陳曉輝張 琳沙曉東張 巍何 明蘇 欣

1.中國(guó)石油昆侖燃?xì)馕髂戏止荆拇?成都 610100；

2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；

3.云南中國(guó)石油昆侖燃?xì)庥邢薰炯毙薹止?，云?昆明 650000；

4.中國(guó)石化天然氣分公司生產(chǎn)運(yùn)行部，北京 100029；

5.中國(guó)石油西南油氣田公司，四川 成都 610051；

6.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，北京 100085

0 前言

隨著沿海某省經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)清潔能源天然氣的需求也日益增長(zhǎng)。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，該省天然氣管網(wǎng)建成后，將有九大氣源向全省管網(wǎng)供氣，如何利用多氣源滿足該省天然氣用戶用氣需求，特別是高峰用氣需求，有必要對(duì)該省儲(chǔ)氣調(diào)峰方案進(jìn)行研究，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)度，滿足各類用戶用氣需求。

1 天然氣供需情況

各氣源各年供氣情況見表1，2015年和2020年主要用戶用氣量及比例見表2，各用戶用氣特點(diǎn)見表3。

表1 各氣源各年供氣量 108m3

表2 2015年和2020年各類用戶用氣情況

表3 各類用戶用氣特點(diǎn)

表1說(shuō)明：供氣特點(diǎn)，陸上氣和海上氣氣源供氣范圍為均衡供氣量的85%～110%，LNG汽化裝置汽化能力最小與最大之比不超過(guò)1∶5。

根據(jù)表1～3供氣和用氣特點(diǎn)分析供用氣情況，若LNG僅是主力氣源，但不承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，保持均衡供氣，供需情況見表4～5。

表4 2015年供需表

表5 2020年供需表

從表4～5可以看出，年供氣總量和年用氣總量基本上是平衡的，但對(duì)于高峰月、高峰日、高峰時(shí)，供需又是不平衡的，原因是陸上氣和海上氣均只能提供1.1的高峰月調(diào)峰系數(shù)，而城市用戶的高峰月不均勻系數(shù)高達(dá)1.3，高峰日不均勻系數(shù)高達(dá)1.2，僅靠陸上氣和海上氣的高峰季節(jié)供氣量，是不能滿足在高峰月高峰日下所有用戶的用氣需求，因此在高峰月高峰日時(shí)，必須依靠其他設(shè)施進(jìn)行調(diào)峰。

2 調(diào)峰方案選擇

2.1 調(diào)峰需求量

該省的調(diào)峰需求量計(jì)算遵循原則：管網(wǎng)承擔(dān)所有用戶的月調(diào)峰；下游城市自行建設(shè)相關(guān)儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，承擔(dān)城市用戶日調(diào)峰需求；下游城市自行建設(shè)相關(guān)儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，承擔(dān)民用氣的時(shí)調(diào)峰，省管網(wǎng)承擔(dān)電廠的調(diào)峰需求量[1-3]。采用 TGNET 軟件計(jì)算管網(wǎng)調(diào)峰需求[4]，2015年和2020年省管網(wǎng)調(diào)峰需求見表6。

表6 2015年和2020年省管網(wǎng)調(diào)峰需求量 104m3

2.2 調(diào)峰方案的選取

從表6可以看出，該省的月調(diào)峰需求量高達(dá)19×108m3，若依靠省管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，將無(wú)法滿足調(diào)峰需求，因此需要依靠特定的儲(chǔ)氣設(shè)施進(jìn)行調(diào)峰。目前，月調(diào)峰主要有儲(chǔ)氣庫(kù)和LNG儲(chǔ)罐2種方式。結(jié)合該省的實(shí)際情況，可依托目前在建和擬建的LNG接收站，增建儲(chǔ)罐設(shè)施承擔(dān)儲(chǔ)氣調(diào)峰。因此，該省適宜選取LNG儲(chǔ)罐方式作為調(diào)峰方式。

2.3 省管網(wǎng)和LNG氣源調(diào)峰方案

2.3.1 時(shí)調(diào)峰能力分析

2.3.1.1 僅靠LNG氣源解決電廠時(shí)調(diào)峰

若僅靠LNG氣源完全承擔(dān)所有電廠的時(shí)調(diào)峰，則LNG氣源的小時(shí)供氣需求見表7。

表7 LNG氣源時(shí)調(diào)峰供氣量比對(duì)表 104m3/h

因此，若完全僅靠LNG承擔(dān)電廠用戶的時(shí)調(diào)峰，勢(shì)必增加LNG接收站的汽化能力，同時(shí)沒(méi)有充分發(fā)揮管網(wǎng)的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力，增加了LNG接收站的投資，經(jīng)濟(jì)上不合理，因此，不建議完全由LNG承擔(dān)電廠的時(shí)調(diào)峰。

2.3.1.2 LNG氣源和省管網(wǎng)共同承擔(dān)電廠的時(shí)調(diào)峰

LNG氣源和省管網(wǎng)共同承擔(dān)電廠時(shí)調(diào)峰需求，LNG氣源的供氣量：2015 年為 300.31×104～471.38×104m3/h，2020 年為 388.37×104～630.52×104m3/h。LNG 氣源小時(shí)供氣幅度明顯減小。

2.3.2 日調(diào)峰能力分析

由于省管網(wǎng)一般只解決電廠用戶的時(shí)調(diào)峰需求，同時(shí)考慮到下游城市可能自行建設(shè)部分儲(chǔ)氣設(shè)施，為不增加LNG氣源的調(diào)峰負(fù)荷，建議日調(diào)峰由下游城市自建調(diào)峰設(shè)施承擔(dān)城市用戶日調(diào)峰，省管網(wǎng)和LNG氣源不對(duì)城市用戶進(jìn)行日調(diào)峰。

2.3.3 月調(diào)峰能力分析

2015年和2020年的月調(diào)峰需求分別高達(dá)139 392×104m3和193 968.96×104m3，而該省管網(wǎng)的有效管容積約為14 692×104m3，因此，月調(diào)峰量依靠省管網(wǎng)管道有限的儲(chǔ)氣容積根本無(wú)法解決，而陸上氣和海上氣均是均勻供氣，因此月調(diào)峰由LNG氣源全部承擔(dān)，故LNG儲(chǔ)罐的有效工作容積必須在2015年≥139 392×104m3，折合LNG約224.82×104m3；必須在 2020 年≥193 968.96×104m3，折合LNG 約 312.85×104m3。

目前該省LNG接收站在規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，其中ZH（LNG）接收站分期考慮了由季節(jié)變化引起的儲(chǔ)罐容量變化：一期為（液態(tài)）102 952 m3，二期為（液態(tài)）319 220 m3，三期為（液態(tài)）495 715 m3；YD（LNG）接收站尚未考慮季節(jié)波動(dòng)引起的儲(chǔ)罐容量增加，而DP（LNG）和YX（LNG）接收站尚不明確，為確保LNG儲(chǔ)罐容量能滿足調(diào)峰需求，暫不考慮其是否已經(jīng)考慮部分調(diào)峰需求。結(jié)合LNG船的到岸頻率，可計(jì)算出需增加的LNG儲(chǔ)罐數(shù)量。

a）方案一：通過(guò)浮式LNG汽化和接收終端（Floating Storage and Re-gasification Terminal，F(xiàn)SRT） 船減少 LNG儲(chǔ)罐數(shù)量。目前已實(shí)施和建設(shè)中的FSRT大致可分為船舶式和重力結(jié)構(gòu)式。船舶式是以LNG船舶為基礎(chǔ)，在原有儲(chǔ)罐設(shè)施的基礎(chǔ)上增加汽化裝置，實(shí)現(xiàn)LNG的接收和汽化功能。船舶式通常保留船舶的運(yùn)輸功能，可以實(shí)現(xiàn)LNG的裝載、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和再汽化。重力結(jié)構(gòu)式是在混凝土或鋼制矩形結(jié)構(gòu)上安裝LNG儲(chǔ)罐和汽化裝置，固定在海上某個(gè)地點(diǎn)使用。目前，常用的是船舶式FSRT。該方案的實(shí)質(zhì)與調(diào)整船期相同，只是調(diào)整的不再是LNG運(yùn)輸船，調(diào)整的是FRST，該船不僅包括運(yùn)輸功能，還自帶LNG汽化功能。但考慮到該方案在技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)性方面的不確定性，故暫不考慮該方案。

b）方案二：假設(shè)LNG船到岸時(shí)間間隔在各月均是穩(wěn)定的，則在2015年需增加容量為16×104m3的儲(chǔ)罐14個(gè)，2020年需再增加同規(guī)格的儲(chǔ)罐3個(gè)，共增加儲(chǔ)罐17個(gè)。

c）方案三：由于儲(chǔ)罐數(shù)量將極大地影響基礎(chǔ)投資，因此應(yīng)采取一些措施減少儲(chǔ)罐數(shù)量，其中調(diào)整船期是通過(guò)吸收季節(jié)性波動(dòng)來(lái)減少儲(chǔ)罐數(shù)量的可行方法之一。若完全通過(guò)調(diào)整船期來(lái)吸收季節(jié)性波動(dòng)，則接收站所需的LNG儲(chǔ)罐數(shù)量將減少至最小值，即不需再考慮由季節(jié)波動(dòng)而引起的儲(chǔ)罐增加。此種方案理論上可行，但實(shí)際操作非常困難，且船期的調(diào)整受多種因素影響，不可能隨時(shí)需要隨時(shí)調(diào)整，故該方案實(shí)際操作性不強(qiáng)，不予考慮。

d）方案四：在實(shí)際操作中，完全自由的調(diào)整船期幾乎是不可能的，但隨著LNG運(yùn)量增大，船數(shù)多，且和資源方、運(yùn)輸方有了較長(zhǎng)時(shí)間的合作，每個(gè)LNG接收站調(diào)整1～2條運(yùn)輸船的船期是可行的，調(diào)整后所需增加儲(chǔ)罐數(shù)量見表8。

表8 調(diào)整LNG船期前后所需增加儲(chǔ)罐數(shù)量

從表8可以看出，隨著LNG運(yùn)輸船船期調(diào)整次數(shù)的增加，LNG儲(chǔ)罐數(shù)量減少。如果在工程建設(shè)一期，當(dāng)LNG船期調(diào)整次數(shù)達(dá)11次后，則不需要新增儲(chǔ)罐。在工程建設(shè)二期，當(dāng)LNG船期調(diào)整次數(shù)達(dá)16次后，則不需要新增儲(chǔ)罐數(shù)量。但考慮到實(shí)際中，LNG運(yùn)輸船船期不可能隨意調(diào)整，因此，建議一期考慮船期的調(diào)整次數(shù)共為4次，即每個(gè)LNG接收站1次；在二期考慮船期調(diào)整次數(shù)為8次，即每個(gè)LNG接收站2次，在此情況下所需儲(chǔ)罐數(shù)量見表9。方案四的LNG儲(chǔ)罐數(shù)量較方案二減少7個(gè)，可減少基礎(chǔ)投資，同時(shí)船期的調(diào)整也逐漸增加，較為容易實(shí)現(xiàn)。綜上所述，建議采用方案四。

表9 推薦調(diào)整LNG船期前后所需增加儲(chǔ)罐數(shù)量

2.3.4 應(yīng)急調(diào)峰需求

除了考慮正常的月、日和時(shí)調(diào)峰外，還應(yīng)考慮應(yīng)急事故情況下的調(diào)峰需求。主要考慮管道事故應(yīng)急和極端氣候等其他應(yīng)急工況下的調(diào)峰需求。

2.3.4.1 管道事故應(yīng)急

目前，上海市在考慮應(yīng)急調(diào)峰時(shí)的儲(chǔ)備量是在最大氣源發(fā)生事故后，確保除電廠外的所有用戶正常用氣15d。參照此思路，以該省天然氣資源中最大供氣量的CQ為依據(jù)，考慮該省的氣源事故應(yīng)急儲(chǔ)備量。CQ事故后，管網(wǎng)15 d的供需情況見表10。

表10 2015年和2020年CQ事故后供需情況 104m3

從表10可以看出，當(dāng)CQ出現(xiàn)事故后，其他氣源能夠滿足除電廠外所有用戶的正常用氣，無(wú)需增加儲(chǔ)罐；同時(shí)，可以看出，在CQ出現(xiàn)事故后其他氣源仍有多余氣可保證部分電廠的正常供氣。

2.3.4.2 氣候等其他因素應(yīng)急工況

由于極端氣候天氣一般持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，故暫按7 d考慮，在此期間的用氣量為高峰月高峰日7 d的用氣量，即2015年和2020年在此應(yīng)急工況下用氣需求的增加量為9.21×108m3和13.25×108m3，該需求增加量小于季節(jié)波動(dòng)引起的調(diào)峰量，故無(wú)需再增加儲(chǔ)罐。

3 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于目前尚未有地下儲(chǔ)氣庫(kù)作為調(diào)峰設(shè)施規(guī)劃的省份可參考該省調(diào)峰方案，利用LNG氣源特點(diǎn)和省管網(wǎng)管道容積一并承擔(dān)下游用戶的調(diào)峰需求。為了迅速和有效地實(shí)現(xiàn)天然氣儲(chǔ)備并發(fā)揮作用，該省LNG儲(chǔ)備站規(guī)劃布局和方式必須滿足迅速動(dòng)用和低成本操作的基本要求，并應(yīng)著重考慮以下原則：

a）充分利用LNG接收站、城市LNG衛(wèi)星站的富余能力或擴(kuò)能建設(shè)，將其富余接卸能力用于儲(chǔ)備。

b）LNG儲(chǔ)備規(guī)模視具體地區(qū)市場(chǎng)消費(fèi)實(shí)際情況的社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力而定，按不同應(yīng)急要求就近啟動(dòng)不同規(guī)模區(qū)域化供氣應(yīng)急，避免不必要的長(zhǎng)距離輸送和過(guò)網(wǎng)損耗。

c）國(guó)有LNG儲(chǔ)備設(shè)施與經(jīng)營(yíng)性的商業(yè)儲(chǔ)備設(shè)施一體經(jīng)營(yíng)。

d）靠近天然氣消費(fèi)中心，確保汽化天然氣迅速和低成本進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)。

[1]GB 50251-2003，輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB 50251-2003，Gas Pipeline Engineering Design Specification[S].

[2]蘇 欣.SPS與TGNET軟件在天然氣管網(wǎng)仿真中應(yīng)用與認(rèn)識(shí)[J].天然氣與石油，2009，27（1）：1-3.Su Xin.Application of SPS and TGNET Software in Natural Gas Pipeline Network Simulation[J].Natural Gas and Oil,2009，27（1）：1-3：10.

[3]劉定智，劉定東，李 茜.TGNET及SPS軟件在天然氣管道穩(wěn)態(tài)計(jì)算中的差異分析和比較[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2011，22（1）：18-22.Liu Dingzhi，Liu Dingdong，Li Qian.Analysis on Differences in NaturalGasPipeline Steady State Calurlationsbetween TGNET and SPS software[J].Oil planning and design，2011，22（1）：18 to 22.

[4]楊光大.天然氣集輸管網(wǎng)瞬態(tài)模擬軟件TGNET及其應(yīng)用[J].天然氣與石油，1998，16（1）：1-4.Yang Guangda.Natural Gas Gathering Pipeline Network Transient Simulation Software TGNET and its Application[J].Natural Gas and Oil，1998（1）：1-4.