淺析城市天然氣供應的儲存與調峰

寶雞中燃城市燃氣發展有限公司 楊鴻斌

隨著國家能源開發的進一步加強，天然氣已成為本世紀城市能源消費的主力軍，天然氣進入越來越多的城市，城市天然氣消費也不斷擴大。由于天然氣消費具有小時、日、月及季節的不均衡性，加之天然氣供應和消費之間存在著不平衡性，因此必須選擇合適的儲氣和調峰方式，才能有效地解決供用氣的均衡性問題。

1 天然氣儲存方式

1.1 儲氣罐儲氣

儲氣罐主要用于解決短期用氣不平衡的問題。儲氣罐按壓力可分為兩類，即低壓儲氣柜和高壓儲氣罐。

低壓儲氣柜的儲氣壓力低，調峰時用加壓站將天然氣加壓進入城市管網中，目前這種儲氣方式逐漸淘汰。

高壓儲氣罐一般采用圓筒形和球形兩種結構。目前球形儲罐正向大型化發展，國外出現了直徑為47.3 m、容積為5.55萬m3的大型球罐。我國采用進口鋼材，能制造5 000～10 000 m3的大型球罐。

1.2 高壓管道儲氣

高壓管道儲氣實際上是一種高壓管式儲氣罐，高壓管道儲氣方式一般有兩種：一種為繞城高壓環網儲氣，在城市周圍人口密度較小的地段設置環狀高壓管道，既可以用作儲氣，又能向城市多點供氣，優化供氣工況。另一種為門站內的管束儲氣，由一組或若干組管道組成管束，靈活方便調度。

1.3 管道末段儲氣

管道末段是指從最后一個壓氣站的出口到城市配氣站之間的管段。合理制定輸氣方案，充分利用管道末段的儲氣能力，可在一定程度上緩解天然氣的供求矛盾，但由于管道末段儲氣量的限制，這種方法一般只能用于短期調峰。

1.4 地下儲氣庫

地下儲氣庫是利用天然地質構造(如枯竭的油氣田和含水層等)建造的。與其他儲氣方式相比，一是能滿足用戶秋冬季節的過大用氣量的需求，二是維持干線輸氣管道系統穩定運行。

據不完全統計，目前世界上建有地下儲氣庫約634座，總儲氣能力超過6 000億m3，占世界總用氣量的 15%。目前，地下儲氣庫主要分布在美國、獨聯體、加拿大等天然氣消費大國。

為了緩解北京冬季的供氣壓力，中國石油先后在大港油田利用枯竭的氣藏建成了大張坨、板 876和板中北高點3座地下儲氣庫，大張坨儲氣庫總庫容為44.65億m3。

1.5 LNG儲存

采用天然氣液化方法可以大大提高天然氣的儲存量，所以使用 LNG是用來調節城市燃氣季節高峰和事故氣源的手段之一 ，將大量天然氣液化后儲存于低溫儲罐中，在用氣高峰時將LNG氣化進行城市燃氣調峰。

2 城市天然氣的調峰

城市用氣有月、日、時的不均衡性，而氣源的生產和供應一般是均衡的。為了解決均勻供氣與不均勻用氣之間的矛盾，并保證各類用戶總能得到足夠流量和正常壓力的燃氣供應，必須采取有效的調峰手段使燃氣輸配系統供需平衡。

城市燃氣調峰方式主要有利用儲氣設施、改變氣源生產能力和設置機動氣源、利用緩沖用戶發揮調度作用。

2.1 季節調峰

對城市燃氣供應企業，季節調峰一是需要利用儲氣設施，二是必須依靠上游氣源進行調節。為便于分析城市天然氣的調峰，本文以寶雞中燃的用氣情況為實例進行分析。

寶雞中燃現有居民用戶24萬，工業32戶，商福611戶，加氣車輛約5 000輛。2009年銷售氣量10 303.3萬m3，其中CNG加氣站3 298.35萬m3，占32.1%；居民用戶2 412.13萬m3，占23.4%；工業用戶2 916.34萬 m3，占28.7%；商福業用戶1 631.24萬m3，占15.8%。

下面以各類用戶在冬高峰12月份和夏高峰7月份時的用氣情況來說明季節調峰。

表1 月高峰用氣量單位：萬m3/月

從表1可以看出，寶雞市月高峰系數為1.4，夏季較平均月下降12.5%，冬季用氣較平均月增加41%。在季節變化、月用氣量大幅改變的情況下，要保證寶雞市正常平穩用氣，至少需要通過±40%供氣波動來滿足。由于寶雞沒有用于季節調峰的儲氣設施，唯一的途徑就是通過上游供氣單位改變氣源產能，達到季節調峰的目的。

2.2 日調峰

在寶雞市的32家工業用戶中，主要是鋼鐵、鈦材類加工企業和玻璃生產類企業，加工類企業主要屬于間歇式生產，調度這類工業用戶的用氣時間對日調峰具有重大的影響。對連續性工業企業由于日產能基本穩定，一旦生產運行，每天用氣量的波動不大。日氣量變化另一個因素是居民、商福用戶因氣溫、節假日、日常生活等引起的。2009年12月19日用氣高峰日用氣量見表2。

表2 2009年12月19日供氣量(用氣量)單位：萬m3

從表2可看出，寶雞市日高峰系數為1.58，即在高峰日時，需增加58%的氣量才能滿足正常的用氣。在2009年12月19日用氣高峰日，實際用氣44.5萬m3，上游直接日供氣36萬m3，缺口8.5萬m3。由于寶雞市現有4 000 m3的球罐4座，可調峰氣量11.2萬m3，對當日出現的氣量缺口，利用球罐儲存的氣量進行彌補，達到調峰的目的。同時，我們還根據工業、居民等用戶的用氣量和用氣工況，制定應急預案和調度計劃，通過調度計劃調整供氣量。當氣量缺口較大，球罐儲量難以滿足調峰需要時，我們就通過調整用氣量較大的工業用戶的生產作業時間，平衡部分日不均勻用氣，達到日調峰。例如大工業用戶寶鈦集團，生產性質屬于間歇式生產，生產升溫和實際生產過程用氣量差別很大。在用氣高峰期，雙方調度人員緊密聯系，當其準備進行投料生產時，先通知我公司，我公司調度人員根據當日上游供氣量和球罐儲量以及加熱爐的用氣量，決定其開爐時間，以避開用氣高峰。而對于連續生產的石油機械廠，由于其生產作業時間相對固定，當氣量不足時，我司就直接通知其停止生產，錯開高峰日安排其生產時間。加氣車輛在2009年用氣量達3 298萬m3，占總氣量的32%，利用其雙能源的特點，也可以充分發揮氣量調峰的作用。對這些有可替代能源的車輛，在高峰日難以保證其用氣時，就通知車主改用其他燃料行駛，減少用氣量，減輕供氣壓力。

2.3 小時調峰

城市各類天然氣用戶的小時用氣工況各不相同，同一類用戶小時用氣工況也相差很大，因此存在很大的小時不均勻性。一般地說，城市天然氣的小時調峰問題可依靠儲氣設施或上游供氣來解決；對有CNG汽車加氣站的城市，還可以通過調整其壓縮機工作時間，來達到小時調峰的目的。利用球罐，將日用氣低峰時輸氣管網中剩余的的天然氣儲存起來，待小時用氣高峰時輸出供應城市用氣。我們取2010年9月9日的供氣狀況來進行分析，見表3。

表3 2010年9月9日的小時供用氣量單位：m3

從表3可得出，計算日小時不均勻系數為1.9。在24小時供氣過程中，上游基本保持均量供氣，球罐由于用氣的不均勻性，時刻在進行氣量的吞吐，在低谷小時最低用氣4 299 m3，最大進氣量7 195 m3；在高峰小時最大用氣量21 612 m3，供氣量12 176 m3，最大調峰量9 436 m3。

從小時用氣量變化情況看，在11～13、17～20、6～7三個時段內分別達到最大日用氣量的三個高峰，其中11～13時段的用氣量為全天用氣量的最高峰；一天中用氣量最低谷為4～5時。用氣量在一天中的變化波幅達到17 313 m3，小時用氣量極不均勻。

日常在日小時高峰時，我們主要是發揮球罐的調峰作用，從表3供、用氣量的對比就可以清晰的表明：低谷時球罐不斷進氣，調峰時又向外輸氣，始終保持正常的供氣，從統計數據可以算出9日球罐調峰進氣量43 671 m3，出氣量36 795 m3，實際進氣6 876 m3。在冬季供氣高峰期間，除了球罐調峰外，我們還可以通過調節CNG加氣站的壓縮機運行時間和車輛加氣時間來進行氣量調峰。即在三個用氣高峰時段，適當調整各加氣站的工作時間，保障居民生活和公福用氣。例如姜譚路加氣站在每日8:00～12:00、公園路加氣站在12:00～16:00時、群眾路加氣站在18:00～22:00時分別停止壓縮機運行和加氣，以避開高峰時用氣緊張期。在用氣低谷時，我們開啟壓縮機，向氣井內補氣，同時向車輛進行加氣，從而達到小時調峰的目的。

3 結論

(1)選擇哪一種天然氣儲存方式，與上游的供氣能力、城市的規模、用戶的數量及結構等因素息息相關，要綜合考慮，因地制宜。

(2)城市天然氣存在調峰問題是不可避免的，隨著用氣量的增大，其調峰問題越發變得重要。為解決城市燃氣調峰問題，可從供氣和用氣兩方面來考慮。供氣方面可采取調整產氣井數、調整長輸管道運行方案、建立儲氣庫等；用氣方面可采取建設儲氣罐、建設調峰廠、利用可切換多種燃料的大型工業企業用戶、加作為緩沖用戶等。

(3)由于城市用戶用氣量受多種因素影響變化較大，為此，必須建立一套行之有效的調度或調度聯系體系，以加強氣量的及時調配工作。否則，將有可能影響正常的供氣生產。