簡述天然氣調(diào)峰方式

張 月，王 涵，李俊楠

?

簡述天然氣調(diào)峰方式

張 月，王 涵，李俊楠

（中國石油工程建設(shè)公司大連設(shè)計(jì)分公司， 遼寧 大連116025）

天然氣作為當(dāng)今世界上公認(rèn)的清潔能源，以其潔凈安全及燃燒熱值高等方面的自身優(yōu)越性，得到各國環(huán)保部門和廣大用戶的歡迎。下游用戶的用氣量隨晝夜及季節(jié)的溫度變化分配較不均勻，因此天然氣調(diào)峰問題也得到越來越多的關(guān)注。主要介紹了幾種調(diào)峰方式的基本概況，以及各自的基本特點(diǎn)及簡單的原理流程。

液化天然氣；調(diào)峰方式；基本概況

1 前言

人們對(duì)天然氣的用量如同水、電一樣，分別有高峰使用階段和低谷使用階段。一年中，用氣量隨季節(jié)溫度的變化導(dǎo)致年用氣量的不平均，冬季氣溫的降低，用氣量較夏季增大很多，因此冬季為每年的用氣高峰。另外，工作日與節(jié)假日的用氣量也不相同，居民每日生活用量的不平均也會(huì)導(dǎo)致城市用氣量在每月甚至每日會(huì)出現(xiàn)高峰和低谷。由于城市燃?xì)饧竟?jié)調(diào)峰量大，從國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看季節(jié)調(diào)峰一般由上游供氣單位來承擔(dān)，因?yàn)橐话愠鞘腥細(xì)馄髽I(yè)難以承擔(dān)其建設(shè)費(fèi)用。上游供氣單位主要依靠地下儲(chǔ)氣庫、LNG接收站等來解決。一般短時(shí)間調(diào)峰，如日調(diào)峰和小時(shí)調(diào)峰由城市燃?xì)馄髽I(yè)承擔(dān)。

1.1 國外天然氣調(diào)峰技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

在北美、歐洲等天然氣蘊(yùn)藏量豐富的國家和地區(qū)，根據(jù)長期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，天然氣的長期和中期調(diào)峰任務(wù)通常采用地下儲(chǔ)氣庫、LNG儲(chǔ)罐來進(jìn)行調(diào)峰，而短期調(diào)峰主要靠輸氣管網(wǎng)自身的儲(chǔ)氣能力。美國主要利用地下儲(chǔ)氣設(shè)施來保障整體供氣安全，LNG主要用于日負(fù)荷的調(diào)峰。而對(duì)于日本和韓國等天然氣資源量較少，且主要供給量來自海上LNG進(jìn)口的國家，這些國家缺少適合的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造來建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫，所以他們會(huì)通過建設(shè)LNG儲(chǔ)罐以及調(diào)整用氣高峰期和低谷期的用氣價(jià)格等方法，解決用氣量在高峰和低谷兩個(gè)不同時(shí)期產(chǎn)生的供應(yīng)矛盾[1]。日本在LNG儲(chǔ)罐調(diào)峰和罐容計(jì)算以及下游用戶管理方面有著相當(dāng)成熟的技術(shù)水平。

1.2 國內(nèi)天然氣調(diào)峰技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

我國在天然氣調(diào)峰技術(shù)方面的發(fā)展水平還遠(yuǎn)不及一些在此技術(shù)方面成熟和發(fā)達(dá)的國家。但是近幾年來，隨著人們對(duì)天然氣需求量的大幅度的增加，調(diào)峰技術(shù)得到相關(guān)部門的重視和關(guān)注。我國中石油、中石化、中海油三家油公司主要承擔(dān)國內(nèi)長輸管線供氣系統(tǒng)，主要建有儲(chǔ)氣庫和LNG儲(chǔ)罐，儲(chǔ)存設(shè)施的方式和數(shù)量十分有限。早在1975年，大慶油田就建設(shè)了儲(chǔ)氣量高達(dá)0.39×108m3的薩爾圖中區(qū)一號(hào)地下儲(chǔ)氣庫，它的建成主要是利用枯竭的氣田。1993年到1994年期間，相關(guān)部門就對(duì)陜京線調(diào)峰問題的三種工況進(jìn)行了初步的研究和模擬分析。大連LNG項(xiàng)目自2005年4月開展前期研究，2008年4月開工建設(shè)，2011年4月已建成，11月開始投產(chǎn)。碼頭接卸能力超過1 000萬t/a，LNG有效存儲(chǔ)能力48萬m3，接收站氣化能力4 200萬m3/d，最大供氣能力150億m3/a，LNG裝船能力100萬t/a，LNG槽車裝車能力100萬t/a。雖然我國在近幾年來投進(jìn)大量的研究來解決城市燃?xì)獾恼{(diào)峰問題，但是我國用氣量大以及冬夏燃?xì)夤┙o量相差較大的城市還是缺乏相應(yīng)合適的應(yīng)急調(diào)峰設(shè)施，所以建立和選擇正確的調(diào)峰方式和儲(chǔ)備設(shè)施是解決城市用氣量不均產(chǎn)生的矛盾的有效措施。

2 天然氣調(diào)峰的主要方式

天然氣主要通過兩種方式來滿足調(diào)峰需求，地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰、地上儲(chǔ)氣庫調(diào)峰、LNG調(diào)峰、管道調(diào)峰、管束調(diào)峰等通過建設(shè)調(diào)峰設(shè)施來滿足調(diào)峰需求；選擇可中斷用戶、實(shí)行峰谷氣價(jià)等調(diào)峰方式則是通過對(duì)用戶用氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)來滿足調(diào)峰需求[2]。

2.1 主要調(diào)峰方式

（1）地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰

地下儲(chǔ)氣庫主要利用枯竭油氣藏、鹽礦層、地下巖穴和含水多孔層地下儲(chǔ)氣庫四種方式儲(chǔ)氣[3]，是目前世界上天然氣調(diào)峰儲(chǔ)存設(shè)施的最好方式之一，占總庫容量的90%以上。

地下儲(chǔ)氣庫有著其它儲(chǔ)氣方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它利用地層儲(chǔ)氣，儲(chǔ)量大，所耗建設(shè)成本低，受外界季節(jié)氣候變化影響較小，環(huán)保和安全性能好等很多優(yōu)勢。它是解決供氣與用氣月（或季度）不平衡的最佳手段，不僅可以作為供氣系統(tǒng)事故應(yīng)急儲(chǔ)備，同時(shí)也可以作為國家重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。

對(duì)地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰進(jìn)行研究時(shí)，首先應(yīng)該確定其存儲(chǔ)容積。儲(chǔ)氣庫存儲(chǔ)容積計(jì)算公式如下：

（2）地上儲(chǔ)氣庫調(diào)峰

地上儲(chǔ)氣庫也是較為普遍的一種儲(chǔ)存方式，主要分為高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣和低壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣，但隨著前者的廣泛使用，后者已幾乎被其代替。高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣主要用于小時(shí)或晝夜調(diào)峰。高壓儲(chǔ)氣罐在調(diào)峰過程中存在以下缺點(diǎn)：1）建設(shè)費(fèi)用高；2）儲(chǔ)氣量較??；3）調(diào)峰能力差；4）管理也較為復(fù)雜。因此，高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣用于城市燃?xì)庀到y(tǒng)調(diào)峰時(shí)一般不用作季度調(diào)峰或月調(diào)峰，而是主要用于小時(shí)或日調(diào)峰。

對(duì)于高壓儲(chǔ)氣罐，當(dāng)按照外部形狀劃分時(shí)，又可以分成兩類，分別是圓筒形儲(chǔ)氣罐和球型儲(chǔ)氣罐。其中球型儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣量計(jì)算公式如下所示：

（3）管道調(diào)峰

管道調(diào)峰包括天然氣長輸管道末段調(diào)峰和城市高壓管網(wǎng)調(diào)峰。前者儲(chǔ)存天然氣是通過改變輸氣管道末段的承壓，改變管道中的存氣量是通過壓力的升降，從而達(dá)到儲(chǔ)存或者輸出天然氣的目的。在用氣低谷時(shí)，用氣量小于供氣量，致使管網(wǎng)中多余的天然氣在壓力作用下進(jìn)入輸氣管道儲(chǔ)存；在用氣高峰時(shí)，用氣量大于供氣量，壓力作用將輸氣管道內(nèi)儲(chǔ)存的天然氣送入管網(wǎng)。因此，管線末段的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力取決于長輸管線起終點(diǎn)壓力的波動(dòng)范圍和管道容積。但是優(yōu)于管道儲(chǔ)氣能力存在一定的局限性，因此管道調(diào)峰方式主要被國內(nèi)用氣量較小的城市采用，用來調(diào)節(jié)晝夜或小時(shí)調(diào)峰[4]。

城市高壓管網(wǎng)同樣適用于小時(shí)調(diào)峰，它與管道末段調(diào)峰原理相差不大。由于城市高壓管網(wǎng)更接近用戶，所以相比于長輸管道末端調(diào)峰，它對(duì)用氣波動(dòng)能夠更快的做出響應(yīng)。相比較于儲(chǔ)氣罐具有投資費(fèi)用少、運(yùn)營維護(hù)便捷等特點(diǎn)。

（4）氣田（源）調(diào)峰

氣田（源）調(diào)峰主要依靠離下游用戶較近的氣田進(jìn)行調(diào)峰，在不影響氣田正常生產(chǎn)條件下，對(duì)氣田產(chǎn)能進(jìn)行擴(kuò)建，在需要進(jìn)行調(diào)峰時(shí)，通過備用井開井生產(chǎn)和放大壓差等方式進(jìn)行采氣調(diào)峰。該方法存在以下缺點(diǎn)：1）不利于氣田正常開發(fā)；2）只能采氣，達(dá)不到儲(chǔ)氣的目的；3）如果下游用戶區(qū)離氣田較遠(yuǎn)，則無法利用氣田進(jìn)行調(diào)峰[5]。

（5）液化天然氣調(diào)峰

天然氣液化后體積縮小620倍左右，大大縮小了儲(chǔ)存空間。LNG的儲(chǔ)存方式主要有：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲(chǔ)罐、地面金屬儲(chǔ)罐、地下凍穴存儲(chǔ)等。其中LNG儲(chǔ)罐應(yīng)用最為廣泛，是儲(chǔ)存LNG最主要的措施。LNG低溫儲(chǔ)罐建設(shè)投資費(fèi)用較大，但也有著其它調(diào)峰方式不可比擬的優(yōu)勢。例如，具有建址地點(diǎn)不受氣源遠(yuǎn)近、地理位置限制影響，存儲(chǔ)量大、啟停靈活、資源廣泛、墊層氣很少、調(diào)峰能力彈性好，性價(jià)比高等優(yōu)勢。液化天然氣儲(chǔ)存條件為常壓和低溫-162 ℃下，安全性能較好。用氣低谷時(shí)，天然氣液化儲(chǔ)存到儲(chǔ)罐內(nèi)；用氣較大時(shí)，LNG再汽化后供給下游用戶[6]。

LNG儲(chǔ)罐的罐容計(jì)算，也是各國研究LNG儲(chǔ)罐學(xué)者的關(guān)注點(diǎn)之一。根據(jù)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)研究可得出，儲(chǔ)罐的罐容和LNG儲(chǔ)罐運(yùn)輸船的有效船容、年平均日輸送量、連續(xù)不可作業(yè)天數(shù)、卸船時(shí)間、接收站的應(yīng)急備用量、季調(diào)峰存儲(chǔ)量等因素有關(guān)。目前，我國LNG接收站普遍選用的罐容為16×104m3的LNG全容罐，再根據(jù)計(jì)算得出的罐容量，可估算出所需要的LNG儲(chǔ)罐的數(shù)量。

（6）管束調(diào)峰

管束調(diào)峰是加壓裝置將埋地管線中氣體壓縮進(jìn)行儲(chǔ)氣，埋地管線可一組，也可多組布置[7]。高壓管束調(diào)峰原理和高壓儲(chǔ)氣罐相似，所以也可稱作高壓管式儲(chǔ)氣罐。它的直徑小，能夠承的受壓力高，選擇埋地方式較安全。但儲(chǔ)存量較小，但占地面積卻相對(duì)較大，而且建設(shè)壓縮機(jī)站和減壓裝置所需投資及操作費(fèi)用也相對(duì)較高，所以單從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度看，管束調(diào)峰并非最佳選擇，因此管束調(diào)峰主要用作城市配氣系統(tǒng)的小時(shí)和晝夜調(diào)峰。

（7）其他方式

除了上述主要的幾種調(diào)峰方式外，利用調(diào)節(jié)需求側(cè)用量的調(diào)峰方式，天然氣吸附調(diào)峰方式，天然氣水合物調(diào)峰方式，天然氣的市場化運(yùn)行調(diào)峰等措施。

2.2 以上幾種調(diào)峰方式對(duì)比

雖然可選擇的調(diào)峰方式很多，但根據(jù)各地區(qū)所出環(huán)境和下游用戶需求量的不同，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)峰方式至關(guān)重要，表1為以上幾種調(diào)峰方式的對(duì)比結(jié)果。

表1 調(diào)峰方式比較

3 結(jié)論與展望

雖然天然氣調(diào)峰方式很多，但根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況及下游用戶需求來選擇最為經(jīng)濟(jì)合適的方式尤為重要。一般一種調(diào)峰方式可適合多種調(diào)峰周期。例如，LNG儲(chǔ)罐調(diào)峰可用作月、日、時(shí)調(diào)峰；但有的調(diào)峰方式也只限制用一種周期調(diào)峰，所以若要對(duì)比每種調(diào)峰方式的優(yōu)劣，只有在相同調(diào)峰周期下比較才公平合理。

［1］ 魏明．LNG氣化站調(diào)峰研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012．

［2］ 姚月敏．建設(shè)天然氣多層次調(diào)峰體系的探討[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，34(8)．

［3］ 張嘉東．天然氣調(diào)峰方式工藝研究與工程化設(shè)計(jì)[D].廣東：華南理工大學(xué)，2013．

［4］ 趙燕輝. 輸氣管道調(diào)峰技術(shù)研究[D]. 撫順：遼寧石油化工大學(xué)，2013.

［5］ 沈孝風(fēng). 輸氣干線管網(wǎng)瞬態(tài)模擬仿真與優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 山東：中國石油大學(xué)(華東)，2010.

［6］ 楊帆，陳保東等. 液化天然氣技術(shù)在調(diào)峰領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn)，2006，25(10)：26-28.

［7］ 吳玉國. 城市供氣調(diào)峰措施[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008，27(12)：13-1.

Brief Profile of Natural Gas Peak Shaving Modes

（China Petroleum Engineering Construction Corporation Dalian Design Branch, Liaoning Dalian, 116025，China）

Natural gas as an acknowledged clean energy in today’s world，with its own superiority aspects of clean, safe and higher heat of combustion, is welcome by the environmental protection departments of every country and users. Gas consumption of downstream users varies with diurnal and seasonal temperature changes, and therefore more and more attention has been paid to the natural gas peak-shaving issue. In this paper, several basic peak-shaving ways were introduced, and their characteristics and simple principle processes were discussed.

natural gas; peak shaving mode; basic profile

TE 624

A

1671-0460（2016）07-1654-03

2016-05-09

張?jiān)拢?988-），女，遼寧阜新人，助理工程師，碩士研究生，2014年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：從事儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)工作。E-mail：zhangyue-dl@cpecc.com.cn。