天然气的稳定可靠供应

郭揆常

（上海石油天然气有限公司，上海 200041）

天然气作为清洁高效的气体燃料，是向新能源过渡的桥梁，也是低碳经济的重要支柱。近年来，全球天然气开发利用步伐明显加快，在全球一次能源消费中的比重不断提高，2010年达到了24%，仅次于原油（34%）和煤炭（30%），天然气的开发利用正在引领着全球能源结构的变革。随着全球能源需求的持续增长，特别在日本地震引发的核电事故全球核能发展放缓之后，国际天然气主要消费市场需求旺盛，2011年全球天然气消费量达到3.25万亿m3，天然气供应甚至出现了缺口。在全球天然气发展的大格局下，我国能源结构的“气化”进程也在明显加快，目前已经随着世界的脚步走向以气为主的能源结构调整新阶段。在“十二五”期间，天然气在我国一次能源消费结构中的比重将翻一番，由目前的4%提高到8%以上，预计到2015年我国天然气需求将达到2 600亿m3，其中国内生产1 700亿m3，净进口900亿m3。上海作为特大型城市，天然气不仅需求量大，而且用户广泛，用气结构多样。“十一五”期间，天然气供应总量快速增长，从2005年的18.7亿m3提高到2010年的45亿m3，广泛应用于城市燃气、大工业和电厂等各类用户，天然气占上海一次能源比例达到6.3%。随着天然气在一次能源供应中的比重不断提高，天然气的稳定可靠供应对社会稳定和经济发展的影响日益凸显。如何根据市场特点形成能够有效满足各类用户的用气需求的供应体系，不仅是天然气市场发展的需要，而且也是国民经济持续稳定发展的需要。

1 上海天然气市场需求特点

充分满足天然气市场的各种不同需求，是天然气稳定可靠供应的目的，了解市场需求特点是实现稳定可靠供应的基础。

1.1 天然气需求量大、发展快

天然气需求量大、发展快是上海天然气市场的显著特点。“十一五”期间，天然气供应量每年平均增长20%；“十二五”还将以年均18.5%的速度增长；至“十二五”期末上海的天然气市场规模将达到近100亿m3。天然气市场的发展要求持续渐进，但是市场扩容快而气源供应增长呈阶梯式，供需平衡难度大。对长三角地区来说，随着西气东输、川气东送管道和进口LNG接收站的相继建成，东部地区对天然气的需求得到了进一步的释放。如图1所示，我国两大主要经济区长三角和广东福建两省天然气用量近年来增长迅速，长三角区域已经成为中国天然气消费增长最快的区域，总量上也超过了京津唐地区。

图1 长三角、广东福建、京津唐天然气消费量占全国总量比重

长三角地区是中国最具经济活力的区域之一，在天然气利用方面也成为消费最集中的区域。从未来需求的增长态势来看，以上海为经济龙头的长三角地区对天然气的需求将进一步加速。

1.2 消费结构多样化

上海的天然气市场用气结构多样化，其中发电、化工、钢铁等行业的天然气消费量增长较快。2010年，上海市电厂、化工和一些工业大客户的用气量约占天然气消费总量的44%，比2005年提高了16个百分点。天然气与燃气发电互为调峰，气电关联度提高，用气特性与电力同步，呈现夏、冬双高峰，气电平衡矛盾突出。

1.3 调峰要求高

2010年，上海天然气消费结构中，城镇燃气（含中小工商业）约占52%，居民、商业和小工业的天然气消费比例出现7∶4∶3的格局，调峰要求高。2011—2015年上海天然气消费结构见表1。

表1 2011—2015年上海天然气消费结构 亿m3

2 多气源供应

为确保供气的安全可靠，必须建立完善的天然气供应体系，形成多气源供应体系和相互贯通的天然气网络，其中多气源供气应该是该体系的重要组成部分。欧洲成熟的天然气市场至少有三种气源，其中任何一种气源供应量最多不超过50%，并且所有的气源可通过公用运输设施相连接。

1999年上海开始利用东海平湖天然气，目前已形成了由国内气和国外气、管输气和LNG组成的多气源供应格局。“十二五”期间上海天然气气源主要有东海平湖天然气、西气东输一线天然气、进口LNG、川气东送天然气和西气东输二线天然气等五大气源。2010—2011年上海市天然气供应量见表2。

表2 2010—2011年上海天然气供应量 亿m3

由表2可见，五大气源供气对满足上海天然气市场需求作用显著。其中，LNG在供应上海的五个气源中供应量占40%，具有举足轻重的作用。2009年上海LNG项目一期工程建成之前，天然气市场发展受到气源供应能力的制约，只能采取“以供定销、有保有限、能源互补、节能高效”的原则加强天然气需求侧管理，在一定程度上影响了部分用户的用气需求。上海LNG项目一期工程建成后，对缓解供需矛盾发挥了重要作用；2010年上海LNG公司为上海供应了16亿m3天然气，占气源供应总量的36%左右，强有力地支撑了市场需求。

随着上海、江苏、浙江LNG气源的逐步启用和国家和各省陆上管网的逐步贯通，长三角地区将形成一个立体化的天然气网络输送系统，见图2。长三角地区的天然气消费集中、管网汇聚、贯通内陆、直达海上，这些优势使使上海具备成为中国区域性天然气枢纽的基本条件。

图2 长三角的天然气输送网络

3 燃气管网

管网压力级制的设置要满足用户需求。针对上海燃气用户类别多，管网压力级制设为8级：6.3MPa、4.0MPa、2.5MPa、1.6MPa、0.8MPa、0.4MPa、3kPa、1kPa，是国内城镇燃气管网分级最多的城市。多级压力配置，有效地了利用管网压力，较好地适应了各类用户对供气压力的需求。

为了解决城市用气量大、大型工业用户分布广，以及天然气在使用中的不均匀系数大等问题，沿城市郊环公路敷设6.3MPa的超高压天然气干管。由于这些天然气干管具有储气的作用，因此还将成为城市天然气调峰系统的重要组成部分。

从低级别管网抽取天然气经过加压后供应特殊用户的方法，是根据上海城市天然气用量、压力不均匀而采取的一种因地制宜的天然气供应技术，可保证管网具有较强的灵活性和较大的适应性。典型案例是上海浦东机场的分布式供能系统的天然气供应。浦东机场用气接自2.5MPa管网，但该管网日常运行压力偏低，仅有1.2MPa，为满足分布式供能的用气需求，在管道来气起点设置增压机，增压至1.8MPa后通过连接浦东机场的专用管道（设计压力2.5MPa）输往用户，既可满足用户的用气需求，又不影响管网的正常输气。

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发电厂或大型工业用户在启动用气设备瞬间，管道天然气的流量突然增加，会造成附近管网产生巨大的瞬间压差，管道压力严重失稳，甚至导致管道受损，因此对大型用户必须由专供管道直接供气。如石洞口某发电厂建设专供管道后供气压力由3.3MPa提高至4.7MPa，不但可以满足发电厂的用量需求，而且预留一定空间，大大提高整个管网的抗风险能力。

4 调峰方式

由于气候条件变化、用户需求不同等各种原因，一个地区的天然气供应总会面临调峰问题，特别像上海这样的特大型城市，燃气供应调峰问题十分突出。上海的天然气用量高峰集中在夏冬两季。2010年，日平均用气量为1 200万m3，实际最大日用气量达1 500万m3，日不均匀系数峰值约1.2；春秋两季为用气低谷，不均匀系数谷值为0.8。小时不均匀系数主要集中在城市配气部分，不均匀系数在3左右，给上海的供气稳定性带来很大的挑战。

上海根据自身天然气管网及用气特性，采取上游和城市管网共同调峰的方式。由于下游天然气管网无法解决自身所有的调峰问题，季节性调峰、日调峰和重点大型用户的小时调峰基本依靠供气上游的天然气供应量来解决，自身调峰主要是解决城市燃气的小时调峰。

上海地区无法建设地下储气库，城市调峰除由高压管道储气、高压球罐储气外只能用储存LNG的方法来解决。目前，上海利用郊环线及内部高压管道调峰量可达到270万m3；已建储气球罐调峰能力约30万m3，LNG储存是最重要的调峰措施。在东气量小、西气平稳的情况下，LNG供应灵活、可调节量大，可以发挥峰时加量、谷时减量的功能，效果显著。在上海天然气供应中，LNG发挥了重要的调峰作用。

5 天然气储备

天然气储备是为了保证供需平衡和维持管道压力稳定，以应对调峰和应急需求。这是安全供气的重要措施。发达国家为保证能源供应安全都建设了完善的石油、天然气储备系统。国外石油储备一般为90天，天然气储备17～110天不等。2010年上海城市燃气用户应急保障天数达到15天。天然气储存方式有输气管道末段储气、高压管束储气、地面储罐（多为球罐）储气、液化天然气储存和地下储气库储气等。

1）地面储罐 储存常温低压或高压状态的气态天然气，建造简单，但是容量小、成本高，而且占地面积大、安全性要求高。一般用于日调峰和小时调峰。

2）高压管束 储存常温高压状态的气态天然气，建造简单，但储气量小、调节范围窄。一般用于日调峰和小时调峰。

4）地下储气库 储存常温高压状态的气态天然气，容量大、压力高、占地少、受气候影响小、经济性好、安全性高，但要求有合适的储气地质构造、建设投资大、建设周期长，适合作为应急和战略储备、季节调峰。

其中地下储气库可以利用枯竭油气藏或盐穴储气，储气量大、经济性好，是天然气的主要储存方式。液化天然气储存，由于天然气以液态方式储存，储气量大、易于操作，比高压球罐和高压管束储存投资少、经济性好。表3列出了液化天然气储存与高压球罐和高压管束储存投资成本比较。

表3 储气方式投资成本比较

LNG储罐的储气量比较大；全容式LNG储罐运行安全可靠，而且LNG储罐的建造对地质条件的要求不高，罐址选择比较灵活。特别是中小型LNG储罐及其相应设施比地下储气库一次性投资少，建设周期短；LNG气化后可以直接进入供气管网，无需其他处理。LNG储备库址不受地质条件的限制，比较灵活，在没有条件建造地下储气库的地区，可以采用LNG储存。长三角地区缺少建造地下储气库的条件，采用LNG储存的方式可以满足天然气储备的需要，而且还可以充分利用国际资源，有利于实现能源供应来源多样化，缓解石油进口压力。

“十一五”期间，上海完成了五号沟LNG应急备用站扩建的两座5万m3LNG储罐的建设，应急储备量达到7 200万m3。洋山港LNG接收站3座16.5万m3的LNG储罐，除日常供气外，能够提供9 000万m3作为应急储备。今后还将与中国石油天然气集团公司江苏如东LNG接收站互通互保，作为上海应急储备的重要补充。

根据《上海燃气管理条例》，上海燃气集团制订了燃气应急预案。按照确定的天然气应急保供次序，首先确保100%居民用气需求，80%商业用气需求以及60%工业用气需求。目前，上海能够保证在气源事故情况下满足城市燃气用户和部分大工业企业用户15天的用气需求。

6 结语

多年来的运行实践说明，上海的天然气供应体系已经较好地适应了天然气市场发展的需求，天然气安全稳定供应也对上海的社会和经济发展起到了积极作用。为了上海天然气利用的发展，在总结现有成功经验的基础上，应当继续推进气源建设、增加LNG储备、完善管网输配系统和提高调峰能力，使上海天然气供应体系更加可靠、供气更加稳定，进一步为上海经济的持续发展，优化城市环境提供坚实的能源基础。

从经济增长态势来看，长三角地区的同质性较强，而从气源情况来看，江浙与上海的条件也较接近。因此从中长期发展考虑，上海市和长三角地区将大幅度提高天然气利用，并进一步完善天然气供应体系，形成切实可靠的多气源供应体系和相互贯通的天然气网络；要求建设的每座LNG接收站都规划与管道气组网，负责一片区域的供应储备。对区域供气而言，在管道供气的同时引进LNG，有利于保障供气的安全。