大牛地氣田天然氣產銷運行多級調峰體系研究

摘要：大牛地氣田自2003年啟動開發先導性試驗項目以來，產能逐年提高，銷售量日益增長，客戶涉及民用、燃氣、化肥等多個行業，遍布山東、河南、內蒙、北京等區域市場，然而在產銷過程中存在冬夏峰谷差較大、生產不平穩等問題。本文針對大牛地氣田天然氣產銷運行過程中面臨的調峰問題。在分析該氣田產銷運行態勢與市場需求特點、規律基礎上，利用大系統分解協調原理構建了該氣田產銷運行多級調峰體系，提出了相應的對策和建議，為大牛地氣田產銷運行提供了新思路，也為我國天然氣產銷調度管理提供了借鑒。

關鍵詞：大牛地氣田；天然氣；產銷運行；多級調峰體系；大系統分解協同原理

中圖分類號：F40722 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0544(2011)01-0170-03

一、引言

中石化華北分公司大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部毛烏素沙漠腹地，自2003年啟動開發先導性試驗項目以來，隨著產能逐年提高，銷售量日益增長；現已有11家銷售客戶，涉及民用燃氣、化工、化肥等多個行業，分布在山東、河南、內蒙以及北京四個區域市場內。產銷過程經歷了急劇上升階段(2003-2006年)和穩步增長階段(2007-2009年)，年銷量保持在19×108m³左右，然而存在冬夏峰谷差較大、生產不平穩等問題。具體表現為2008年底到2009年初的天然氣滯銷，以及2009年入冬的“氣荒”出現。目前該氣田調峰手段主要通過調整市場內工業用戶需求以及氣田產量來應對天然氣需求季節性波動。然而，氣田放壓調產易造成地層能量下降過快、氣井出水、出砂、乃至停產等問題出現，…同時天然氣需求季節性波動具有的時空不均衡性是客觀存在的?！抻纱丝梢?，該氣田調峰手段較為單一，調峰體系尚未完善，還不能有效緩解季節性調峰壓力。

國內外學者從調峰手段(氣田、管網、LNG、以及儲氣庫調峰等)以及一體化管理角度對于天然氣調峰進行了深入研究并提出了相應對策與建議，盡管對我國天然氣產銷運行具有很強指導性，但如何將其落實到調度操作層面尚未得到重視。天然氣開發利用是由“產-供-銷”構成的一個完整的水力學系統，涉及到上游油氣企業、管輸公司、總銷售商、分銷商以及下游終端用戶等不同主體。本質上來說，天然氣產銷運行是由這些主體構成的一個復雜大系統，具有高危非線性、結構復雜、多層次以及多目標等特征。分解—協調原理是研究大系統問題的重要方法。其基本思路是：將大系統分解成相對獨立的若干子系統，通過協調各子系統之間的沖突達到整體最優。產銷運行過程中下游用戶對天然氣需求往往從自身利益出發做出的，不可避免出現沖突，這使得市場需求波動向上游傳遞，從而導致氣田調峰壓力增大。然而各用戶不均勻需求在時、空上并非總是同步的，這為上游企業利用用戶調峰提供了可能。因而，天然氣調峰可以依據大系統分解協調原理對下游各用戶需求進行有效協調，從而盡量降低氣田調峰壓力，達到產銷平衡與有效運行。有鑒于此。在分析該氣田產銷運行態勢與市場需求特點、規律基礎上，利用大系統分解協調原理構建了天然氣產銷運行多級調峰體系，以期為大牛地氣田天然氣產銷運行提供理論支持，為我國天然氣產銷調度管理提供借鑒。

二、大牛地氣田天然氣產銷運行態勢分析

目前大牛地氣田市場內天然氣消費結構工民比約為1.2.工業用戶需求所占比例較小，市場需求仍以民用天然氣為主，這使得氣田面臨較大調峰壓力，盡管氣田產量增長提高了市場供給能力(如圖1.2所示)。進一步對山東、河南、河北、北京以及內蒙這四個市場進行分析，可以發現該氣田產銷運行面臨如下幾個方面的問題。

第一，民用燃氣用戶市場需求空間大，季節波動性有進一步加劇趨勢。山東、河南市場雖然被視為燃氣用戶，但內部消費結構以工業為主，民用為輔。例如山東市場工業用氣占36％，而民用占29％。

第二，價格優勢不明顯，市場面臨競爭，需求不確定性增大。山東市場面臨中石油管道天然氣以及中海油LNC競爭；河南市場受到“西氣東輸”管道低價天然氣沖擊。例如鄭州燃氣既接受大牛地氣田供氣又接受“西氣東輸”管道氣。由于前者氣價(1-9686元/m³)高于后者(氣價：1.24元/m³)，導致鄭州燃氣氣源選擇傾向于后者。

第三，管輸限制加劇了產銷不平衡矛盾，降低了調峰能力。大牛地氣田向內蒙市場供氣主要通過“大—杭管線”，然其輸氣能力(2～2.5×108m³/a)不能滿足該市場進一步需求。北京市場需求則受制于中石油“陜京二線”代輸容量。

三、產銷運行特點與規律分析

1 大牛地氣田供氣能力與供氣規律

2007-2009年大牛地氣田核定產能為23×108m³左右。實際運行中1月、10月和11月為市場需求的高峰期，其需求均超過了氣田生產能力，導致氣田放壓提產(如圖3所示)。進一步對不均勻性分析發現，11與12月不均勻系數最大，而5、6兩個月最小。其原因在于，市場地理位置基本屬于北方，四季分明，冬夏溫差大，目前市場用氣結構基本以民用及采暖為主。冬夏需求量懸殊。同時隨著產量基數的增加。峰谷差有擴大之勢。

2 山東市場用氣特點與規律分析

從該市場需求變化以及不均勻系數(如圖4所示)可以看出：2007年最高1.70.低谷0.72；2008年最高1.32.低谷0.87；2009年最高1.35.低谷0.87。其中：高峰值出現在每年的11月、12月，為1.09-1.70；低谷值出現在每年的4月、5月、6月，為0.72-，0.92；高峰值與低谷值之比為2.36：1。由此可見：山東市場用氣總量上升趨勢明顯，用氣不均勻性減小，其原因在于市場內部工業和燃氣用戶數在逐步增加，工民結構比逐步優化；同時可以預見，隨著市場內部工業用戶逐步恢復生產，未來市場的用氣需求量將猛增，其用氣波動將對整個目標市場平穩運行帶來較大壓力。

3 河南市場用氣特點與規律分析

河南市場用戶包括鄭州燃氣、開封新奧、安陽華潤、中原大化和綠能高科。其中，三氣源用戶是鄭州燃氣；雙氣源用戶是中原大化和綠能高科；單氣源用戶是開封新奧和安陽華潤。從圖5可以看出：2007年最高2.68.低谷0.29；2008年最高2.24，低谷0.43；2009年最高1.11.低谷0.70。2007，2008年華北分公司初涉河南市場，因而其用氣規律性較差?？傮w來說，中原大化、安陽華潤內部工業用戶用氣量增加，使得豫北市場用氣總量也在同步增長。中原大化作為豫北市場內部主要調峰用戶，可以有效緩解整個市場用氣的波動性；然而安陽華潤用氣異常對市場平穩運行造成較大壓力。鄭州燃氣由于氣價原因，逐步減少了對華北分公司用氣的需求。

4 北京市場用氣特點與規律分析

燕山石化是系統內重點工業用戶，用氣較穩定。用氣變化曲線以及不均勻系數(如圖6所示)表明：2007年最高1.64.低谷0.4；2008年最高1.18.低谷0.88；2009年(截止到11月)最高1.32.低谷0.79。2007年燕化用氣高峰在12月，低谷在4月，峰谷比為4：1；2008年用氣高峰在9月。低谷在1月，峰谷比為1.34：1；2009年用氣高峰在2月，低谷在10月，峰谷比為2：1。由此可見：燕化作為華北分公司的主要調峰用戶，其產品在市場中抗風險性較強，用氣需求量大且穩定。同時，價格承受能力強，給華北分公司帶來較大效益。

四、大牛地氣田產銷運行多級調峰體系構建

1 基于分解協調原理的天然氣產銷運行三級調峰體系

大牛地氣田天然氣產銷運行總體態勢以及各市場需求特點與規律表明，市場天然氣需求不均衡性較為突出：產銷運行主要利用氣田以及內蒙市場、北京市場內的工業用戶對山東、河南市場民用天然氣高峰需求進行季節性調峰。一般來說，上游油氣企業為保證氣田生產(供氣)穩定性，依據“照付不議”合同對目標市場進行供氣。嘎里想情況下，對下游燃氣公司(終端用戶)在供氣周期內各時段(年內各月)均勻供氣；然而下游用戶需求波動性是客觀存在的，特別是在調峰設施尚未完備情況下，上游企業通常調整氣田產量為下游用戶提供季節性調峰。同時，下游用戶(工業或燃氣用戶)為應對氣田供氣可能出現的不穩定以及自身需求的波動性與不確定性，通常采用儲氣球罐、高壓管束、LNG以及工業用戶等進行調峰。對市場內部各終端用戶而言，其用氣具有一定自我調蓄能力，能承受上游氣田一定范圍內的供氣波動。

基于此，為了盡可能緩解大牛地氣田生產的不平穩性，以大系統分解一協調理論構建大牛地氣田多級調峰體系(如圖7所示)?；舅悸肥?，以四個目標市場為基礎，將調峰體系分為四個子系統，即山東、河南、北京以及內蒙四個調峰子系統；首先在每一子系統內對各用戶需求進行協調，以緩解子系統供需矛盾；其次，對四個區域市場(子系統)之間進行協調。以便降低整個市場需求波動；最后，利用氣田產量調整以應對整個市場需求季節性波動。目的是通過三級調峰，逐步削弱市場用戶需求季節波動性和不確定性對大牛地氣田生產(供氣)的影響。

2 三級調峰實施步驟

依據分解一協調原理，大牛地氣田三級調峰實施步驟如下：

步驟一：啟動第一級調峰，也就是區域內部用戶之間調峰。如果氣田供氣量在用戶調蓄能力之內，則不啟動第一級調峰；否則，啟動，即在對區域市場總供氣量不變或在區域市場調蓄能力之內情況下，通過工業用戶用氣量的改變，滿足燃氣用戶用氣波動。例如，河南市場需求高峰期，在不調整總供氣量前提下，可以通過削減中原大化、綠能高科等工業用戶部分天然氣用量，從而滿足鄭州燃氣和開封新奧等民用燃氣需求。

步驟二：啟動第二級調峰，也就是區域市場之間調峰。在市場內部供需矛盾不能協調時，才啟動第二級調峰，即通過協調各區域市場之間的需求達到產銷平衡；例如，為了確保山東市場天然氣高峰需求，可以通過降低內蒙、北京市場天然氣用量來應對。

步驟三：啟動第三級調峰，也就是氣田調峰。在上述調峰仍不能解決產銷矛盾的情況下。才啟動氣田調峰，即通過增加或降低氣田嚴量以應對整個市場用氣波動。

五、對策與建議

從上述產銷運行調度思路可以看出，通過三級調峰體系的建立以及運行。有利于緩解產銷不平衡的矛盾，提高供氣的安全性，降低供氣風險以及盡可能保證氣田生產平穩。盡管如此，然而三級調峰體系是建立在市場構成、用戶用氣特點和規律、以及用戶、市場調蓄能力基礎之上的。為了確保三級調峰體系發揮應有的調峰作用。本文給出如下幾點對策與建議。

1 完善市場天然氣消費結構，為產銷運行調峰奠定市場基礎

合理確定目標市場和天然氣用戶，重點開發民用燃氣和工業用氣，適當控制化肥項目用氣，爭取高端用戶和穩定大用戶，優化供氣結構，提高供氣效益，降低市場風險。例如，開發LNG、燃氣發電等可中斷用戶豐富“削峰填谷”手段。其作用為：一方面可將上游預留調峰量供給該用戶從而獲得較為明顯的經濟效益；另一方面可以消耗階段性、季節性產能過剩。

2 建立地下儲氣庫，提高季節性調峰能力

據國外經驗，在相同調峰氣量的條件下，擴大采氣、提高輸氣能力或建造液態儲庫(如LNG)等的投資，要比建造地下儲氣庫高5-10倍。因此，在安全供氣系統中，地下儲氣庫是基本的設施，是調峰首選的措施。對大牛地氣田天然氣市場而言，其季節性波動來源于山東、河南市場，且這兩個市場需求占總體需求的70％以上。因而可依供氣管線在該市場附近建立地下儲氣庫，以應對這兩個市場需求季節性波動。例如，可以考慮以中原油田枯竭氣井為基礎建立儲氣庫。

3 對用戶實施“穿透式”管理，摸清用氣特點與規律

用戶和市場自身調蓄能力是實施三級調峰的關鍵，然而下游市場用戶基于自身利益考慮往往其內部消費結構與自身調峰能力并不為上游企業所知。這樣導致下游用戶計劃需求與實際需求差異較大，使得上游企業不能及時了解調峰的信息，從而無法制定有效的調峰措施。而在目前產運銷一體化管理體制中，上游企業可以對下游用戶實施“穿透式”管理，摸清市場用氣特點與規律，核定各用戶以及市場自身調蓄能力，從而為三級調峰體系實施創造條件。