關(guān)于利用能量計量天然氣的經(jīng)濟技術(shù)分析

張 偉，周進生

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083；2.中國石油北京油氣調(diào)控中心,北京 100007)

天然氣是一種以甲烷為主的混合氣體，除甲烷外，還有乙烷等烴類組分及氮、二氧化碳等非烴類組分。2007年，發(fā)改委發(fā)布的《天然氣利用政策》[1]將天然氣利用領(lǐng)域歸納為四大類，即城市燃氣、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工，作為燃料是天然氣的最主要用途。

天然氣的計量方式主要有質(zhì)量計量、體積計量和能量計量。體積計量方式是天然氣的傳統(tǒng)計量方式，也是我國當(dāng)前采用的交接計量方式。但是，天然氣能量計量方式目前已經(jīng)基本成為了國際上常用的天然氣貿(mào)易和消費結(jié)算方式。雖在能量單位上有所差異，但除俄羅斯和部分東歐及中亞國家外，北美、南美、西歐、中東和亞洲的大多數(shù)國家的天然氣交易合同無一例外均采用了天然氣能量計量方式，天然氣終端消費也同樣采用了能量計量。隨著天然氣(含LNG)進口氣量的逐年遞增和與他國天然氣貿(mào)易的廣泛開展，天然氣的能量計量方式也得到了關(guān)注和研究。最近幾年，我國學(xué)者和石油公司在研究和推進天然氣能量計量方面進行了大量細致的工作。陳賡良、黃維和、周志斌、黃黎明、常宏崗等[2-7]在分析國外天然氣能量計量的方法和特點的基礎(chǔ)上，著重研究和分析了天然氣能量計量方式在我國的必要性、可行性和實施方案。

1 天然氣實施能量計量的經(jīng)濟必然性

一直以來，我國天然氣貿(mào)易交接都是采取體積計量方式，且在計量標(biāo)準(zhǔn)、計量器具及其選配、計量檢測方式和手段以及與此相關(guān)的法律和規(guī)范等，已基本形成系列。天然氣消費按體積計量在貿(mào)易雙方和用戶心中銘刻下印記。但隨著全球經(jīng)濟一體化速度的加快，現(xiàn)行按體積的天然氣計量方式顯然難以適應(yīng)發(fā)展的要求，我國天然氣計量方式與國際慣例接軌是大勢所趨，實現(xiàn)天然氣按能量計量是我國天然氣計量發(fā)展的必由之路。

1.1 天然氣按能量計量體現(xiàn)了天然氣商品的實用價值

作為一種能源或燃料，天然氣無論是用于工業(yè)生產(chǎn)還是城鎮(zhèn)居民生活或者發(fā)電，都是通過燃燒天然氣獲取熱能或轉(zhuǎn)化為電能，利用的是天然氣的能量。天然氣的發(fā)熱量與其組分的燃燒熱有關(guān)，一般地，甲烷含量越高，發(fā)熱量越大。不同國家的天然氣組分含量可能不同，而且同一國家、同一地區(qū)和同一氣田的天然氣組分都有可能不同。因此，不同氣源的天然氣的能量值也有所不同。眾所周知，天然氣的使用價值就是為各種用途提供能量或熱能，因此天然氣按能量計量能夠切實反應(yīng)了天然氣這種商品的實用價值。

1.2 能量計量方式更能體現(xiàn)天然氣貿(mào)易的公平性和透明度

從科學(xué)合理和公平、便利及優(yōu)質(zhì)優(yōu)價的角度出發(fā)，天然氣按能量計量無疑更能反映天然氣本身的特征和利用價值，也能保證天然氣的質(zhì)量，高熱值高價。相對于按體積計量而言，按能量計量可以消除交接雙方因體積計量條件不同(不同國家采用不同標(biāo)準(zhǔn)工況)所引起的爭議，可信度和透明度更強，交易雙方都能接受。根據(jù)美國26個城市的統(tǒng)計，天然氣體積發(fā)熱量(高位)最小36.1MJ/m3，最大為45.0MJ/m3，二者相差高達24.6%。我國天然氣的高位發(fā)熱量最高為42.21MJ/m3(華北油田)，最低為33.23MJ/m3(吉林油田)，兩者相差27.0%[8-9]。因此，實施能量計量能夠充分體現(xiàn)天然氣貿(mào)易的公平性和透明度及科學(xué)性。

1.3 能量計量方式可以顯現(xiàn)出天然氣與其替代能源的經(jīng)濟優(yōu)劣性

煤、燃料油、電等能源產(chǎn)品的主要作用是向用戶提供熱能。因此，商品天然氣按能量計量能更加直觀的對比天然氣與其替代能源品種的經(jīng)濟價值。較高的單位熱值和較低的環(huán)境污染度值，體現(xiàn)出了商品天然氣的優(yōu)越性。

1.4 能量計量方式有利于與國際慣例接軌

現(xiàn)在，國際天然氣貿(mào)易，包括管輸天然氣和液化天然氣(LNG)貿(mào)易以及天然氣現(xiàn)貨、期貨和期權(quán)交易中，均用能量作天然氣的計量單位。1996年，中海油崖13-1氣田投產(chǎn)后，其輸往香港中華電力公司的天然氣實行了能量計量交接[10]。2006年，廣東大鵬LNG公司接收進口的澳大利亞LNG也是按能量進行交接，采用單位為MBtu(百萬英熱單位)。目前，進口LNG和國外管道天然氣已經(jīng)大量進入了我國，為了與國際慣例接軌，天然氣實行能量計量勢在必行。

2 天然氣實施按能量計量的技術(shù)可行性

ISO標(biāo)準(zhǔn)《天然氣能量的測定》給出了能量計量的定義：天然氣的能量計量是通過兩個不相關(guān)的測量來完成的，即體積或質(zhì)量流量的測量和體積或質(zhì)量發(fā)熱量的測量，將這兩種測量合成，可以計算得到天然氣的能量，計算公式如下：

E=Q×H

(1)

式中：E為天然氣的能量，MJ；Q為天然氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積，m3；H為天然氣高位發(fā)熱量，MJ/m3。

由于體積計量仍然是能量計量的一個組成部分， 故能量計量本身并不能提高交接計量的準(zhǔn)確度，而只是使計量的結(jié)果更為科學(xué)、公平和合理[11]。

2.1 多種交接界面有助于細化天然氣計量交接，有助于能量計量方式的實施

天然氣工業(yè)如同一根將氣井井口、加工處理廠、高壓輸氣管道、儲氣設(shè)施、低壓配送管網(wǎng)和終端用戶連接在一起的鏈條，鏈條上的每節(jié)鏈環(huán)都依靠其他各個環(huán)節(jié)而存在。按照運營特征及其商業(yè)交易，這條天然氣產(chǎn)業(yè)鏈可分為上、中、下游三大環(huán)節(jié)或三大板塊，即天然氣的生產(chǎn)、運輸和天然氣用戶(含配送)。

現(xiàn)在，我國天然氣上游(生產(chǎn))和中游(管道運輸)及下游(天然氣用戶)存在兩種不同的產(chǎn)輸銷模式。一種是上、中、下游一體化模式，即天然氣生產(chǎn)公司和管輸公司及下游用戶同屬一家油氣田企業(yè)，如中國石油西南油氣田分公司。另一種上、中、下游分離模式，也就是生產(chǎn)公司和管道公司及下游用戶分屬不同的盈利企業(yè)，如塔里木油田和西氣東輸管道公司及上海城市燃氣公司。不同銷售模式會產(chǎn)生不同的計量交接界面。圖1展示了我國現(xiàn)行的天然氣計量交接界面圖，數(shù)值1～10分別為不同情況下的交接界面，這些界面的存在有利于能量計量的實施。

圖1 我國天然氣計量交接界面

中游的管道公司可以通過能量計量方式確定購買或代運的天然氣氣量，即在界面1處實施能量計量確定天然氣量。同時，為了安全運營管道，在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)可以繼續(xù)采用體積計量方式運營天然氣管網(wǎng)。下游城市燃氣公司可以在管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)采用體積計量，在各類用戶界面(4、5和8、9、10)處交接天然氣的能量。能量計量方式既能體現(xiàn)出天然氣的商品價值，又不影響天然氣管網(wǎng)的現(xiàn)有運行方案，有助于天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的整合和升級。

2.2 大量的流量計和在線色譜分析儀有助于促進能量計量方式的實施

目前，英國、美國、意大利和奧地利等歐美國家采用在線色譜儀測量和不確定度校正相結(jié)合的方式計算天然氣的發(fā)熱值，進而結(jié)合超聲波流量計或孔板流量計的數(shù)值計算出天然氣的能量值?，F(xiàn)在，我國天然氣長輸管線使用的體積流量計量設(shè)備主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板、超聲流量計、渦輪流量計，小型用戶大多使用的是智能旋進旋渦流量計和腰輪流量。在圖1的計量交接界面圖中，主要以標(biāo)準(zhǔn)孔板和超聲流量計為主[3，5，10，12]。同時，在天然氣管網(wǎng)各關(guān)鍵貿(mào)易交接點(計量站)均配置了在線氣相色譜儀，而且一般站場也實現(xiàn)了采用離線的實驗室色譜儀測定天然氣的組成數(shù)據(jù)。這些流量計和色譜儀的存在，減少了實施能量計量方式的阻力，促進了能量計量方式的廣泛推廣。

2.3 科技的突破提升了天然氣能量計量的可行性

中國石油在近10年的時間內(nèi)，投入了大量了人力和物力研究和分析天然氣能量計量的必要性、可行性和技術(shù)要求。完成了“油氣計量方式與國際慣例接軌研究”、“天然氣能量計量配套技術(shù)研究”、“天然氣輸配系統(tǒng)氣質(zhì)管理方案的研究”、“管輸天然氣氣質(zhì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究”、“ 西南地區(qū)商品天然氣實施能量計量的方案研究”、“天然氣組成分析的溯源性研究”、“天然氣能量計量應(yīng)用與實施細則研究”、“西氣東輸二線天然氣能量計量體系應(yīng)用研究”等科研項目。形成了符合中國現(xiàn)行體系的天然氣能量計量技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)及管理文件，并在西南地區(qū)和北京地區(qū)得到了試驗應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果[11，13-16]。由式(1)可知，天然氣能量計量的關(guān)鍵因素在于天然氣體積流量和天然氣發(fā)熱值的確定。筆者認為：在得到某時間周期中的標(biāo)況體積流量及其相應(yīng)的平均高位發(fā)熱量后，即能計算得到天然氣的能量值

2.4 居民用戶天然氣能量計量方法的確定促進了天然氣能量計量的可行性

由于居民用氣點多、面廣，每戶用氣量相對較小，且目前的家用氣表不具備能量計量功能。因此，對城市民用天然氣能量計量應(yīng)采取定點計量、分別計算的方法，即在城市天然氣門站對不同氣源分別安裝在線氣相色譜儀測量天然氣的組分，然后將數(shù)據(jù)傳送給流量計進行能量計量，作為管道供氣商與城市燃氣公司進行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，并取該計量點天然氣單位發(fā)熱量的月平均值作為居民用天然氣的平均單位發(fā)熱量，最后根據(jù)用戶氣表累計的體積量計算當(dāng)月總能量。民用氣涉及千家萬戶，為了保證天然氣計量從體積計量平穩(wěn)地過渡到能量計量，居民用氣的能量計量工作應(yīng)放在天然氣能量計量工作的重中之重，并且盡快投入人力物力研發(fā)居民用戶能量計量儀表。

2.5 天然氣能量測量標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布促進了天然氣能量計量的可行性

國內(nèi)天然氣體積計量技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)接近國際水平。為了使我國天然氣計量方式與國際慣例接軌，國內(nèi)石油公司和計量研發(fā)企業(yè)組織開展了能量計量可行性和對標(biāo)工作。在參考ISO的1998年版和2007年版《天然氣能量的測定》標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，我國《天然氣能量的測定》國家標(biāo)準(zhǔn)已于2008年12月31日頒布(標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T22723-2008)，于2009年8月1日起正式實施。天然氣從體積計量轉(zhuǎn)為能量計量是大勢所趨，國內(nèi)天然氣計量改革勢在必行，《天然氣能量的測定》國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布，為實施天然氣能量計量創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件。

3 倡導(dǎo)能量計量方式，切實發(fā)揮天然氣的商品價值

3.1 能量計量方式有助于促進天然氣價格的改革

天然氣的商品屬性和經(jīng)濟價值主要體現(xiàn)在其清潔性、高熱值、價格低廉等方面。目前，北美、南美、西歐、中東和亞洲的大多數(shù)國家在采用了天然氣按能量計量交接的基礎(chǔ)上均實施了天然氣按能量收費的方式，進一步提高了天然氣利用的公平、合理性[5]。我國也應(yīng)該在充分借鑒國外天然氣交接計量和定價的基礎(chǔ)上，實施天然氣計量和計價方式的改革措施，分步實施天然氣能量計量和計價。

天然氣的合理定價應(yīng)該充分參考其他能源產(chǎn)品的市場價格。2010年天然氣與其他能源產(chǎn)品的價格對比見表1。

表1 2010年不同能源產(chǎn)品單位熱值價格對比數(shù)據(jù)表

表1中數(shù)據(jù)可以明顯發(fā)現(xiàn)，單位熱值下的天然氣價格遠遠低于石油產(chǎn)品的價格，但高于煤炭產(chǎn)品的價格。按照天然氣的發(fā)熱量計算，1000m3的天然氣相當(dāng)于10540kW·h電的發(fā)熱量[17-18]。2010年北京居民用電價格是0.4883元/kW·h，天然氣的價格是2.20元/ m3。則利用等熱值原理可知：天然氣價格與電力價格比為1∶2.34。由此可知，目前天然氣的價格存在著較大的不合理性。

根據(jù)與其他能源產(chǎn)品的單位熱值價格對比。2011年底，國家發(fā)展改革委發(fā)出通知決定在廣東省、廣西壯族自治區(qū)開展天然氣價格形成機制改革試點?？傮w思路是，將現(xiàn)行以“成本加成”為主的定價方法，改為按“市場凈回值”方法定價，即將天然氣的銷售價格與由市場競爭形成的可替代能源價格掛鉤，在此基礎(chǔ)上倒扣管道運輸費后回推確定天然氣各環(huán)節(jié)價格。上述價格改革的成功與否急需要天然氣計量交接方式的轉(zhuǎn)變，需要將“體積”計量方式快速轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰俊庇嬃糠绞?。這樣，有枝有葉天然氣價格改革措施的順利實施。

3.2 能量計量和計價方式有助于國家節(jié)能減排時政的推進和實施

“十二五”期間，節(jié)能減排工作是國家的一項重要的施政方針。天然氣這種能源產(chǎn)品的一個特點就是清潔、高效。因此，天然氣的合理計量和合理計價有助于推進天然氣能源產(chǎn)品市場的擴展，有助于國家節(jié)能國家時政的推進和實施。

天然氣的節(jié)能主要體現(xiàn)在其利用效率。煤炭、燃料油和天然氣的利用效率比較見表[2，19]。

表2 煤炭、燃料油和天然氣的利用效率對比表

根據(jù)我國《能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，2010年燃煤工業(yè)鍋爐熱效率可達70%～80%，而天然氣工業(yè)鍋爐的熱效率一般可達90%左右，有的甚至達到95%以上。因此，可知天然氣在節(jié)能方面較煤和燃料油具有較大的優(yōu)勢。

天然氣的減排優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其清潔性，能夠有效降低硫和二氧化碳的排放量。利用天然氣與煤炭相比，生產(chǎn)相同有效能量時，1m3天然氣與相應(yīng)可替代的煤炭相比，可減排一氧化碳47%～84%，氮氧化物44%～95%，一氧化硫和煙塵近100%。周志斌等人曾經(jīng)對“用天然氣替代煤對川渝地區(qū)環(huán)境效益的貢獻值”進行研究，結(jié)果表明：若川渝地區(qū)20%的煤可用天然氣替代，則可減少硫沉降對川渝地區(qū)農(nóng)作物和林業(yè)的損失達7.5億元人民幣[20]。

3.3 能量計量方式有助于天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的整合和升級

天然氣工業(yè)的發(fā)展離不開天然氣產(chǎn)業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展[21-22]。不論是歐美國家的上中下游分別獨立化的天然氣產(chǎn)業(yè)鏈模式，還是俄羅斯和中東地區(qū)的上下游一體化的天然氣產(chǎn)業(yè)鏈模式，能量計量方式都能通過公平、公正地展示天然氣的真實作用，提升了天然氣利用效率，得到了天然氣用戶的普遍接受和信服[4]。

目前，國內(nèi)天然氣下游市場上存在著種類繁多的天然氣，有來至中亞的進口管道氣，有庫爾勒的常規(guī)天然氣，有南疆的煤制氣，有山西的煤層氣，有四川的頁巖氣，有鄂爾多斯的三低氣藏氣，有來至澳大利亞的LNG，有來至卡塔爾的LNG，等等。不同氣源的單位能量值不同，不同氣源的單位制氣成本也不相同。通過實施天然氣能量計量，進而推動天然氣能量計價模式，高品質(zhì)天然氣收取較高的氣價，低質(zhì)低價。這樣能體現(xiàn)出天然氣商品的價值規(guī)律，能夠有效地分析和整合下游天然氣市場的氣源情況，促進了天然氣下游市場的發(fā)展和成熟。

下游天然氣市場貿(mào)易和消費的公平、公開和科學(xué)化，將會提升天然氣這種清潔能源在一次性能源消費比例中的數(shù)值。下游天然氣市場的獲利將會促進中游管道公司的資本投入和科研投入，將會進一步促進中游管道公司科學(xué)規(guī)劃天然氣管網(wǎng)布局，優(yōu)化天然氣管網(wǎng)運營方案，提升安全運營水平，降低能耗，獲取更好利潤，進而提升了中游天然氣管道行業(yè)的整合和升級。下游市場的整合及獲利和中游管道的升級及獲利將會推動上游天然氣勘探開發(fā)的資本投入，投入更多的人力物力促進我國天然氣氣田的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，促進我國非常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)的突破，進而獲取更多的天然氣工業(yè)氣流，即有利于下游天然氣市場的擴張，又降低了我國對于其他國家天然氣的依賴性。

總之，通過實施能量計量和計價方式，提高了天然氣市場和消費的科學(xué)化和公平化，促進的下游天然氣市場的發(fā)展和整合，進而促進了中游天然氣管道的整合及升級和上游天然氣氣田的發(fā)展；上游的發(fā)展將會提高天然氣的供應(yīng)量，促進了中游天然氣管道的發(fā)展，擴張了下游天然氣市場成熟和升級。從而，促進整個天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的整合和升級。

4 認識

1)天然氣的主要用途和商品價值屬性決定了天然氣應(yīng)該采用能量計量方式。

2)天然氣能量計量的關(guān)鍵在于天然氣體積流量的測量和天然氣發(fā)熱值的測定，天然氣體積流量的測量與天然氣的壓力、溫度、組分等因素有關(guān)；天然氣發(fā)熱值的測定可采用直接測量方式，或采用在線色譜儀測定組分后推算天然氣的發(fā)熱值。

3)各種科研項目研究成果的現(xiàn)場轉(zhuǎn)化和現(xiàn)場試驗，有助于論證天然氣能量計量的可行性?！短烊粴饽芰康臏y定》標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實施有助于推進天然氣能量計量的相關(guān)工作。

4)實施天然氣能量計量方式有助于天然氣價格的改革，有助于天然氣價格與其他能源產(chǎn)品價格的對比和調(diào)節(jié)。

5)天然氣能量計量和計價的方式有助于天然氣下游市場的發(fā)展，有助于天然氣中游管道和上游勘探開發(fā)的發(fā)展，進而有助于整個天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的整合和升級。

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