加氣站和充電站聯合建站可行性及市場性分析

羅林林 姜 全 高 興 楊 飛 周 蓉 閆明龍

中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

由此可見,電動汽車和CNG汽車在節能性、環保性、經濟性以及利好政策方面較傳統燃料汽車都有著明顯優勢,是我國汽車行業未來的發展方向。根據日本和歐洲實地調研可知,城市是發展電動汽車的重點地區,利用現有加氣站,特別是在城區道路上的加氣站增設充電設施,是解決電動汽車應急充電需要,發展公共快速充電的一種重要方式,也是在傳統燃料汽車與電動汽車過渡階段解決電動汽車充電問題最便捷有效的方式之一。目前我國有十萬余座加氣站,不僅有得天獨厚的道路資源和網點優勢,還有多年為汽車服務的經驗,因此可考慮在占地面積較大的加氣站中增設電動汽車充電設施[5]。

1 工藝設計

GB 50156-2012(2014年修訂)《汽車加油加氣站設計與施工規范》(以下簡稱GB 50156-2012)第3.0.2條規定:“加油加氣站可與電動汽車充電設施聯合建站”,但GB 50156-2012與GB 50966-2014《電動汽車充電站設計規范》并沒有規定合建的方式[6]。本文以國內某CNG加氣站與充電站聯合建站工程為研究對象,該工程將CNG加氣站和充電站以兩個獨立功能的站進行合建,其平面布置依據GB 50156-2012中表4.0.8“CNG工藝設備與站外建(構)筑物的安全間距”設計。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加氣站內工藝

本合建站中CNG加氣站設計加氣規模為1.2×104m3/d,合建站日工作時間按9.5 h考慮。CNG加氣站工藝流程見圖1。

圖1 CNG加氣站工藝流程

1.1.1 分輸站來氣

CNG加氣站依托于上游分輸站來氣,原料氣由上游裝置負責處理,本站僅接收凈化CNG。裝置邊界設置SDV切斷閥,用于切斷本站進氣來源。本站設計進氣壓力為1.0～1.2 MPa,整個系統設計壓力為1.8 MPa。

1.1.2 脫水裝置

使用橇裝化脫水裝置,水露點要求≤-20℃,如果使用環境極端溫度低于該溫度,可以對水露點提出更高要求。

脫水橇選用雙塔結構,吸附劑使用分子篩,使用降壓閉式循環工藝,為減少額外設備,裝置設計溫度280℃,加熱設備使用電加熱,再生使用風冷形式,處理能力為1 000 m3/h。

1.1.3 緩沖罐

為保證壓縮機運行平穩,設置壓縮機進氣緩沖罐,容積按照天然氣在儲罐內的停留時間不小于30 s來確定緩沖罐的最小容積。

1.1.4 天然氣壓縮機

根據分輸站來氣量,選用往復式壓縮機進行增壓,冷卻方式建議使用水冷方式,天然氣進氣壓力為1.0～1.2 MPa,出口壓力≤25 MPa,進氣溫度約20℃,出口溫度約45℃。天然氣經過壓縮機增壓后,經過順序控制盤進入下一裝置。

1.1.5 順序控制盤

本裝置可根據各儲氣瓶組壓力,自動分配增壓后的天然氣。順序控制盤為獨立設計的快充加氣控制盤系統,可接受壓縮機直充來的天然氣流量。順序控制盤與高、中、低壓站用儲氣瓶組及售氣機共同構成三線快充控制系統,為汽車提供加氣服務,快充加氣控制盤系統與壓縮機的PLC控制盤為聯鎖控制,當汽車進站加氣時,先從站用儲氣瓶組取氣,按低、中、高順序為汽車加氣,當站用儲氣瓶組壓力降低時,壓縮機自動啟動,并優先給售氣機加氣。

1.1.6 儲氣瓶組

本加氣站設置儲氣瓶組1組。為提高取氣率,本加氣站選用單個容積為2.2 m3的儲氣瓶4個,高、中、低壓儲氣瓶比例按照1∶1∶2設置。

1.1.7 CNG加氣機

本加氣站選用智能型雙槍加氣機2臺。加氣機設有拉斷關閉閥,在加氣過程中,如果因意外事故導致加氣槍和加氣機斷開,關閉閥可快速關閉氣源。

1.1.8 放散系統

本工程放散系統分別設置高、低壓放散管,增壓前設備及管道的放散進入低壓放散管,增壓后設備及管道的放散進入高壓放散管。

本加氣站的氣源氣質滿足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要求,所以未設置脫硫流程。

1.2 充電站內工藝

電動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充電和快速充電。常規充電又稱普通充電或慢速充電。

本充電站設計規模設置了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的變配電室高壓配電柜,以供站內9個充電樁使用。本充電站具體用電負荷情況見表1。

表1充電站具體用電負荷情況

設備名稱臺數/臺容量/kW計算負荷安裝運行單臺運行有功計算Pjs/kW無功計算Qjs/kvar視在計算Sjs/kV·A天然氣壓縮機組111401409860.7115.2脫水裝置1140402716.7331.76 加氣機22121.30.811.53 電動汽車充電樁電控箱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:“電動汽車充電設施應布置在輔助服務區內”。其中“輔助服務區”指加氣站用地的紅線范圍內且不在加氣作業區的地區。GB 50156-2012中第2.1.6款對“加氣作業區”的解釋如下:“加油加氣站內布置油(氣)卸車設施、儲油(儲氣)設施、加油機、加氣機、加(卸)氣柱、通氣管(放散管)、可燃液體罐車卸車停車位、車載儲氣瓶組拖車停車位、LPG(LNG) 泵、CNG(LPG) 壓縮機等設備的區域。該區域的邊界線為設備爆炸危險區域邊界線加3 m,對柴油設備為設備外緣加3 m”。汽油加油機的爆炸危險區域以加油機中心線為中心,以半徑為4.5 m的地面區域為底面,以加油機頂部以上0.15 m處水平半徑為3 m的平面為頂面的圓臺形空間。這個空間外加3 m范圍都屬于加油機的加油作業區。所以在實際布置中,加油作業區以外區域至少為加油機中心線外7.5 m之外的區域。

1.3 合建站內布局設計

本合建站中充電站距離加氣作業區29.68 m,滿足規范要求。合建站內總平面布置見圖2。

圖2 合建站內總平面布置圖

2 可行性分析

1)對于加氣站的建設,穩定的氣源是加氣站運行的基礎。若CNG加氣站出現氣源緊張,則會影響加氣站的正常運轉,從而導致加氣站無法正常提供服務[7]。

2)本合建站噪聲在75～100 dB(A)之間,主要來自裝置切換閥、天然氣壓縮機以及放散管放散的氣流噪聲。控制措施有:盡量選用低噪聲設備,合理布置總圖,將壓縮機設置在壓縮機房內,并對廠房進行專業降噪處理。在總圖布置上,須保證噪聲源與辦公值班地點間的防噪聲距離,盡量將噪聲源布置在辦公值班地點全年最小風頻上風向。合理布局各站場,使各站場廠界噪聲符合GB 12348-2008《工業企業廠界噪聲標準》中Ⅱ類標準的要求。

3)合建站內機械設備眾多,存在著擠壓、碰撞、剪切卷入、絞、碾等多種機械傷害危險。本合建站的醫療救助可依托當地縣醫療資源,且生產過程實現自動化、密閉化,降低工人接觸易受傷作業的風險。

4)施工期對環境的不利影響主要表現在場地平整、管溝開挖、施工機械、車輛和人員踐踏等活動造成土壤擾動和植被的破壞,進而引發水土流失等環境問題;管溝回填后要產生大量的棄土,這些棄土如若處理不當,不僅破壞植被,還會加重水土流失;修建道路,要動用土石方,必將破壞地表植被,改變土壤結構,取土及棄土措施如若不當,易引發水土流失等自然災害;站場的建設改變了原土地利用類型,會使農牧業生產受到一定影響。施工時應采用塑料編織布對暫閑置料堆進行覆蓋,工地應實施半封閉隔離施工,如防塵隔聲板護圍,以減輕施工揚塵對周圍空氣的影響。

3 市場性分析

在市場需求方面,大中型CNG載貨汽車按平均日行駛里程490 km、運行天數305 d,百公里耗氣量6.0 m3進行測算,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、年運行天數305 d,百公里耗氣量36 m3進行測算,CNG載客汽車單車年消耗CNG 10 980 m3。目前國內天然氣價格與國際天然氣價格水平相近[15],上調空間不大,近幾年在世界范圍內燃料的短缺和價格上漲等趨勢還會加劇[16],隨著油價的上漲,天然氣銷售市場會進一步興旺[17]。壓縮天然氣汽車數量的增多和天然氣加氣站的建設,必將帶動與天然氣汽車及電動汽車相關的機械制造、電子電器、儀器儀表、高壓貯運、新工藝、新材料以及教育培訓等行業的發展,創造更多的就業機會,促進當地社會經濟的發展[18]。

綜上所述,CNG汽車與電動汽車具有經濟、安全、環保等優勢,是新能源汽車的一個發展方向。所以CNG加氣站與充電站合建的投運具備很好的市場前景。

4 結論

1)本文結合標準規范和實際工程驗證了加氣站可與電動汽車充電站聯合建站。

2)合建站在平面布置中應重點考慮將電動汽車充電設施布置在輔助服務區內,該區域的邊界線為設備爆炸危險區域邊界線加3 m,即7.5 m以外的區域。

3)合建站建設運行風險主要集中在氣源、噪聲、機械損傷、環保等方面:應保障氣源穩定供應;噪聲須滿足GB 12348-2008《工業企業廠界噪聲標準》中的Ⅱ類標準要求;依托當地醫療資源且應用自動化、密閉化方式減少易受傷作業機會;施工時應采用塑料編織布對暫閑置料堆進行覆蓋,工地應實施半封閉隔離施工,如設置防塵隔聲板護圍等。

4)電動汽車使用成本只有傳統燃油汽車使用成本的十分之一,且在保養方面,電動汽車和CNG汽車的保養均較燃油車的保養簡單、實惠。在市場需求方面,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,市場需求量大。因此加氣站與充電站聯合建站具備很好的市場前景。