淺析城市天然氣供應(yīng)的儲(chǔ)存與調(diào)峰

寶雞中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司 楊鴻斌

隨著國家能源開發(fā)的進(jìn)一步加強(qiáng)，天然氣已成為本世紀(jì)城市能源消費(fèi)的主力軍，天然氣進(jìn)入越來越多的城市，城市天然氣消費(fèi)也不斷擴(kuò)大。由于天然氣消費(fèi)具有小時(shí)、日、月及季節(jié)的不均衡性，加之天然氣供應(yīng)和消費(fèi)之間存在著不平衡性，因此必須選擇合適的儲(chǔ)氣和調(diào)峰方式，才能有效地解決供用氣的均衡性問題。

1 天然氣儲(chǔ)存方式

1.1 儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣

儲(chǔ)氣罐主要用于解決短期用氣不平衡的問題。儲(chǔ)氣罐按壓力可分為兩類，即低壓儲(chǔ)氣柜和高壓儲(chǔ)氣罐。

低壓儲(chǔ)氣柜的儲(chǔ)氣壓力低，調(diào)峰時(shí)用加壓站將天然氣加壓進(jìn)入城市管網(wǎng)中，目前這種儲(chǔ)氣方式逐漸淘汰。

高壓儲(chǔ)氣罐一般采用圓筒形和球形兩種結(jié)構(gòu)。目前球形儲(chǔ)罐正向大型化發(fā)展，國外出現(xiàn)了直徑為47.3 m、容積為5.55萬m3的大型球罐。我國采用進(jìn)口鋼材，能制造5 000～10 000 m3的大型球罐。

1.2 高壓管道儲(chǔ)氣

高壓管道儲(chǔ)氣實(shí)際上是一種高壓管式儲(chǔ)氣罐，高壓管道儲(chǔ)氣方式一般有兩種：一種為繞城高壓環(huán)網(wǎng)儲(chǔ)氣，在城市周圍人口密度較小的地段設(shè)置環(huán)狀高壓管道，既可以用作儲(chǔ)氣，又能向城市多點(diǎn)供氣，優(yōu)化供氣工況。另一種為門站內(nèi)的管束儲(chǔ)氣，由一組或若干組管道組成管束，靈活方便調(diào)度。

1.3 管道末段儲(chǔ)氣

管道末段是指從最后一個(gè)壓氣站的出口到城市配氣站之間的管段。合理制定輸氣方案，充分利用管道末段的儲(chǔ)氣能力，可在一定程度上緩解天然氣的供求矛盾，但由于管道末段儲(chǔ)氣量的限制，這種方法一般只能用于短期調(diào)峰。

1.4 地下儲(chǔ)氣庫

地下儲(chǔ)氣庫是利用天然地質(zhì)構(gòu)造(如枯竭的油氣田和含水層等)建造的。與其他儲(chǔ)氣方式相比，一是能滿足用戶秋冬季節(jié)的過大用氣量的需求，二是維持干線輸氣管道系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上建有地下儲(chǔ)氣庫約634座，總儲(chǔ)氣能力超過6 000億m3，占世界總用氣量的 15%。目前，地下儲(chǔ)氣庫主要分布在美國、獨(dú)聯(lián)體、加拿大等天然氣消費(fèi)大國。

為了緩解北京冬季的供氣壓力，中國石油先后在大港油田利用枯竭的氣藏建成了大張坨、板 876和板中北高點(diǎn)3座地下儲(chǔ)氣庫，大張坨儲(chǔ)氣庫總庫容為44.65億m3。

1.5 LNG儲(chǔ)存

采用天然氣液化方法可以大大提高天然氣的儲(chǔ)存量，所以使用 LNG是用來調(diào)節(jié)城市燃?xì)饧竟?jié)高峰和事故氣源的手段之一 ，將大量天然氣液化后儲(chǔ)存于低溫儲(chǔ)罐中，在用氣高峰時(shí)將LNG氣化進(jìn)行城市燃?xì)庹{(diào)峰。

2 城市天然氣的調(diào)峰

城市用氣有月、日、時(shí)的不均衡性，而氣源的生產(chǎn)和供應(yīng)一般是均衡的。為了解決均勻供氣與不均勻用氣之間的矛盾，并保證各類用戶總能得到足夠流量和正常壓力的燃?xì)夤?yīng)，必須采取有效的調(diào)峰手段使燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)供需平衡。

城市燃?xì)庹{(diào)峰方式主要有利用儲(chǔ)氣設(shè)施、改變氣源生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動(dòng)氣源、利用緩沖用戶發(fā)揮調(diào)度作用。

2.1 季節(jié)調(diào)峰

對(duì)城市燃?xì)夤?yīng)企業(yè)，季節(jié)調(diào)峰一是需要利用儲(chǔ)氣設(shè)施，二是必須依靠上游氣源進(jìn)行調(diào)節(jié)。為便于分析城市天然氣的調(diào)峰，本文以寶雞中燃的用氣情況為實(shí)例進(jìn)行分析。

寶雞中燃現(xiàn)有居民用戶24萬，工業(yè)32戶，商福611戶，加氣車輛約5 000輛。2009年銷售氣量10 303.3萬m3，其中CNG加氣站3 298.35萬m3，占32.1%；居民用戶2 412.13萬m3，占23.4%；工業(yè)用戶2 916.34萬 m3，占28.7%；商福業(yè)用戶1 631.24萬m3，占15.8%。

下面以各類用戶在冬高峰12月份和夏高峰7月份時(shí)的用氣情況來說明季節(jié)調(diào)峰。

表1 月高峰用氣量單位：萬m3/月

從表1可以看出，寶雞市月高峰系數(shù)為1.4，夏季較平均月下降12.5%，冬季用氣較平均月增加41%。在季節(jié)變化、月用氣量大幅改變的情況下，要保證寶雞市正常平穩(wěn)用氣，至少需要通過±40%供氣波動(dòng)來滿足。由于寶雞沒有用于季節(jié)調(diào)峰的儲(chǔ)氣設(shè)施，唯一的途徑就是通過上游供氣單位改變氣源產(chǎn)能，達(dá)到季節(jié)調(diào)峰的目的。

2.2 日調(diào)峰

在寶雞市的32家工業(yè)用戶中，主要是鋼鐵、鈦材類加工企業(yè)和玻璃生產(chǎn)類企業(yè)，加工類企業(yè)主要屬于間歇式生產(chǎn)，調(diào)度這類工業(yè)用戶的用氣時(shí)間對(duì)日調(diào)峰具有重大的影響。對(duì)連續(xù)性工業(yè)企業(yè)由于日產(chǎn)能基本穩(wěn)定，一旦生產(chǎn)運(yùn)行，每天用氣量的波動(dòng)不大。日氣量變化另一個(gè)因素是居民、商福用戶因氣溫、節(jié)假日、日常生活等引起的。2009年12月19日用氣高峰日用氣量見表2。

表2 2009年12月19日供氣量(用氣量)單位：萬m3

從表2可看出，寶雞市日高峰系數(shù)為1.58，即在高峰日時(shí)，需增加58%的氣量才能滿足正常的用氣。在2009年12月19日用氣高峰日，實(shí)際用氣44.5萬m3，上游直接日供氣36萬m3，缺口8.5萬m3。由于寶雞市現(xiàn)有4 000 m3的球罐4座，可調(diào)峰氣量11.2萬m3，對(duì)當(dāng)日出現(xiàn)的氣量缺口，利用球罐儲(chǔ)存的氣量進(jìn)行彌補(bǔ)，達(dá)到調(diào)峰的目的。同時(shí)，我們還根據(jù)工業(yè)、居民等用戶的用氣量和用氣工況，制定應(yīng)急預(yù)案和調(diào)度計(jì)劃，通過調(diào)度計(jì)劃調(diào)整供氣量。當(dāng)氣量缺口較大，球罐儲(chǔ)量難以滿足調(diào)峰需要時(shí)，我們就通過調(diào)整用氣量較大的工業(yè)用戶的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間，平衡部分日不均勻用氣，達(dá)到日調(diào)峰。例如大工業(yè)用戶寶鈦集團(tuán)，生產(chǎn)性質(zhì)屬于間歇式生產(chǎn)，生產(chǎn)升溫和實(shí)際生產(chǎn)過程用氣量差別很大。在用氣高峰期，雙方調(diào)度人員緊密聯(lián)系，當(dāng)其準(zhǔn)備進(jìn)行投料生產(chǎn)時(shí)，先通知我公司，我公司調(diào)度人員根據(jù)當(dāng)日上游供氣量和球罐儲(chǔ)量以及加熱爐的用氣量，決定其開爐時(shí)間，以避開用氣高峰。而對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)的石油機(jī)械廠，由于其生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間相對(duì)固定，當(dāng)氣量不足時(shí)，我司就直接通知其停止生產(chǎn)，錯(cuò)開高峰日安排其生產(chǎn)時(shí)間。加氣車輛在2009年用氣量達(dá)3 298萬m3，占總氣量的32%，利用其雙能源的特點(diǎn)，也可以充分發(fā)揮氣量調(diào)峰的作用。對(duì)這些有可替代能源的車輛，在高峰日難以保證其用氣時(shí)，就通知車主改用其他燃料行駛，減少用氣量，減輕供氣壓力。

2.3 小時(shí)調(diào)峰

城市各類天然氣用戶的小時(shí)用氣工況各不相同，同一類用戶小時(shí)用氣工況也相差很大，因此存在很大的小時(shí)不均勻性。一般地說，城市天然氣的小時(shí)調(diào)峰問題可依靠儲(chǔ)氣設(shè)施或上游供氣來解決；對(duì)有CNG汽車加氣站的城市，還可以通過調(diào)整其壓縮機(jī)工作時(shí)間，來達(dá)到小時(shí)調(diào)峰的目的。利用球罐，將日用氣低峰時(shí)輸氣管網(wǎng)中剩余的的天然氣儲(chǔ)存起來，待小時(shí)用氣高峰時(shí)輸出供應(yīng)城市用氣。我們?nèi)?010年9月9日的供氣狀況來進(jìn)行分析，見表3。

表3 2010年9月9日的小時(shí)供用氣量單位：m3

從表3可得出，計(jì)算日小時(shí)不均勻系數(shù)為1.9。在24小時(shí)供氣過程中，上游基本保持均量供氣，球罐由于用氣的不均勻性，時(shí)刻在進(jìn)行氣量的吞吐，在低谷小時(shí)最低用氣4 299 m3，最大進(jìn)氣量7 195 m3；在高峰小時(shí)最大用氣量21 612 m3，供氣量12 176 m3，最大調(diào)峰量9 436 m3。

從小時(shí)用氣量變化情況看，在11～13、17～20、6～7三個(gè)時(shí)段內(nèi)分別達(dá)到最大日用氣量的三個(gè)高峰，其中11～13時(shí)段的用氣量為全天用氣量的最高峰；一天中用氣量最低谷為4～5時(shí)。用氣量在一天中的變化波幅達(dá)到17 313 m3，小時(shí)用氣量極不均勻。

日常在日小時(shí)高峰時(shí)，我們主要是發(fā)揮球罐的調(diào)峰作用，從表3供、用氣量的對(duì)比就可以清晰的表明：低谷時(shí)球罐不斷進(jìn)氣，調(diào)峰時(shí)又向外輸氣，始終保持正常的供氣，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以算出9日球罐調(diào)峰進(jìn)氣量43 671 m3，出氣量36 795 m3，實(shí)際進(jìn)氣6 876 m3。在冬季供氣高峰期間，除了球罐調(diào)峰外，我們還可以通過調(diào)節(jié)CNG加氣站的壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間和車輛加氣時(shí)間來進(jìn)行氣量調(diào)峰。即在三個(gè)用氣高峰時(shí)段，適當(dāng)調(diào)整各加氣站的工作時(shí)間，保障居民生活和公福用氣。例如姜譚路加氣站在每日8:00～12:00、公園路加氣站在12:00～16:00時(shí)、群眾路加氣站在18:00～22:00時(shí)分別停止壓縮機(jī)運(yùn)行和加氣，以避開高峰時(shí)用氣緊張期。在用氣低谷時(shí)，我們開啟壓縮機(jī)，向氣井內(nèi)補(bǔ)氣，同時(shí)向車輛進(jìn)行加氣，從而達(dá)到小時(shí)調(diào)峰的目的。

3 結(jié)論

(1)選擇哪一種天然氣儲(chǔ)存方式，與上游的供氣能力、城市的規(guī)模、用戶的數(shù)量及結(jié)構(gòu)等因素息息相關(guān)，要綜合考慮，因地制宜。

(2)城市天然氣存在調(diào)峰問題是不可避免的，隨著用氣量的增大，其調(diào)峰問題越發(fā)變得重要。為解決城市燃?xì)庹{(diào)峰問題，可從供氣和用氣兩方面來考慮。供氣方面可采取調(diào)整產(chǎn)氣井?dāng)?shù)、調(diào)整長輸管道運(yùn)行方案、建立儲(chǔ)氣庫等；用氣方面可采取建設(shè)儲(chǔ)氣罐、建設(shè)調(diào)峰廠、利用可切換多種燃料的大型工業(yè)企業(yè)用戶、加作為緩沖用戶等。

(3)由于城市用戶用氣量受多種因素影響變化較大，為此，必須建立一套行之有效的調(diào)度或調(diào)度聯(lián)系體系，以加強(qiáng)氣量的及時(shí)調(diào)配工作。否則，將有可能影響正常的供氣生產(chǎn)。