暖（冷）的年度消耗量济南市能源消费总量约3 500万吨标准煤/a，煤炭消耗量为2 800万t原煤，折合2 400万吨标准煤/a，占比高达68%，高于国家平均水平（56.8%）[1]。煤炭的主要利用方式包括发电、供热、焦化。济南市天然气消耗量约18亿m3/a，仅占比7%。通过电网引入市外电力消耗量约100亿kWh/a，等价折算为标准煤后占比约9%。除去市外引入电力，济南市用电量约300亿kWh/a，主要由本地燃煤和可再生能源发电产生，总用电量约400亿kWh/a。研究人员对济南市能源数据进行了近似处理，不影响文中的观点及结论。济南市2020年能源消费结构如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.F001图1济南市2020年能源消费结构济南市集中供热面积为2.8亿m2，考虑采暖季热负荷延续曲线及热效率等因素，建筑集中供热耗能量折合约350万吨标准煤/a，夏季供冷耗能量约300万吨标煤/a。济南市建筑供暖（冷）的耗能量约占全市能源消费总量的18%，属于主要能源消费形式之一。2电气暖年度逐日负荷变化特征曲线的绘制各城市公布的各类能源消费数据主要是年度消耗总量，未细化至各类能源的逐日负荷变化特征。研究电力、天然气的逐日负荷变化特征对能源保障供给意义重大。基于城市能源的年度消耗总量，绘制电气暖年度逐日负荷变化特征曲线。为了便于对比分析，能源消耗量单位统一折算为标准煤。建筑冬季供暖120 d、夏季供冷120 d。济南市电力、天然气、建筑供暖（冷）消耗量如表1所示。济南市全社会用电年耗量依次大于冬季集中供热、夏季供冷、天然气；集中供热的日均能耗量最大，依次大于夏季供冷、全社会用电、天然气。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.T001表1济南市电力、天然气、建筑供暖（冷）消耗量项目年耗折标准煤/(万t/a)日均折标准煤/(万t/d)煤炭2 4006.57全社会用电1 700（等价）、500（当量）4.66（等价）、1.37（当量）天然气2400.66冬季集中供热(120 d)3502.92夏季供冷(120 d)3002.50参照济南市电力专项规划绘制2020年济南市电力年度逐日负荷变化特征曲线（见图2）。济南市电力负荷形成典型的双峰双谷负荷曲线，总变化趋势为夏冬两季高、春秋两季低，夏峰高于冬峰。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.F002图22020年济南市电力年度逐日负荷变化特征曲线参照济南市燃气专项规划绘制2020年济南市天然气年度逐日负荷变化特征曲线（见图3）。济南市天然气负荷形成典型的单峰单谷负荷曲线，总变化趋势为采暖季负荷高、非采暖季负荷低且平稳，与西安等北方城市相似[2]。依据济南市天然气实时监测数据，天然气负荷在采暖季与非采暖季的峰谷比达到5。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.F003图32020年济南市天然气年度逐日负荷变化特征曲线参照济南市供热专项规划绘制2020年济南市建筑供暖（冷）年度逐日负荷变化特征曲线（见图4）。建筑供暖（冷）负荷受到当日室外平均温度的影响较大。冬季供热时，室外温度越低，供热负荷越高；夏季供冷时，室外温度越高，供冷负荷越高。济南市建筑供暖、供冷负荷分别在供暖季、供冷季形成典型的单峰曲线，在非供暖（冷）季的需求为零，供暖负荷受到寒潮的影响较大。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.F004图42020年济南市建筑供暖（冷）年度逐日负荷变化特征曲线3逐日负荷的对比及相互影响分析3.1电气暖年度逐日负荷变化特征曲线的对比将济南市的电力、天然气、建筑供暖（冷）年度逐日负荷变化特征曲线绘制在同一坐标系。2020年济南市电气暖年度逐日负荷变化特征曲线如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.002.F005图52020年济南市电气暖年度逐日负荷变化特征曲线电力在夏季的峰值曲线随着建筑供冷负荷变动而变化，天然气冬季峰值曲线随着建筑供暖负荷变动而变化，建筑供暖（冷）负荷是电力、天然气曲线变化的原因之一。电力负荷曲线在冬季的峰值明显弱于夏季峰值，表明电力参与城市冬季供暖的负荷明显弱于夏季供冷；天然气负荷在夏季的值较低且平稳，表明天然气几乎没有参与城市供冷。非供热及非供冷季节，电力、天然气负荷均处于低谷状态。3.2“煤改电”“煤改气”对电力、天然气供给的影响建筑供暖（冷）负荷是影响电力、天然气峰谷变化的主要因素之一，随着建筑供暖的“煤改电”“煤改气”转型，影响效果越发明显。天然气的日均负荷基数相对较小，使用天然气分担供热比例会导致峰谷比增量相对较大。目前，济南市天然气负荷在采暖季与非采暖季的峰谷比达到5，假设天然气进一步承担建筑供暖30%的负荷比例，峰谷比将增加至9。济南市的电力日均负荷基数低于建筑供暖（冷）需求，电力参与建筑供暖（冷）的方向主要是夏季供冷，电力负荷曲线在冬季的峰值明显低于夏季，建筑供暖“煤改电”对城市供电稳定性的影响较小。电力具有极高的输送能力和灵活性，城市建筑供冷对电力产生高度依赖，电力的夏季峰值将进一步提升。4综合施策优化建筑供暖（冷）的转型方向严控煤炭消费总量，提升非化石能源、天然气的消耗比是北方城市能源转型的一致性思路，建筑供暖（冷）是城市能源消耗的重要组成部分。近几年，济南市处于夏季供电峰值、冬季天然气峰值时，电源、气源均进入满负荷运行的保供状态，为保证民生、重点用户供电供气，不得不对工业等用户采用电力限用措施。随着建筑供暖（冷）的用户数量进一步增加，能源革命，电力、天然气的消耗量将进一步提升。为了缓解电、气、暖的供需矛盾，减弱供应保障压力，避免实行限用措施，应从降低基础负荷、缓解峰谷比、改善供需矛盾的方向出发，改善电力、天然气在建筑供暖（冷）领域的利用方式。（1）提升建筑节能水平。提升建筑节能水平是降低建筑供暖（冷）负荷的根本措施之一。为了降低建筑碳排放，营造良好的建筑室内环境，应充分利用天然采光、自然通风，改善围护结构的保温隔热性能，提高建筑设备及系统的能源利用效率，改善建筑的用能结构。建筑节能通用规范要求进一步降低新建居住建筑和公共建筑的平均设计能耗水平，在2016年执行的节能设计标准基础上降低30%和20%[3]。（2）减弱建筑供冷的电力依赖度。夏季时大量用户采用电空调进行建筑供冷。城市应发展其他供冷方式，减缓建筑供冷对电空调的依赖，如发展浅层地热能等可再生能源供冷、天然气分布式冷热电联供、高温水吸收式热泵集中供冷等技术。（3）减弱建筑供暖的天然气依赖度。冬季时大量的城市用户将燃煤锅炉改为燃气锅炉，农村用户广泛安装燃气壁挂炉。城市应发展其他供热方式，减缓清洁取暖对天然气的依赖，如电厂余（废）热长距离输送[4]、可再生能源供热、垃圾焚烧等集中供热模式；农村等分散式用户因地制宜地采用空气源热泵、太阳能、生物质能等多能互补的供热模式。（4）构建建筑供暖（冷）的跨季节和调峰储能系统。储能是缓解能源需求和供应时间尺度不匹配问题的重要技术措施，跨季节储能有助于削填季峰和季谷，调峰储能有助于削填日峰和日谷。济南市建立多处化学电池储电站，推动抽水蓄电、制氢储氢、全社会新能源汽车智慧调配充电等储电项目；相关部门主导建设了3万水立方规模的LNG储配站，并规划进一步扩建，同时督促城镇燃气企业建设不低于其年用气量5%的储气设施；济南市推动地下跨季节蓄热（冷）技术[5]的应用，拟利用大体积的地下岩土或水体储热、储冷，在非采暖季储存电厂或垃圾焚烧产生的余废热，冬季储存冷负荷，实现热量夏储冬用、冷量冬储夏用。5结语以济南市为例，绘制了电力、天然气、建筑供暖（冷）的逐日负荷变化特征曲线，形象地展示了三者之间的大小特点、变化特征及逻辑关系，为相关人员对建筑供暖（冷）的转型方向思考提供参考。建筑供暖（冷）的转型方向结果也是业界逐步公认的转型方向，但结果有而不全、粗而不精，需要在逐日负荷对比曲线的基础上进一步深入开展研究，从应对动态变化的角度出发，综合施策，为北方城市建筑供暖（冷）的转型提供参考。