佛山市三水區(qū)城市天然氣調(diào)峰與應(yīng)急系統(tǒng)的分析研究

陳 聰 李錦輝 廖 騰

1.北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院北京市“供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司佛山分公司

描述了佛山市三水區(qū)天然氣供應(yīng)現(xiàn)狀，對(duì)2018年的計(jì)算月日用氣量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，計(jì)算了小時(shí)調(diào)峰儲(chǔ)氣量、應(yīng)急儲(chǔ)氣量，結(jié)合調(diào)峰和應(yīng)急儲(chǔ)備的規(guī)模和方式，探討了三水區(qū)應(yīng)急調(diào)峰系統(tǒng)的最優(yōu)方式。

背景

天然氣的應(yīng)急調(diào)峰問題是每個(gè)城市供氣系統(tǒng)中不可忽視的重要問題之一。隨著佛山市三水區(qū)的不斷發(fā)展，加上近年三水區(qū)政府對(duì)環(huán)境污染問題的愈加重視，導(dǎo)致了三水區(qū)天然氣用氣的爆發(fā)式增長，而在上游氣源“照付不議”的供氣大環(huán)境下，天然氣的應(yīng)急與調(diào)峰問題也日益展現(xiàn)。如何安全而又穩(wěn)定地保障三水區(qū)天然氣的供應(yīng)，并滿足三水區(qū)發(fā)展對(duì)天然氣的需求，是三水燃?xì)庥邢薰拘枰鉀Q的重要問題。本文對(duì)佛山市三水區(qū)天然氣應(yīng)急調(diào)峰的需求和設(shè)施進(jìn)行探討。

三水區(qū)天然氣供應(yīng)現(xiàn)狀

佛山市作為廣東省LNG 試點(diǎn)工程一期工程于2006年9月就開始了供氣，而佛山市三水區(qū)中心科技工業(yè)園也于2007年底實(shí)現(xiàn)了天然氣的供應(yīng)，供應(yīng)量也是逐年上升，到2010年三水燃?xì)夤咎烊粴夤饬窟_(dá)到了3950萬m3/年，而到2014年底供氣量將達(dá)到19000 萬m3/年的高度，年增長率達(dá)到了48%之多。而天然氣氣源也正從最開始的深圳大鵬LNG 的單一氣源逐步轉(zhuǎn)變成以西氣東輸二線為主要?dú)庠矗钲诖簌iLNG、卡塔爾LNG、珠海LNG、珠海-中山天然氣管道氣為輔的供氣系統(tǒng)。佛山市三水區(qū)天然氣利用一期工程供氣系統(tǒng)流程圖見圖1。

三水區(qū)天然氣用氣量預(yù)測(cè)

隨著三水區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，三水區(qū)天然氣供應(yīng)的現(xiàn)狀已不能滿足供氣需求的擴(kuò)大，因此三水燃?xì)夤具m時(shí)啟動(dòng)天然氣利用二期工程，根據(jù)市場(chǎng)的需要和政府政策的要求，天然氣利用二期工程用氣規(guī)模預(yù)測(cè)見表1，小時(shí)不均勻系數(shù)見表2。

表1 2018年三水區(qū)天然氣利用工程二期用氣規(guī)模預(yù)測(cè)表

圖1 佛山市三水區(qū)天然氣現(xiàn)狀供應(yīng)流程圖

表2 小時(shí)不均勻系數(shù)表

調(diào)峰應(yīng)急儲(chǔ)備及方式

天然氣調(diào)峰儲(chǔ)氣與應(yīng)急儲(chǔ)氣規(guī)模及其相應(yīng)方式往往根據(jù)城市能源發(fā)展規(guī)劃，并結(jié)合氣源供應(yīng)、用戶及輸配系統(tǒng)的具體情況來制定的。

1）調(diào)峰儲(chǔ)氣量及方式

三水區(qū)天然氣輸配系統(tǒng)是由佛山市高壓管網(wǎng)輸氣干線負(fù)責(zé)的月、日調(diào)峰，因此只需要對(duì)三水區(qū)用于小時(shí)調(diào)峰的儲(chǔ)氣量進(jìn)行計(jì)算。若佛山市高壓管網(wǎng)按日用氣量逐時(shí)供氣，經(jīng)計(jì)算2018年三水區(qū)用于小時(shí)調(diào)峰的儲(chǔ)氣量將達(dá)到40.11×104m3，儲(chǔ)氣系數(shù)為23.46%。

目前國內(nèi)天然氣調(diào)峰儲(chǔ)氣方式主要有高壓管網(wǎng)儲(chǔ)氣、高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣、LNG 儲(chǔ)罐儲(chǔ)氣、高壓管束儲(chǔ)氣、地下儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)氣等。而這些調(diào)峰儲(chǔ)氣方式中高壓管道儲(chǔ)氣和LNG 儲(chǔ)罐是應(yīng)用最為廣泛的，前者合理的利用了城市輸氣高壓管網(wǎng)，保證了不間斷地向用戶供氣，同時(shí)又能儲(chǔ)存部分天然氣，這部分天然氣可用于調(diào)峰和應(yīng)急，它不但節(jié)約了投資，運(yùn)行維護(hù)管理也極其方便。而后者雖然設(shè)施的費(fèi)用比較高，并且運(yùn)行管理和維修費(fèi)用也較高，但是它也有儲(chǔ)存量大，反應(yīng)較快等優(yōu)點(diǎn)，若作為小時(shí)調(diào)峰有較大優(yōu)勢(shì)。

結(jié)合三水區(qū)目前的燃?xì)庠O(shè)施狀況，可首選高壓管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰儲(chǔ)氣，次選LNG 儲(chǔ)氣站進(jìn)行調(diào)峰儲(chǔ)氣。

2）應(yīng)急儲(chǔ)氣量及方式

三水區(qū)的天然氣用戶分為居民用戶、商業(yè)用戶、小工業(yè)用戶、大工業(yè)用戶四種。作為事故應(yīng)急儲(chǔ)備，不可能解決全部用戶的用氣，應(yīng)按照用氣負(fù)荷優(yōu)先等級(jí)滿足重要用戶的應(yīng)急供氣要求。用氣負(fù)荷優(yōu)先等級(jí)可見表3。

表3 用氣負(fù)荷優(yōu)先等級(jí)

由于三水區(qū)現(xiàn)有主氣源為西氣東輸二線，根據(jù)《西氣東輸工程可行性研究總報(bào)告》中的描述：西氣東輸干管預(yù)計(jì)事故率為每年1.68 次，每次停氣事故時(shí)間為68h。因此，結(jié)合三水區(qū)實(shí)際情況，天然氣應(yīng)急氣源的應(yīng)急事件取3 天為宜。

根據(jù)三水區(qū)用氣規(guī)模預(yù)測(cè)表可以得出三水區(qū)2018年所需日應(yīng)急氣量為33.52×104m3，應(yīng)急時(shí)間按照3 天考慮，則需要應(yīng)急氣量為100.55×104m3。

LNG 儲(chǔ)氣站是目前世界上大多數(shù)城市首選的應(yīng)急氣源裝置，它具有儲(chǔ)存效率高、儲(chǔ)運(yùn)方式靈活、機(jī)動(dòng)性高等優(yōu)點(diǎn)，相較而言，LNG 儲(chǔ)氣站又為經(jīng)濟(jì)。因此，在三水區(qū)推薦選用LNG 儲(chǔ)氣站作為應(yīng)急氣源。

調(diào)峰與應(yīng)急儲(chǔ)氣的優(yōu)化

經(jīng)過核算，三水區(qū)內(nèi)有DN 為500mm 的高壓燃?xì)夤艿兰s為26km，可提供管道儲(chǔ)氣量約為4.4×104m3，這些儲(chǔ)氣可用于小時(shí)調(diào)峰，但是與2018年所需用于小時(shí)調(diào)峰的儲(chǔ)氣量相去甚遠(yuǎn)，因此需要考慮其他調(diào)峰方式。與此同時(shí)，LNG 只作為應(yīng)急氣源時(shí)，不可避免地存在運(yùn)行時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)效益差、設(shè)備利用率低、維護(hù)費(fèi)用高等問題。因此，可以利用LNG 低溫儲(chǔ)罐將調(diào)峰與應(yīng)急氣源站融為一體，優(yōu)化配置，這樣不僅減少了一次性投入，占地少，運(yùn)行效率高，還能較好地解決事故應(yīng)急氣源站運(yùn)行時(shí)間短、利用率低、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重的矛盾。

2018年三水區(qū)用于小時(shí)調(diào)峰的儲(chǔ)氣量為40.11×104m3，而用于事故應(yīng)急的儲(chǔ)氣量為100.55×104m3，因此LNG 儲(chǔ)氣站只需要設(shè)立容積為250m3的立式儲(chǔ)罐7 臺(tái)，總儲(chǔ)氣量為105×104m3，就能滿足2018年的小時(shí)調(diào)峰與應(yīng)急氣量。

LNG 儲(chǔ)氣站可集常規(guī)小時(shí)調(diào)峰與事故應(yīng)急于一體。當(dāng)在用氣高峰時(shí)，儲(chǔ)氣站內(nèi)儲(chǔ)存的LNG 通過氣化向管網(wǎng)供氣，用以彌補(bǔ)上游供氣量的不足；當(dāng)上游供應(yīng)系統(tǒng)處于事故狀態(tài)時(shí)，LNG 儲(chǔ)氣站則代替上游進(jìn)行供氣；當(dāng)輸氣管網(wǎng)中某地出現(xiàn)事故時(shí)，LNG 儲(chǔ)氣站還可以通過給LNG汽車注入LNG 并運(yùn)輸至事故地區(qū)來供氣，以保證附近區(qū)域正常用氣。

結(jié)語與建議

1）鑒于三水區(qū)目前的調(diào)峰儲(chǔ)氣與應(yīng)急儲(chǔ)氣的缺陷，建設(shè)完善應(yīng)急調(diào)峰儲(chǔ)備設(shè)施的任務(wù)已經(jīng)迫在眉睫。

2）堅(jiān)持“多種氣源、多種途徑、因地制宜、合理利用”的方針。雖然三水區(qū)未來的來氣渠道逐漸增多，供氣安全性保障會(huì)大大提高，但是設(shè)置LNG 應(yīng)急調(diào)峰儲(chǔ)備仍十分必要。

3）使用LNG儲(chǔ)氣站不但能解決常規(guī)小時(shí)調(diào)峰的問題，同時(shí)還解決了事故應(yīng)急的問題，即正常情況下氣化站用于小時(shí)調(diào)峰，事故狀態(tài)用作應(yīng)急氣源代替上游供氣。