上海天然氣主干網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度保供應(yīng)探究

上海天然氣管網(wǎng)有限公司　高玉珍

上海天然氣主干網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度保供應(yīng)探究

上海天然氣管網(wǎng)有限公司高玉珍

對(duì)上海市供用氣情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)從優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配、協(xié)調(diào)上游調(diào)峰支持和發(fā)揮氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制作用等方面探究，并針對(duì)上述因素，提出了一些能夠緩和調(diào)峰矛盾，確保本市天然氣安全可靠供應(yīng)的建議。

天然氣調(diào)峰優(yōu)化管網(wǎng)氣電聯(lián)調(diào)

0　引言

隨著上海能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，天然氣作為一種清潔高效的能源，近十年來需求量大幅增加，用戶類型也拓展到大工業(yè)和電廠，由此對(duì)供氣提出了較高的要求，也帶來了一些運(yùn)行上的困難，如調(diào)峰能力不足等。

本文從天然氣主干網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)著手，對(duì)本市供用氣情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)從優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配、協(xié)調(diào)上游調(diào)峰支持和發(fā)揮氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制作用等方面探究，以達(dá)到緩和調(diào)峰矛盾，從而確保本市天然氣的安全可靠供應(yīng)。

1　天然氣主干網(wǎng)的基本情況

上海天然氣從1999年進(jìn)滬以來，由單一東海天然氣供應(yīng)浦東，經(jīng)過十多年的大力發(fā)展，已形成東海天然氣、西氣東輸、川氣、洋山LNG和五號(hào)溝LNG等多氣源供應(yīng)的局面。天然氣主干網(wǎng)亦已形成“南北貫通、東西互補(bǔ)、兩環(huán)相連”的管網(wǎng)格局；除崇明約80 km管線尚未投入使用外，目前本市在役天然氣主干網(wǎng)約有670 km(設(shè)計(jì)壓力為1.6～6.0 MPa、管徑為DN500和DN800)，主要沿著上海郊環(huán)線和外環(huán)線敷設(shè)；上海天然氣主干網(wǎng)承擔(dān)著向全市供應(yīng)的任務(wù)，2015年供氣(入網(wǎng))規(guī)模超過72億m3，是一張重要的能源生命網(wǎng)。

天然氣主干網(wǎng)主要有1.6、2.5、4.0、6.0 MPa四個(gè)壓力級(jí)制的管道，長(zhǎng)度分別占比為30%、20%、15%和35%；其特點(diǎn)是：6.0 MPa管道南北貫通形成“C”字型、由4.0和6.0 MPa管道向1.6和2.5 MPa兩個(gè)環(huán)網(wǎng)供氣，形成“東西互補(bǔ)、兩環(huán)相連”的管網(wǎng)格局(見圖1)。

圖1　天然氣主干網(wǎng)示意

2　本市供用氣情況分析

2. 1供用氣分布情況

2.1.1供氣分布情況

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從氣源供應(yīng)的分布情況看，東南面氣源多，有東氣、洋山LNG、西氣東輸二線和川氣，約占70%；而西北面只有西氣東輸一線的單一氣源，約占30%。

除東氣和五號(hào)溝LNG外，其余的氣源均進(jìn)入6.0 MPa管網(wǎng)。6.0 MPa管道具有儲(chǔ)氣功能，一般運(yùn)行壓力控制在3.5～5.5 MPa。

2.1.2用氣情況分布

6.0MPa管網(wǎng)用氣主要是電廠、大工業(yè)和郊區(qū)等用戶，約占60%；4.0 MPa管網(wǎng)主要是部分電廠等用戶，約占5%；1.6～2.5 MPa管網(wǎng)主要是城市燃?xì)饧安糠执蠊I(yè)用戶，約占35%。

另外，從用氣分布情況看，東南面用氣約占60%，西北面用氣超過40%；因西北面供氣量小于用氣量，所以常常在用氣高峰時(shí)，北面6.0 MPa管網(wǎng)容易出現(xiàn)低壓區(qū)，極端情況下壓力會(huì)低于3.3 MPa(電廠用氣壓力需大于3.3 MPa)。

2.2用氣情況分析

本市天然氣用戶主要分城市燃?xì)?包括居民和營(yíng)事團(tuán)體用戶等)、大工業(yè)和電廠用戶。據(jù)2015年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，三類不同用戶用氣月不均勻系數(shù)K1的情況詳見表1。

表1　不同用戶月不均勻系數(shù)K1

城市燃?xì)?月、12月用氣負(fù)荷較高，最高出現(xiàn)在12月為1.47，最低在8月為0.70；大工業(yè)用戶用氣相對(duì)較均勻，最高出現(xiàn)在12月為1.08；電廠用戶用氣最高在8月為1.32，最低在10月僅為0.55。夏季電廠用量最高，而城市燃?xì)庥昧孔畹停脷庹眯纬苫パa(bǔ)；但冬季電廠與城市燃?xì)飧叻逵脷馐恰半p峰”相疊，容易造成供應(yīng)不足、用氣緊張的困難局面。

另外，城市燃?xì)庖惶熘械男r(shí)用氣負(fù)荷變化較大，詳見圖2。以2016年1月25日為例(當(dāng)天，天然氣用氣總量創(chuàng)歷史新高達(dá)到3 473萬m3，城市燃?xì)庥昧考s占總量的55%)，從圖2可以看出，城市燃?xì)庖惶鞎?huì)出現(xiàn)2次用氣高峰，中高峰出現(xiàn)在10∶00～12∶00、晚高峰在17∶00～19∶00，以晚高峰用氣最高；用氣低谷出現(xiàn)在凌晨2∶00～4∶00，峰谷比系數(shù)約為3。高峰時(shí)段往往會(huì)出現(xiàn)調(diào)峰量的不足的情況，這對(duì)天然氣調(diào)峰供應(yīng)提出了很高要求。

圖2　城市燃?xì)庑r(shí)不均勻系數(shù)K3分布

3　天然氣調(diào)峰能力不足原因分析

3.1上游供應(yīng)的均衡性

東氣是由東海海上開采氣井來供應(yīng)的，氣量調(diào)節(jié)需靠開或關(guān)氣井來實(shí)現(xiàn)，這種操作風(fēng)險(xiǎn)大，所以東氣供應(yīng)比較均勻；西氣和川氣，因其沿線用戶多，為保障其管道安全運(yùn)行 ，一般通過合同約定的、采用相對(duì)較均勻的方式來供氣；洋山LNG承擔(dān)了調(diào)峰的主要作用，但受到儲(chǔ)罐數(shù)量(即儲(chǔ)量)和氣化能力的限制，調(diào)峰能力有限?？偟膩碚f，上游氣源供應(yīng)相對(duì)較均衡。

3.2城市燃?xì)庥脷獾牟痪鶆蛐?/p>

上海經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整使得本市用氣結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，據(jù)統(tǒng)計(jì)，城市燃?xì)狻⒋蠊I(yè)用戶和燃機(jī)電廠用氣比例分別是48%、24%和28%。城市燃?xì)馐翘烊粴夤?yīng)的基本對(duì)象。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、第三產(chǎn)業(yè)的興起、對(duì)環(huán)保要求的提高促使新型燃?xì)庠O(shè)備的開發(fā)、老百姓生活質(zhì)量的提高，在生活方式、用氣習(xí)慣、熱水器普及和氣溫等因素的影響下，尤其是采暖設(shè)施的使用和推廣，使城市燃?xì)舛居脷庑枨蟠蠓岣?，但夏季處于用氣低谷?/p>

從表1可知冬季12月用氣是夏季8月的2倍多；從圖2可知高峰用氣是夜間低谷的近3倍。城市燃?xì)庥脷獠痪鶆?、占比又較高，加劇了供需不平衡和調(diào)峰的矛盾。

3.3燃?xì)怆姀S被用于電力調(diào)峰

近年來燃?xì)怆姀S用氣方式發(fā)生了一些變化，夏季受外來水電增多影響，用氣計(jì)劃下調(diào)，用氣需求明顯下降；而冬季用于電力調(diào)峰的需求快速提升，高峰時(shí)段用氣量增幅較大，這使得電廠和城市燃?xì)舛居脷庑枨蟑B加；春秋季用量日漸低迷。燃?xì)怆姀S用氣的季節(jié)、日和小時(shí)不均勻性突出，與上游均衡供氣的方式產(chǎn)生較大沖突，加劇了天然氣調(diào)峰的矛盾。

3.4調(diào)峰設(shè)施建設(shè)滯后

上海天然氣調(diào)峰手段主要依靠洋山LNG，但受儲(chǔ)罐數(shù)量(即儲(chǔ)量)和氣化能力的限制，調(diào)峰能力有限。新一輪的天然氣儲(chǔ)氣擴(kuò)建等工程可能需到“十三五”后期建成，從“十三五”天然氣發(fā)展用氣需求來看，調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)相對(duì)滯后。

4　優(yōu)化調(diào)度對(duì)策措施探究

優(yōu)化調(diào)度是在現(xiàn)有管網(wǎng)設(shè)施的條件下，通過管網(wǎng)調(diào)配、與上下游協(xié)商供用氣方式等，緩和或解決調(diào)峰不足、供需不平衡矛盾，以確保管網(wǎng)安全運(yùn)行、保障天然氣安全可靠供應(yīng)。

4.1優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配

因天然氣主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)和供用氣分布特點(diǎn)，使東南面氣源多、西北面少。優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配需根據(jù)用戶分布情況、用氣計(jì)劃、預(yù)測(cè)和用氣變化趨勢(shì)，通過調(diào)節(jié)門站和調(diào)壓站的壓力設(shè)置值、結(jié)合6.0 MPa管網(wǎng)的儲(chǔ)氣情況，盡可能從東南面多配送天然氣至用戶端，將西北面氣源用于對(duì)壓力要求高的電廠用戶。

通過優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配，既可以減少東南面氣源長(zhǎng)距離輸送造成最北段壓差大的輸送困難，又可使管網(wǎng)運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，確保運(yùn)行安全。

4.2協(xié)商上游調(diào)峰支持

目前進(jìn)入天然氣主干網(wǎng)的有5大氣源，可根據(jù)氣源特點(diǎn)，利用首站的接氣尚未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模(輸送能力有富余)的情況下，商請(qǐng)上游支持，即保持日供氣量不變，在用氣高峰時(shí)段增加小時(shí)供應(yīng)量、夜間用氣低谷時(shí)減少供應(yīng)，這樣就可增加調(diào)峰能力，最大可能滿足用戶用氣需求。

4.3發(fā)揮氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制作用

4.3.1本市電力基本情況

去年本市用電量超過1 400億kW·h，本地機(jī)組發(fā)電約占60%(其中燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電約占總量的7%、占本地發(fā)電機(jī)組的12%)，外來受電超過40%。截至2015年底，上海電網(wǎng)擁有7家在役燃機(jī)電廠、19臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為550萬kW(滿負(fù)荷小時(shí)耗氣量約100萬m3)；燃機(jī)占本地機(jī)組總裝機(jī)容量的1/4左右，發(fā)電利用約為1 800 h。

4.3.2燃?xì)鈾C(jī)組特點(diǎn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，去年燃?xì)鈾C(jī)組天然氣用量約占本市總量的28%。由于燃機(jī)啟?？焖?、用氣比例較高，燃機(jī)發(fā)電是天然氣管網(wǎng)較為理想的平衡調(diào)節(jié)天然氣的手段，因此燃機(jī)可以作為可中斷的大用戶為天然氣管網(wǎng)調(diào)氣峰，即在冬季天然氣用氣高峰時(shí)段減少使用，夏季在電力高峰時(shí)段、或春秋季天然氣富裕時(shí)多用天然氣。燃機(jī)可對(duì)氣、電運(yùn)行起到雙調(diào)峰的重要作用。

4.3.3氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制的重要作用

上海早在10年前(天然氣機(jī)組用于發(fā)電時(shí))，政府相關(guān)部門就意識(shí)到電力和天然氣作為本市的主要能源行業(yè)，能源總平衡的重要性和復(fù)雜性，建立了氣電聯(lián)調(diào)的協(xié)調(diào)機(jī)制。兩個(gè)行業(yè)有各自的特點(diǎn)，如夏季電力的迎峰度夏、冬季燃?xì)獾谋８叻澹幸欢ǖ幕パa(bǔ)性；但又因天然氣行業(yè)上游照付不議供應(yīng)的剛性，春秋季用氣低谷時(shí)，可能會(huì)發(fā)生洋山LNG儲(chǔ)罐脹庫的風(fēng)險(xiǎn)或冬季用氣特高峰時(shí)造成LNG儲(chǔ)罐低庫存等困難。通過政府相關(guān)部門的協(xié)調(diào)(包括電力調(diào)度的支持)春秋季可適當(dāng)降低燃煤機(jī)組的負(fù)荷(或調(diào)停部分機(jī)組)、增開天然氣機(jī)組以消納富裕的天然氣；在冬季天然氣用氣高峰時(shí)段，適當(dāng)降低部分燃機(jī)負(fù)荷(或少開燃機(jī))以削減管網(wǎng)小時(shí)高峰用量。2016年1月強(qiáng)寒潮期間，在政府相關(guān)部門的高度重視和不懈努力下，多次召開氣電聯(lián)調(diào)協(xié)調(diào)會(huì)，克服了種種困難，確保了管網(wǎng)運(yùn)行和本市天然氣供應(yīng)的安全。上海氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制在電力和天然氣行業(yè)發(fā)揮了重要作用，在國(guó)內(nèi)也屬首創(chuàng)。

4.4運(yùn)用價(jià)格杠桿對(duì)大工業(yè)用戶進(jìn)行錯(cuò)避峰

探索實(shí)行季節(jié)和峰谷氣價(jià)，即不同類型用戶價(jià)格隨季節(jié)和時(shí)段浮動(dòng)。鼓勵(lì)具有雙燃料的大工業(yè)(包括發(fā)電行業(yè))、或部分大用戶通過全年生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整來安排夏季多用氣、冬季少用氣；在高峰時(shí)段尤其在冬季，降低用氣負(fù)荷。運(yùn)用價(jià)格杠桿，起到錯(cuò)避峰的調(diào)峰作用，從而確保天然氣主干網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行、保障本市天然氣的供應(yīng)安全。

5　結(jié)語

通過對(duì)天然氣主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和供用氣情況的分析，認(rèn)為在現(xiàn)有管網(wǎng)設(shè)施和現(xiàn)行政策的條件下，通過采用優(yōu)化管網(wǎng)調(diào)配、協(xié)調(diào)上游調(diào)峰支持和發(fā)揮氣電聯(lián)調(diào)機(jī)制作用等優(yōu)化調(diào)度方面的對(duì)策措施，對(duì)緩和或解決調(diào)峰矛盾是行之有效的，也對(duì)確保安全供應(yīng)起到至關(guān)重要的作用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，繼續(xù)探索運(yùn)用價(jià)格杠桿來錯(cuò)避峰以及增加儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施是很有必要的，可進(jìn)一步增加調(diào)峰能力，保障全市天然氣供應(yīng)的安全。

Discussion on the Main Network’s Dispatching Optimization of NG Supply in Shanghai

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd.Gao Yuzhen

The article analyzes the situation of gas supply and demand in Shanghai, focuses on the following aspects, such as, gas network optimization, balance of gas peak-shaving, and linkage mechanism between gas and electric. In view of each aspect, some suggestions are showed to ease the contradiction between peaking and ensure the stable gas supply.

natural gas peak-shaving, network optimization, gas and electric linkage