淺析城鎮(zhèn)天然氣保障供應系統(tǒng)建設(shè)模式

邱禹桐

（中國華電集團清潔能源有限公司華北分公司，天津 300202）

天然氣資源相比于國內(nèi)其他的化石能源來說，在應用過程中具有成本價格較為低廉且清潔性較強的優(yōu)勢，因此也成為我國日常居民生產(chǎn)生活中的理想應用資源。目前，不同國家都在尋求更加低碳且綠色的經(jīng)濟發(fā)展方式，而天然氣能源作為清潔性能源，在綠色經(jīng)濟發(fā)展時代中所占據(jù)的應用比例也在不斷增加。城鎮(zhèn)天然氣供應系統(tǒng)的運行主要面臨的是兩大問題，首先是天然氣資源存儲量與人民日常生產(chǎn)生活日益增長的天然氣需求量之間的矛盾，其次，就是天然氣供應保障系統(tǒng)中輸氣端和用氣端之間的矛盾。而構(gòu)建城鎮(zhèn)天然氣安全供應和保障體系，就是為了有效地解決我國天然氣資源在運輸過程中存在的一系列矛盾問題，其中，解決天然氣輸配過程中的調(diào)峰以及緊急供應問題成為幫助天然氣保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵切入。近十幾年間，我國西氣東輸以及其他大型規(guī)模的輸氣管線建設(shè)工程，也讓我國城市天然氣供應系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴大。但是在城鎮(zhèn)，天然氣供應系統(tǒng)建設(shè)初期，由于城鎮(zhèn)居民對天然氣的應用效率較低，因此，很多供應系統(tǒng)中并沒有建設(shè)具備應急使用的能源儲存設(shè)備，而為了有效地滿足天然氣使用的調(diào)峰需求，天然氣供應系統(tǒng)中建設(shè)了大量的調(diào)峰儲氣設(shè)施。由此可見，在天然氣的輸配系統(tǒng)中調(diào)峰儲氣設(shè)施以及應急儲氣設(shè)施之間出現(xiàn)了部分功能的重疊現(xiàn)象，而這些問題也嚴重地影響到了我國城鎮(zhèn)天然氣供應系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，更應該通過分析城鎮(zhèn)天然氣系統(tǒng)中的調(diào)峰儲氣設(shè)施與應急儲氣設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)性，才能找到解決城鎮(zhèn)天然氣供應系統(tǒng)供應矛盾的切入點，從而達到推動我國天然氣供應系統(tǒng)穩(wěn)定運行的建設(shè)目標。

1.城鎮(zhèn)天然氣供應系統(tǒng)的調(diào)峰設(shè)施

天然氣資源在傳送和應用的過程中，通常會呈現(xiàn)出日傳送量不均勻、月傳送量不均勻以及小時傳送量不均勻的特征，在不同的時間段內(nèi)天然氣的消耗量具有較大的差異性。因此，為了有效地調(diào)節(jié)天然氣供氣量與用氣量之間差異巨大的問題，達到一定意義上的供需平衡目標，就需要建設(shè)天然氣系統(tǒng)的調(diào)峰設(shè)施。

1.1 利用可調(diào)用戶實現(xiàn)調(diào)度功能

對于季節(jié)性以及每日的天然氣調(diào)峰工作，可以利用可調(diào)峰用戶來減少天然氣的調(diào)峰供應量。通過利用可調(diào)峰用戶達到天然氣資源供應的科學調(diào)度目標。這種方法在運用過程中具有投資規(guī)模小、運行成本低廉等優(yōu)勢，但是在選擇可調(diào)峰用戶方面具有較大的局限性，因此，對絕大多數(shù)城鎮(zhèn)地區(qū)的天然氣系統(tǒng)來說，這種調(diào)峰方式并不可取。

1.2 建設(shè)天然氣調(diào)峰儲氣設(shè)備

在天然氣輸配系統(tǒng)中，通過利用儲氣設(shè)備發(fā)揮的氣體儲存功能解決天然氣供應以及需求之間的矛盾是最為有效也是最為常見的一種方式。當前，我國的天然氣輸配系統(tǒng)中常見的資源存儲方式有壓力存儲方式、液化存儲方式以及地下存儲方式等。而目前我國城鎮(zhèn)地區(qū)的天然氣輸配系統(tǒng)中，采用最多的存儲方式就是壓力存儲方式以及液化存儲方式。例如，應用高壓管道實現(xiàn)對天然氣資源的存儲功能，就能夠有效地將管道上有來氣的壓力應用起來，實現(xiàn)對天然氣的壓縮存儲。除此之外，建設(shè)天然氣調(diào)峰存儲基地也是一種有效的調(diào)峰設(shè)施建設(shè)方法，也能夠達到解決天然氣運輸管線供需平衡的目的。

1.3 發(fā)揮天然氣價格杠桿的調(diào)節(jié)作用

除了采用技術(shù)措施以及調(diào)峰設(shè)施建設(shè)的方法之外，我國天然氣的供應部門也可以通過發(fā)揮天然氣價格調(diào)節(jié)杠桿的作用，來實現(xiàn)對于天然氣輸送的調(diào)峰目標。例如，可以針對不同季節(jié)的天然氣供應采取不同的定價方式，同時，也可以采用階梯式的定價方式來實現(xiàn)對天然氣價格的調(diào)整。在用氣低峰階段，以較為實惠的天然氣價格鼓勵居民用氣。而在天然氣用氣高峰階段，通過提升天然氣價格來控制用量，從而達到維持天然氣供應平衡的目標[1]。

1.4 尋找天然氣供應系統(tǒng)調(diào)峰的機動氣源

我國城鎮(zhèn)天然氣供應系統(tǒng)為了能夠達到平衡供需的調(diào)控目標，可以通過當?shù)氐奶烊粴忉尫耪疽约疤烊粴鈿饣镜葯C動氣源作為實現(xiàn)天然氣調(diào)峰的氣源。機動氣源在應用過程中具有符合調(diào)節(jié)范圍較廣的特色，能夠有效地調(diào)節(jié)每月的不均勻供氣以及每日的不均勻供氣問題，但是如果單純地采用機動氣源作為天然氣調(diào)峰氣源，在運行過程中，可能會具備投資成本較高以及運行成本較為高昂的缺陷性。

總而言之，目前我國城鎮(zhèn)的天然氣供應系統(tǒng)中，建設(shè)天然氣調(diào)峰儲氣設(shè)施還是最為有效且最為客觀的一種調(diào)峰方式。

2.天然氣輸配系統(tǒng)的應急供應

天然氣輸配系統(tǒng)在運行過程中如果引發(fā)安全性問題，將會帶來不可設(shè)想的經(jīng)濟損失。天然氣氣源的安全事故可能會導致大量的用戶失去對城市天然氣供應系統(tǒng)的信任度，同時，事故范圍的持續(xù)性擴大還會影響到大量用戶的日常生產(chǎn)生活。因此，針對天然氣輸配系統(tǒng)的安全問題進行研究，對于推動我國天然氣供應保障體系的建設(shè)具有重要價值。而天然氣氣源安全性的問題大多數(shù)都是由于管線輸氣功能、油氣資源供應量等多方面的限制性因素而導致的，如果存在天然氣管線運輸能力匱乏或油氣資源開采量不足的問題，在天然氣輸配系統(tǒng)建成后，即可能會出現(xiàn)供應短缺常態(tài)化的現(xiàn)象。尤其是目前隨著人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中對于天然氣的需求量不斷增加，也讓我國許多區(qū)域的氣源供應安全性問題尤為突出。尤其是對于一些單氣源的城鎮(zhèn)來說，應急氣源設(shè)施的建設(shè)能夠滿足天然氣供應事故以及極端需求情況下大部分用戶的短期需求，同時，還能夠使天然氣供應的渠道更加多元化，有效地提升了城市天然氣供應系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及安全等級[2]。

2.1 確認應急時間以及應急需求量

天然氣輸配系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與管道運輸?shù)木嚯x、周邊地區(qū)自然條件、具體的事故爆發(fā)原因等因素之間都具有密不可分的關(guān)系。通過針對西氣東輸管道事故發(fā)生的問題進行分析發(fā)現(xiàn)，我國的西氣東輸工程管道每兩年內(nèi)就可能會發(fā)生3次停運事故，事故的平均發(fā)生率大約為每年1.68次，每次事故的持續(xù)時間大約為68min。因此，通常來說，城鎮(zhèn)地區(qū)的應急氣源保供時間大多數(shù)被設(shè)置為3h～5h，較為合理。目前，我國國內(nèi)已經(jīng)有大量的省會城市先后建設(shè)了城市天然氣的應急氣源設(shè)施，并且大多數(shù)都將應急保供的氣源時間設(shè)置為3h～5h[3]。

2.2 事故工況的確認

事故工況大約可以分為天然氣輸配系統(tǒng)的氣源事故、場站事故以及城鎮(zhèn)高壓管道事故3種類型。天然氣輸配系統(tǒng)的運行事故具有突發(fā)性以及不可預測性的特征，并且能夠在較短的時間內(nèi)波及較大的區(qū)域范圍。因此，在遇到突發(fā)性事故或檢查上游運輸管道需要停氣時，就應該啟動應急氣源，在短時間內(nèi)代替常規(guī)氣源，從而達到天然氣供應系統(tǒng)的保障目標。通常來說，城鎮(zhèn)地區(qū)的天然氣用戶分為居民用戶、商業(yè)用戶、汽車用戶以及工業(yè)用戶等類型。而應急氣源無法全面地考慮到所有用戶的應急需求，因此，在發(fā)生天然氣停運事故時應該按照用戶的用氣需求等級優(yōu)先滿足重要客戶的應急供應需求[4]。而居民的日常生產(chǎn)、生活用氣問題是關(guān)系國計民生的大事，通常情況下，應該實現(xiàn)全年不停供的目標。而商業(yè)用戶在應用天然氣的過程中具有數(shù)量較多，且分布范圍較為零散的特征，一旦停氣事故發(fā)生，涉及的范圍較大。因此，居民用戶和商業(yè)用戶的應急保供應用量達到了總用氣量的100%。而工業(yè)用戶具有用氣量巨大的特征，如果要實現(xiàn)對工業(yè)用戶的應急保供，需要付出較高的成本投入，并且大多數(shù)具備一定規(guī)模的工業(yè)用戶，為了防止特殊事故都會自行準備且建設(shè)應用氣源，因此，城市應急保供系統(tǒng)中并不會將工業(yè)用戶作為應急保護主要對象。但是某些工業(yè)用戶的運行設(shè)備一旦停止供氣就可能會出現(xiàn)不可逆的損壞，引發(fā)巨大的經(jīng)濟損失。因此，也會有部分工業(yè)用戶會被納入城市應急保供系統(tǒng)的應急對象中，在出現(xiàn)突發(fā)事故時能夠保證工業(yè)燃燒設(shè)備不會損壞的情況下，為工業(yè)燃燒設(shè)備提供最低的供氣量。而對于天然氣汽車用戶來說，如果城市天然氣停止供氣也可以采用汽油或柴油等其他替代性能源保證汽車正常運行，如果出現(xiàn)停氣事故也不會出現(xiàn)大范圍的事故以及大量的經(jīng)濟損失，因此，汽車用戶并不被考慮在應急保供的對象中[5]。

3.天然氣調(diào)峰與應急保供之間的關(guān)系和解決矛盾的對策

天然氣調(diào)峰和應急供應系統(tǒng)作為保障天然氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要設(shè)施，為維護我國天然氣資源的穩(wěn)定供應作出了巨大的貢獻。其中，調(diào)峰需求是一種持續(xù)性的保障需求，但緊急供應需求僅僅是在突發(fā)事故下的短期供應和保障需求[6]。

3.1 調(diào)峰儲氣與應急儲氣之間的關(guān)系

我國實際的工程數(shù)據(jù)顯示，城市應急供應的儲氣量相比于城市調(diào)峰設(shè)施的儲氣量來說較高（見表1）。因此，按照城市應急供應儲氣量建設(shè)的儲氣設(shè)施，通常情況下，完全能夠滿足每日或每小時的城市天然氣供應調(diào)峰需求和事故狀況下應急供應的需求。基于此，城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)部完全可以建設(shè)具備雙向功能的儲氣站，使儲氣設(shè)備站能夠發(fā)揮應急供應以及調(diào)峰功能的雙重功能，這樣不僅能夠解決城市應急氣源存儲設(shè)施長期閑置的問題，同時，還能夠有效地提升城市應急氣源設(shè)施的利用效率，避免城市應急氣源系統(tǒng)以及調(diào)峰系統(tǒng)的重復建設(shè)和重復投資[7]。

表1 部分城市應急儲氣量和調(diào)峰儲氣量的對比

3.2 同時供氣系統(tǒng)運行過程中的供應矛盾解決策略

以管道天然氣運輸作為常規(guī)氣源的城鎮(zhèn)區(qū)域，在不單獨設(shè)置調(diào)峰設(shè)施的條件下，城鎮(zhèn)輸氣管道系統(tǒng)本身就具備一定的調(diào)峰功能。但是城鎮(zhèn)輸氣管道的調(diào)峰能力與城鎮(zhèn)輸氣管道內(nèi)部的空間以及管道運行壓力小之間具有密不可分的關(guān)系。雖然在城鎮(zhèn)供氣系統(tǒng)運行過程中，低壓管網(wǎng)的運行量以及建設(shè)范圍較大，但是為了確保城市天然氣的供應量，低壓管網(wǎng)的降壓能力本身就具有一定的限制性，低壓管網(wǎng)內(nèi)部的實際有效儲氣能力較低[8]。因此，在城市天然氣管線的運輸過程中，高壓管線才具備較強的降壓功能，同時也是實現(xiàn)城市輸氣管道條縫功能的主要管線（見表2）。

表2 部分城市氣源管線運行參數(shù)

總而言之，通過實際的數(shù)據(jù)調(diào)查可以看出，常規(guī)情況下，需要按照應急保供的用氣需求量來建設(shè)天然氣的儲氣設(shè)施，同時還可以聯(lián)合天然氣上游的輸氣管線來解決城鎮(zhèn)區(qū)域季節(jié)供應或日供應的調(diào)峰需求。而對于使用天然氣管線的中小型城鎮(zhèn)來說，并不建議花費大量的成本來建設(shè)調(diào)峰儲氣設(shè)施，而是可以通過上游和下游的氣源管線本身具備的調(diào)峰能力來解決問題，調(diào)峰量不足的部分還可以啟動應急氣源系統(tǒng)持續(xù)供應[9]。

4.結(jié)語

現(xiàn)階段我國正處于能源轉(zhuǎn)型以及綠色經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵時期，尤其是隨著煤改氣措施以及大氣污染防控工作推動速度的不斷加快，對于城鎮(zhèn)地區(qū)天然氣管道的供應也提出了更加嚴格的要求。因此，城鎮(zhèn)地區(qū)的天然氣管道更應該通過分析調(diào)峰矛盾以及應急供應矛盾問題，確保城鎮(zhèn)天然氣管網(wǎng)的運行穩(wěn)定性以及供應保障性。