浅析城市天然气供应的储存与调峰

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 杨鸿斌

随着国家能源开发的进一步加强，天然气已成为本世纪城市能源消费的主力军，天然气进入越来越多的城市，城市天然气消费也不断扩大。由于天然气消费具有小时、日、月及季节的不均衡性，加之天然气供应和消费之间存在着不平衡性，因此必须选择合适的储气和调峰方式，才能有效地解决供用气的均衡性问题。

1 天然气储存方式

1.1 储气罐储气

储气罐主要用于解决短期用气不平衡的问题。储气罐按压力可分为两类，即低压储气柜和高压储气罐。

低压储气柜的储气压力低，调峰时用加压站将天然气加压进入城市管网中，目前这种储气方式逐渐淘汰。

高压储气罐一般采用圆筒形和球形两种结构。目前球形储罐正向大型化发展，国外出现了直径为47.3 m、容积为5.55万m3的大型球罐。我国采用进口钢材，能制造5 000～10 000 m3的大型球罐。

1.2 高压管道储气

高压管道储气实际上是一种高压管式储气罐，高压管道储气方式一般有两种：一种为绕城高压环网储气，在城市周围人口密度较小的地段设置环状高压管道，既可以用作储气，又能向城市多点供气，优化供气工况。另一种为门站内的管束储气，由一组或若干组管道组成管束，灵活方便调度。

1.3 管道末段储气

管道末段是指从最后一个压气站的出口到城市配气站之间的管段。合理制定输气方案，充分利用管道末段的储气能力，可在一定程度上缓解天然气的供求矛盾，但由于管道末段储气量的限制，这种方法一般只能用于短期调峰。

1.4 地下储气库

地下储气库是利用天然地质构造(如枯竭的油气田和含水层等)建造的。与其他储气方式相比，一是能满足用户秋冬季节的过大用气量的需求，二是维持干线输气管道系统稳定运行。

据不完全统计，目前世界上建有地下储气库约634座，总储气能力超过6 000亿m3，占世界总用气量的 15%。目前，地下储气库主要分布在美国、独联体、加拿大等天然气消费大国。

为了缓解北京冬季的供气压力，中国石油先后在大港油田利用枯竭的气藏建成了大张坨、板 876和板中北高点3座地下储气库，大张坨储气库总库容为44.65亿m3。

1.5 LNG储存

采用天然气液化方法可以大大提高天然气的储存量，所以使用 LNG是用来调节城市燃气季节高峰和事故气源的手段之一 ，将大量天然气液化后储存于低温储罐中，在用气高峰时将LNG气化进行城市燃气调峰。

2 城市天然气的调峰

城市用气有月、日、时的不均衡性，而气源的生产和供应一般是均衡的。为了解决均匀供气与不均匀用气之间的矛盾，并保证各类用户总能得到足够流量和正常压力的燃气供应，必须采取有效的调峰手段使燃气输配系统供需平衡。

城市燃气调峰方式主要有利用储气设施、改变气源生产能力和设置机动气源、利用缓冲用户发挥调度作用。

2.1 季节调峰

对城市燃气供应企业，季节调峰一是需要利用储气设施，二是必须依靠上游气源进行调节。为便于分析城市天然气的调峰，本文以宝鸡中燃的用气情况为实例进行分析。

宝鸡中燃现有居民用户24万，工业32户，商福611户，加气车辆约5 000辆。2009年销售气量10 303.3万m3，其中CNG加气站3 298.35万m3，占32.1%；居民用户2 412.13万m3，占23.4%；工业用户2 916.34万 m3，占28.7%；商福业用户1 631.24万m3，占15.8%。

下面以各类用户在冬高峰12月份和夏高峰7月份时的用气情况来说明季节调峰。

表1 月高峰用气量单位：万m3/月

从表1可以看出，宝鸡市月高峰系数为1.4，夏季较平均月下降12.5%，冬季用气较平均月增加41%。在季节变化、月用气量大幅改变的情况下，要保证宝鸡市正常平稳用气，至少需要通过±40%供气波动来满足。由于宝鸡没有用于季节调峰的储气设施，唯一的途径就是通过上游供气单位改变气源产能，达到季节调峰的目的。

2.2 日调峰

在宝鸡市的32家工业用户中，主要是钢铁、钛材类加工企业和玻璃生产类企业，加工类企业主要属于间歇式生产，调度这类工业用户的用气时间对日调峰具有重大的影响。对连续性工业企业由于日产能基本稳定，一旦生产运行，每天用气量的波动不大。日气量变化另一个因素是居民、商福用户因气温、节假日、日常生活等引起的。2009年12月19日用气高峰日用气量见表2。

表2 2009年12月19日供气量(用气量)单位：万m3

从表2可看出，宝鸡市日高峰系数为1.58，即在高峰日时，需增加58%的气量才能满足正常的用气。在2009年12月19日用气高峰日，实际用气44.5万m3，上游直接日供气36万m3，缺口8.5万m3。由于宝鸡市现有4 000 m3的球罐4座，可调峰气量11.2万m3，对当日出现的气量缺口，利用球罐储存的气量进行弥补，达到调峰的目的。同时，我们还根据工业、居民等用户的用气量和用气工况，制定应急预案和调度计划，通过调度计划调整供气量。当气量缺口较大，球罐储量难以满足调峰需要时，我们就通过调整用气量较大的工业用户的生产作业时间，平衡部分日不均匀用气，达到日调峰。例如大工业用户宝钛集团，生产性质属于间歇式生产，生产升温和实际生产过程用气量差别很大。在用气高峰期，双方调度人员紧密联系，当其准备进行投料生产时，先通知我公司，我公司调度人员根据当日上游供气量和球罐储量以及加热炉的用气量，决定其开炉时间，以避开用气高峰。而对于连续生产的石油机械厂，由于其生产作业时间相对固定，当气量不足时，我司就直接通知其停止生产，错开高峰日安排其生产时间。加气车辆在2009年用气量达3 298万m3，占总气量的32%，利用其双能源的特点，也可以充分发挥气量调峰的作用。对这些有可替代能源的车辆，在高峰日难以保证其用气时，就通知车主改用其他燃料行驶，减少用气量，减轻供气压力。

2.3 小时调峰

城市各类天然气用户的小时用气工况各不相同，同一类用户小时用气工况也相差很大，因此存在很大的小时不均匀性。一般地说，城市天然气的小时调峰问题可依靠储气设施或上游供气来解决；对有CNG汽车加气站的城市，还可以通过调整其压缩机工作时间，来达到小时调峰的目的。利用球罐，将日用气低峰时输气管网中剩余的的天然气储存起来，待小时用气高峰时输出供应城市用气。我们取2010年9月9日的供气状况来进行分析，见表3。

表3 2010年9月9日的小时供用气量单位：m3

从表3可得出，计算日小时不均匀系数为1.9。在24小时供气过程中，上游基本保持均量供气，球罐由于用气的不均匀性，时刻在进行气量的吞吐，在低谷小时最低用气4 299 m3，最大进气量7 195 m3；在高峰小时最大用气量21 612 m3，供气量12 176 m3，最大调峰量9 436 m3。

从小时用气量变化情况看，在11～13、17～20、6～7三个时段内分别达到最大日用气量的三个高峰，其中11～13时段的用气量为全天用气量的最高峰；一天中用气量最低谷为4～5时。用气量在一天中的变化波幅达到17 313 m3，小时用气量极不均匀。

日常在日小时高峰时，我们主要是发挥球罐的调峰作用，从表3供、用气量的对比就可以清晰的表明：低谷时球罐不断进气，调峰时又向外输气，始终保持正常的供气，从统计数据可以算出9日球罐调峰进气量43 671 m3，出气量36 795 m3，实际进气6 876 m3。在冬季供气高峰期间，除了球罐调峰外，我们还可以通过调节CNG加气站的压缩机运行时间和车辆加气时间来进行气量调峰。即在三个用气高峰时段，适当调整各加气站的工作时间，保障居民生活和公福用气。例如姜谭路加气站在每日8:00～12:00、公园路加气站在12:00～16:00时、群众路加气站在18:00～22:00时分别停止压缩机运行和加气，以避开高峰时用气紧张期。在用气低谷时，我们开启压缩机，向气井内补气，同时向车辆进行加气，从而达到小时调峰的目的。

3 结论

(1)选择哪一种天然气储存方式，与上游的供气能力、城市的规模、用户的数量及结构等因素息息相关，要综合考虑，因地制宜。

(2)城市天然气存在调峰问题是不可避免的，随着用气量的增大，其调峰问题越发变得重要。为解决城市燃气调峰问题，可从供气和用气两方面来考虑。供气方面可采取调整产气井数、调整长输管道运行方案、建立储气库等；用气方面可采取建设储气罐、建设调峰厂、利用可切换多种燃料的大型工业企业用户、加作为缓冲用户等。

(3)由于城市用户用气量受多种因素影响变化较大，为此，必须建立一套行之有效的调度或调度联系体系，以加强气量的及时调配工作。否则，将有可能影响正常的供气生产。