加氣站和充電站聯(lián)合建站可行性及市場(chǎng)性分析

羅林林 姜 全 高 興 楊 飛 周 蓉 閆明龍

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

由此可見(jiàn),電動(dòng)汽車和CNG汽車在節(jié)能性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及利好政策方面較傳統(tǒng)燃料汽車都有著明顯優(yōu)勢(shì),是我國(guó)汽車行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。根據(jù)日本和歐洲實(shí)地調(diào)研可知,城市是發(fā)展電動(dòng)汽車的重點(diǎn)地區(qū),利用現(xiàn)有加氣站,特別是在城區(qū)道路上的加氣站增設(shè)充電設(shè)施,是解決電動(dòng)汽車應(yīng)急充電需要,發(fā)展公共快速充電的一種重要方式,也是在傳統(tǒng)燃料汽車與電動(dòng)汽車過(guò)渡階段解決電動(dòng)汽車充電問(wèn)題最便捷有效的方式之一。目前我國(guó)有十萬(wàn)余座加氣站,不僅有得天獨(dú)厚的道路資源和網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)勢(shì),還有多年為汽車服務(wù)的經(jīng)驗(yàn),因此可考慮在占地面積較大的加氣站中增設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施[5]。

1 工藝設(shè)計(jì)

GB 50156-2012(2014年修訂)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱GB 50156-2012)第3.0.2條規(guī)定:“加油加氣站可與電動(dòng)汽車充電設(shè)施聯(lián)合建站”,但GB 50156-2012與GB 50966-2014《電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì)規(guī)范》并沒(méi)有規(guī)定合建的方式[6]。本文以國(guó)內(nèi)某CNG加氣站與充電站聯(lián)合建站工程為研究對(duì)象,該工程將CNG加氣站和充電站以兩個(gè)獨(dú)立功能的站進(jìn)行合建,其平面布置依據(jù)GB 50156-2012中表4.0.8“CNG工藝設(shè)備與站外建(構(gòu))筑物的安全間距”設(shè)計(jì)。本合建站中CNG加氣站防火間距滿足GB 50156-2012中表5.0.13-1和表5.0.13-2的要求。

1.1 CNG加氣站內(nèi)工藝

本合建站中CNG加氣站設(shè)計(jì)加氣規(guī)模為1.2×104m3/d,合建站日工作時(shí)間按9.5 h考慮。CNG加氣站工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 CNG加氣站工藝流程

1.1.1 分輸站來(lái)氣

CNG加氣站依托于上游分輸站來(lái)氣,原料氣由上游裝置負(fù)責(zé)處理,本站僅接收凈化CNG。裝置邊界設(shè)置SDV切斷閥,用于切斷本站進(jìn)氣來(lái)源。本站設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓力為1.0～1.2 MPa,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為1.8 MPa。

1.1.2 脫水裝置

使用橇裝化脫水裝置,水露點(diǎn)要求≤-20℃,如果使用環(huán)境極端溫度低于該溫度,可以對(duì)水露點(diǎn)提出更高要求。

脫水橇選用雙塔結(jié)構(gòu),吸附劑使用分子篩,使用降壓閉式循環(huán)工藝,為減少額外設(shè)備,裝置設(shè)計(jì)溫度280℃,加熱設(shè)備使用電加熱,再生使用風(fēng)冷形式,處理能力為1 000 m3/h。

1.1.3 緩沖罐

為保證壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),設(shè)置壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐,容積按照天然氣在儲(chǔ)罐內(nèi)的停留時(shí)間不小于30 s來(lái)確定緩沖罐的最小容積。

1.1.4 天然氣壓縮機(jī)

根據(jù)分輸站來(lái)氣量,選用往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行增壓,冷卻方式建議使用水冷方式,天然氣進(jìn)氣壓力為1.0～1.2 MPa,出口壓力≤25 MPa,進(jìn)氣溫度約20℃,出口溫度約45℃。天然氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)增壓后,經(jīng)過(guò)順序控制盤進(jìn)入下一裝置。

1.1.5 順序控制盤

本裝置可根據(jù)各儲(chǔ)氣瓶組壓力,自動(dòng)分配增壓后的天然氣。順序控制盤為獨(dú)立設(shè)計(jì)的快充加氣控制盤系統(tǒng),可接受壓縮機(jī)直充來(lái)的天然氣流量。順序控制盤與高、中、低壓站用儲(chǔ)氣瓶組及售氣機(jī)共同構(gòu)成三線快充控制系統(tǒng),為汽車提供加氣服務(wù),快充加氣控制盤系統(tǒng)與壓縮機(jī)的PLC控制盤為聯(lián)鎖控制,當(dāng)汽車進(jìn)站加氣時(shí),先從站用儲(chǔ)氣瓶組取氣,按低、中、高順序?yàn)槠嚰託?當(dāng)站用儲(chǔ)氣瓶組壓力降低時(shí),壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng),并優(yōu)先給售氣機(jī)加氣。

1.1.6 儲(chǔ)氣瓶組

本加氣站設(shè)置儲(chǔ)氣瓶組1組。為提高取氣率,本加氣站選用單個(gè)容積為2.2 m3的儲(chǔ)氣瓶4個(gè),高、中、低壓儲(chǔ)氣瓶比例按照1∶1∶2設(shè)置。

1.1.7 CNG加氣機(jī)

本加氣站選用智能型雙槍加氣機(jī)2臺(tái)。加氣機(jī)設(shè)有拉斷關(guān)閉閥,在加氣過(guò)程中,如果因意外事故導(dǎo)致加氣槍和加氣機(jī)斷開,關(guān)閉閥可快速關(guān)閉氣源。

1.1.8 放散系統(tǒng)

本工程放散系統(tǒng)分別設(shè)置高、低壓放散管,增壓前設(shè)備及管道的放散進(jìn)入低壓放散管,增壓后設(shè)備及管道的放散進(jìn)入高壓放散管。

本加氣站的氣源氣質(zhì)滿足GB 18047-2000《車用壓縮天然氣》要求,且天然氣中H2S含量滿足車用壓縮天然氣指標(biāo)要求,所以未設(shè)置脫硫流程。

1.2 充電站內(nèi)工藝

電動(dòng)汽車能源供給主要有充電和換電兩種模式,其中充電模式分為常規(guī)充電和快速充電。常規(guī)充電又稱普通充電或慢速充電。

本充電站設(shè)計(jì)規(guī)模設(shè)置了6套非車載充電裝置(快速充電裝置)及3套交流充電裝置(慢速充電裝置)。電源由本充電站北側(cè)的10 kV供電線路提供。電纜線以埋地的方式引至本充電站內(nèi)的變配電室高壓配電柜,以供站內(nèi)9個(gè)充電樁使用。本充電站具體用電負(fù)荷情況見(jiàn)表1。

表1充電站具體用電負(fù)荷情況

設(shè)備名稱臺(tái)數(shù)/臺(tái)容量/kW計(jì)算負(fù)荷安裝運(yùn)行單臺(tái)運(yùn)行有功計(jì)算Pjs/kW無(wú)功計(jì)算Qjs/kvar視在計(jì)算Sjs/kV·A天然氣壓縮機(jī)組111401409860.7115.2脫水裝置1140402716.7331.76 加氣機(jī)22121.30.811.53 電動(dòng)汽車充電樁電控箱1116016011481.75142.5 注:1 kvar=1kW·sinθ,1 kV·A=1 kW·cosθ,cosθ代表功率因素。

GB 50156-2012中第5.0.7款中明確:“電動(dòng)汽車充電設(shè)施應(yīng)布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi)”。其中“輔助服務(wù)區(qū)”指加氣站用地的紅線范圍內(nèi)且不在加氣作業(yè)區(qū)的地區(qū)。GB 50156-2012中第2.1.6款對(duì)“加氣作業(yè)區(qū)”的解釋如下:“加油加氣站內(nèi)布置油(氣)卸車設(shè)施、儲(chǔ)油(儲(chǔ)氣)設(shè)施、加油機(jī)、加氣機(jī)、加(卸)氣柱、通氣管(放散管)、可燃液體罐車卸車停車位、車載儲(chǔ)氣瓶組拖車停車位、LPG(LNG) 泵、CNG(LPG) 壓縮機(jī)等設(shè)備的區(qū)域。該區(qū)域的邊界線為設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域邊界線加3 m,對(duì)柴油設(shè)備為設(shè)備外緣加3 m”。汽油加油機(jī)的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域以加油機(jī)中心線為中心,以半徑為4.5 m的地面區(qū)域?yàn)榈酌?以加油機(jī)頂部以上0.15 m處水平半徑為3 m的平面為頂面的圓臺(tái)形空間。這個(gè)空間外加3 m范圍都屬于加油機(jī)的加油作業(yè)區(qū)。所以在實(shí)際布置中,加油作業(yè)區(qū)以外區(qū)域至少為加油機(jī)中心線外7.5 m之外的區(qū)域。

1.3 合建站內(nèi)布局設(shè)計(jì)

本合建站中充電站距離加氣作業(yè)區(qū)29.68 m,滿足規(guī)范要求。合建站內(nèi)總平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 合建站內(nèi)總平面布置圖

2 可行性分析

1)對(duì)于加氣站的建設(shè),穩(wěn)定的氣源是加氣站運(yùn)行的基礎(chǔ)。若CNG加氣站出現(xiàn)氣源緊張,則會(huì)影響加氣站的正常運(yùn)轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致加氣站無(wú)法正常提供服務(wù)[7]。

2)本合建站噪聲在75～100 dB(A)之間,主要來(lái)自裝置切換閥、天然氣壓縮機(jī)以及放散管放散的氣流噪聲?？刂拼胧┯?盡量選用低噪聲設(shè)備,合理布置總圖,將壓縮機(jī)設(shè)置在壓縮機(jī)房?jī)?nèi),并對(duì)廠房進(jìn)行專業(yè)降噪處理。在總圖布置上,須保證噪聲源與辦公值班地點(diǎn)間的防噪聲距離,盡量將噪聲源布置在辦公值班地點(diǎn)全年最小風(fēng)頻上風(fēng)向。合理布局各站場(chǎng),使各站場(chǎng)廠界噪聲符合GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3)合建站內(nèi)機(jī)械設(shè)備眾多,存在著擠壓、碰撞、剪切卷入、絞、碾等多種機(jī)械傷害危險(xiǎn)。本合建站的醫(yī)療救助可依托當(dāng)?shù)乜h醫(yī)療資源,且生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、密閉化,降低工人接觸易受傷作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

4)施工期對(duì)環(huán)境的不利影響主要表現(xiàn)在場(chǎng)地平整、管溝開挖、施工機(jī)械、車輛和人員踐踏等活動(dòng)造成土壤擾動(dòng)和植被的破壞,進(jìn)而引發(fā)水土流失等環(huán)境問(wèn)題;管溝回填后要產(chǎn)生大量的棄土,這些棄土如若處理不當(dāng),不僅破壞植被,還會(huì)加重水土流失;修建道路,要?jiǎng)佑猛潦?必將破壞地表植被,改變土壤結(jié)構(gòu),取土及棄土措施如若不當(dāng),易引發(fā)水土流失等自然災(zāi)害;站場(chǎng)的建設(shè)改變了原土地利用類型,會(huì)使農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)受到一定影響。施工時(shí)應(yīng)采用塑料編織布對(duì)暫閑置料堆進(jìn)行覆蓋,工地應(yīng)實(shí)施半封閉隔離施工,如防塵隔聲板護(hù)圍,以減輕施工揚(yáng)塵對(duì)周圍空氣的影響。

3 市場(chǎng)性分析

在市場(chǎng)需求方面,大中型CNG載貨汽車按平均日行駛里程490 km、運(yùn)行天數(shù)305 d,百公里耗氣量6.0 m3進(jìn)行測(cè)算,CNG載貨汽車單車年消耗CNG 89 670 m3;大中型CNG載客汽車按平均日行駛里程295 km、年運(yùn)行天數(shù)305 d,百公里耗氣量36 m3進(jìn)行測(cè)算,CNG載客汽車單車年消耗CNG 10 980 m3。目前國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格與國(guó)際天然氣價(jià)格水平相近[15],上調(diào)空間不大,近幾年在世界范圍內(nèi)燃料的短缺和價(jià)格上漲等趨勢(shì)還會(huì)加劇[16],隨著油價(jià)的上漲,天然氣銷售市場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步興旺[17]。壓縮天然氣汽車數(shù)量的增多和天然氣加氣站的建設(shè),必將帶動(dòng)與天然氣汽車及電動(dòng)汽車相關(guān)的機(jī)械制造、電子電器、儀器儀表、高壓貯運(yùn)、新工藝、新材料以及教育培訓(xùn)等行業(yè)的發(fā)展,創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì),促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[18]。

綜上所述,CNG汽車與電動(dòng)汽車具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等優(yōu)勢(shì),是新能源汽車的一個(gè)發(fā)展方向。所以CNG加氣站與充電站合建的投運(yùn)具備很好的市場(chǎng)前景。

4 結(jié)論

1)本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和實(shí)際工程驗(yàn)證了加氣站可與電動(dòng)汽車充電站聯(lián)合建站。

2)合建站在平面布置中應(yīng)重點(diǎn)考慮將電動(dòng)汽車充電設(shè)施布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi),該區(qū)域的邊界線為設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域邊界線加3 m,即7.5 m以外的區(qū)域。

3)合建站建設(shè)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)主要集中在氣源、噪聲、機(jī)械損傷、環(huán)保等方面:應(yīng)保障氣源穩(wěn)定供應(yīng);噪聲須滿足GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求;依托當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源且應(yīng)用自動(dòng)化、密閉化方式減少易受傷作業(yè)機(jī)會(huì);施工時(shí)應(yīng)采用塑料編織布對(duì)暫閑置料堆進(jìn)行覆蓋,工地應(yīng)實(shí)施半封閉隔離施工,如設(shè)置防塵隔聲板護(hù)圍等。

4)電動(dòng)汽車使用成本只有傳統(tǒng)燃油汽車使用成本的十分之一,且在保養(yǎng)方面,電動(dòng)汽車和CNG汽車的保養(yǎng)均較燃油車的保養(yǎng)簡(jiǎn)單、實(shí)惠。在市場(chǎng)需求方面,載貨CNG汽車單車年消耗CNG約8.967×104m3,載客CNG汽車單車年消耗CNG約1.098×104m3,市場(chǎng)需求量大。因此加氣站與充電站聯(lián)合建站具備很好的市場(chǎng)前景。