佛山市三水區城市天然氣調峰與應急系統的分析研究

陳 聰 李錦輝 廖 騰

1.北京建筑大學 環境與能源工程學院北京市“供熱、供燃氣、通風及空調工程”重點實驗室；2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司佛山分公司

描述了佛山市三水區天然氣供應現狀，對2018年的計算月日用氣量進行了預測，計算了小時調峰儲氣量、應急儲氣量，結合調峰和應急儲備的規模和方式，探討了三水區應急調峰系統的最優方式。

背景

天然氣的應急調峰問題是每個城市供氣系統中不可忽視的重要問題之一。隨著佛山市三水區的不斷發展，加上近年三水區政府對環境污染問題的愈加重視，導致了三水區天然氣用氣的爆發式增長，而在上游氣源“照付不議”的供氣大環境下，天然氣的應急與調峰問題也日益展現。如何安全而又穩定地保障三水區天然氣的供應，并滿足三水區發展對天然氣的需求，是三水燃氣有限公司需要解決的重要問題。本文對佛山市三水區天然氣應急調峰的需求和設施進行探討。

三水區天然氣供應現狀

佛山市作為廣東省LNG 試點工程一期工程于2006年9月就開始了供氣，而佛山市三水區中心科技工業園也于2007年底實現了天然氣的供應，供應量也是逐年上升，到2010年三水燃氣公司天然氣供氣量達到了3950萬m3/年，而到2014年底供氣量將達到19000 萬m3/年的高度，年增長率達到了48%之多。而天然氣氣源也正從最開始的深圳大鵬LNG 的單一氣源逐步轉變成以西氣東輸二線為主要氣源，深圳大鵬LNG、卡塔爾LNG、珠海LNG、珠海-中山天然氣管道氣為輔的供氣系統。佛山市三水區天然氣利用一期工程供氣系統流程圖見圖1。

三水區天然氣用氣量預測

隨著三水區的經濟發展，三水區天然氣供應的現狀已不能滿足供氣需求的擴大，因此三水燃氣公司適時啟動天然氣利用二期工程，根據市場的需要和政府政策的要求，天然氣利用二期工程用氣規模預測見表1，小時不均勻系數見表2。

表1 2018年三水區天然氣利用工程二期用氣規模預測表

圖1 佛山市三水區天然氣現狀供應流程圖

表2 小時不均勻系數表

調峰應急儲備及方式

天然氣調峰儲氣與應急儲氣規模及其相應方式往往根據城市能源發展規劃，并結合氣源供應、用戶及輸配系統的具體情況來制定的。

1）調峰儲氣量及方式

三水區天然氣輸配系統是由佛山市高壓管網輸氣干線負責的月、日調峰，因此只需要對三水區用于小時調峰的儲氣量進行計算。若佛山市高壓管網按日用氣量逐時供氣，經計算2018年三水區用于小時調峰的儲氣量將達到40.11×104m3，儲氣系數為23.46%。

目前國內天然氣調峰儲氣方式主要有高壓管網儲氣、高壓儲氣罐儲氣、LNG 儲罐儲氣、高壓管束儲氣、地下儲氣庫儲氣等。而這些調峰儲氣方式中高壓管道儲氣和LNG 儲罐是應用最為廣泛的，前者合理的利用了城市輸氣高壓管網，保證了不間斷地向用戶供氣，同時又能儲存部分天然氣，這部分天然氣可用于調峰和應急，它不但節約了投資，運行維護管理也極其方便。而后者雖然設施的費用比較高，并且運行管理和維修費用也較高，但是它也有儲存量大，反應較快等優點，若作為小時調峰有較大優勢。

結合三水區目前的燃氣設施狀況，可首選高壓管網進行調峰儲氣，次選LNG 儲氣站進行調峰儲氣。

2）應急儲氣量及方式

三水區的天然氣用戶分為居民用戶、商業用戶、小工業用戶、大工業用戶四種。作為事故應急儲備，不可能解決全部用戶的用氣，應按照用氣負荷優先等級滿足重要用戶的應急供氣要求。用氣負荷優先等級可見表3。

表3 用氣負荷優先等級

由于三水區現有主氣源為西氣東輸二線，根據《西氣東輸工程可行性研究總報告》中的描述：西氣東輸干管預計事故率為每年1.68 次，每次停氣事故時間為68h。因此，結合三水區實際情況，天然氣應急氣源的應急事件取3 天為宜。

根據三水區用氣規模預測表可以得出三水區2018年所需日應急氣量為33.52×104m3，應急時間按照3 天考慮，則需要應急氣量為100.55×104m3。

LNG 儲氣站是目前世界上大多數城市首選的應急氣源裝置，它具有儲存效率高、儲運方式靈活、機動性高等優點，相較而言，LNG 儲氣站又為經濟。因此，在三水區推薦選用LNG 儲氣站作為應急氣源。

調峰與應急儲氣的優化

經過核算，三水區內有DN 為500mm 的高壓燃氣管道約為26km，可提供管道儲氣量約為4.4×104m3，這些儲氣可用于小時調峰，但是與2018年所需用于小時調峰的儲氣量相去甚遠，因此需要考慮其他調峰方式。與此同時，LNG 只作為應急氣源時，不可避免地存在運行時間短、經濟效益差、設備利用率低、維護費用高等問題。因此，可以利用LNG 低溫儲罐將調峰與應急氣源站融為一體，優化配置，這樣不僅減少了一次性投入，占地少，運行效率高，還能較好地解決事故應急氣源站運行時間短、利用率低、經濟負擔重的矛盾。

2018年三水區用于小時調峰的儲氣量為40.11×104m3，而用于事故應急的儲氣量為100.55×104m3，因此LNG 儲氣站只需要設立容積為250m3的立式儲罐7 臺，總儲氣量為105×104m3，就能滿足2018年的小時調峰與應急氣量。

LNG 儲氣站可集常規小時調峰與事故應急于一體。當在用氣高峰時，儲氣站內儲存的LNG 通過氣化向管網供氣，用以彌補上游供氣量的不足；當上游供應系統處于事故狀態時，LNG 儲氣站則代替上游進行供氣；當輸氣管網中某地出現事故時，LNG 儲氣站還可以通過給LNG汽車注入LNG 并運輸至事故地區來供氣，以保證附近區域正常用氣。

結語與建議

1）鑒于三水區目前的調峰儲氣與應急儲氣的缺陷，建設完善應急調峰儲備設施的任務已經迫在眉睫。

2）堅持“多種氣源、多種途徑、因地制宜、合理利用”的方針。雖然三水區未來的來氣渠道逐漸增多，供氣安全性保障會大大提高，但是設置LNG 應急調峰儲備仍十分必要。

3）使用LNG儲氣站不但能解決常規小時調峰的問題，同時還解決了事故應急的問題，即正常情況下氣化站用于小時調峰，事故狀態用作應急氣源代替上游供氣。