上海天然气主干网优化调度保供应探究

上海天然气管网有限公司　高玉珍

上海天然气主干网优化调度保供应探究

上海天然气管网有限公司高玉珍

对上海市供用气情况进行分析，重点从优化管网调配、协调上游调峰支持和发挥气电联调机制作用等方面探究，并针对上述因素，提出了一些能够缓和调峰矛盾，确保本市天然气安全可靠供应的建议。

天然气调峰优化管网气电联调

0　引言

随着上海能源结构的调整，天然气作为一种清洁高效的能源，近十年来需求量大幅增加，用户类型也拓展到大工业和电厂，由此对供气提出了较高的要求，也带来了一些运行上的困难，如调峰能力不足等。

本文从天然气主干网的结构特点着手，对本市供用气情况进行分析，重点从优化管网调配、协调上游调峰支持和发挥气电联调机制作用等方面探究，以达到缓和调峰矛盾，从而确保本市天然气的安全可靠供应。

1　天然气主干网的基本情况

上海天然气从1999年进沪以来，由单一东海天然气供应浦东，经过十多年的大力发展，已形成东海天然气、西气东输、川气、洋山LNG和五号沟LNG等多气源供应的局面。天然气主干网亦已形成“南北贯通、东西互补、两环相连”的管网格局；除崇明约80 km管线尚未投入使用外，目前本市在役天然气主干网约有670 km(设计压力为1.6～6.0 MPa、管径为DN500和DN800)，主要沿着上海郊环线和外环线敷设；上海天然气主干网承担着向全市供应的任务，2015年供气(入网)规模超过72亿m3，是一张重要的能源生命网。

天然气主干网主要有1.6、2.5、4.0、6.0 MPa四个压力级制的管道，长度分别占比为30%、20%、15%和35%；其特点是：6.0 MPa管道南北贯通形成“C”字型、由4.0和6.0 MPa管道向1.6和2.5 MPa两个环网供气，形成“东西互补、两环相连”的管网格局(见图1)。

图1　天然气主干网示意

2　本市供用气情况分析

2. 1供用气分布情况

2.1.1供气分布情况

经统计，从气源供应的分布情况看，东南面气源多，有东气、洋山LNG、西气东输二线和川气，约占70%；而西北面只有西气东输一线的单一气源，约占30%。

除东气和五号沟LNG外，其余的气源均进入6.0 MPa管网。6.0 MPa管道具有储气功能，一般运行压力控制在3.5～5.5 MPa。

2.1.2用气情况分布

6.0MPa管网用气主要是电厂、大工业和郊区等用户，约占60%；4.0 MPa管网主要是部分电厂等用户，约占5%；1.6～2.5 MPa管网主要是城市燃气及部分大工业用户，约占35%。

另外，从用气分布情况看，东南面用气约占60%，西北面用气超过40%；因西北面供气量小于用气量，所以常常在用气高峰时，北面6.0 MPa管网容易出现低压区，极端情况下压力会低于3.3 MPa(电厂用气压力需大于3.3 MPa)。

2.2用气情况分析

本市天然气用户主要分城市燃气(包括居民和营事团体用户等)、大工业和电厂用户。据2015年数据统计，三类不同用户用气月不均匀系数K1的情况详见表1。

表1　不同用户月不均匀系数K1

城市燃气1月、12月用气负荷较高，最高出现在12月为1.47，最低在8月为0.70；大工业用户用气相对较均匀，最高出现在12月为1.08；电厂用户用气最高在8月为1.32，最低在10月仅为0.55。夏季电厂用量最高，而城市燃气用量最低，用气正好形成互补；但冬季电厂与城市燃气高峰用气是“双峰”相叠，容易造成供应不足、用气紧张的困难局面。

另外，城市燃气一天中的小时用气负荷变化较大，详见图2。以2016年1月25日为例(当天，天然气用气总量创历史新高达到3 473万m3，城市燃气用量约占总量的55%)，从图2可以看出，城市燃气一天会出现2次用气高峰，中高峰出现在10∶00～12∶00、晚高峰在17∶00～19∶00，以晚高峰用气最高；用气低谷出现在凌晨2∶00～4∶00，峰谷比系数约为3。高峰时段往往会出现调峰量的不足的情况，这对天然气调峰供应提出了很高要求。

图2　城市燃气小时不均匀系数K3分布

3　天然气调峰能力不足原因分析

3.1上游供应的均衡性

东气是由东海海上开采气井来供应的，气量调节需靠开或关气井来实现，这种操作风险大，所以东气供应比较均匀；西气和川气，因其沿线用户多，为保障其管道安全运行 ，一般通过合同约定的、采用相对较均匀的方式来供气；洋山LNG承担了调峰的主要作用，但受到储罐数量(即储量)和气化能力的限制，调峰能力有限。总的来说，上游气源供应相对较均衡。

3.2城市燃气用气的不均匀性

上海经济结构调整使得本市用气结构发生了变化，据统计，城市燃气、大工业用户和燃机电厂用气比例分别是48%、24%和28%。城市燃气是天然气供应的基本对象。

国民经济的不断发展、第三产业的兴起、对环保要求的提高促使新型燃气设备的开发、老百姓生活质量的提高，在生活方式、用气习惯、热水器普及和气温等因素的影响下，尤其是采暖设施的使用和推广，使城市燃气冬季用气需求大幅提高，但夏季处于用气低谷。

从表1可知冬季12月用气是夏季8月的2倍多；从图2可知高峰用气是夜间低谷的近3倍。城市燃气用气不均匀、占比又较高，加剧了供需不平衡和调峰的矛盾。

3.3燃气电厂被用于电力调峰

近年来燃气电厂用气方式发生了一些变化，夏季受外来水电增多影响，用气计划下调，用气需求明显下降；而冬季用于电力调峰的需求快速提升，高峰时段用气量增幅较大，这使得电厂和城市燃气冬季用气需求叠加；春秋季用量日渐低迷。燃气电厂用气的季节、日和小时不均匀性突出，与上游均衡供气的方式产生较大冲突，加剧了天然气调峰的矛盾。

3.4调峰设施建设滞后

上海天然气调峰手段主要依靠洋山LNG，但受储罐数量(即储量)和气化能力的限制，调峰能力有限。新一轮的天然气储气扩建等工程可能需到“十三五”后期建成，从“十三五”天然气发展用气需求来看，调峰设施的建设相对滞后。

4　优化调度对策措施探究

优化调度是在现有管网设施的条件下，通过管网调配、与上下游协商供用气方式等，缓和或解决调峰不足、供需不平衡矛盾，以确保管网安全运行、保障天然气安全可靠供应。

4.1优化管网调配

因天然气主干网结构和供用气分布特点，使东南面气源多、西北面少。优化管网调配需根据用户分布情况、用气计划、预测和用气变化趋势，通过调节门站和调压站的压力设置值、结合6.0 MPa管网的储气情况，尽可能从东南面多配送天然气至用户端，将西北面气源用于对压力要求高的电厂用户。

通过优化管网调配，既可以减少东南面气源长距离输送造成最北段压差大的输送困难，又可使管网运行相对平稳，确保运行安全。

4.2协商上游调峰支持

目前进入天然气主干网的有5大气源，可根据气源特点，利用首站的接气尚未达到设计规模(输送能力有富余)的情况下，商请上游支持，即保持日供气量不变，在用气高峰时段增加小时供应量、夜间用气低谷时减少供应，这样就可增加调峰能力，最大可能满足用户用气需求。

4.3发挥气电联调机制作用

4.3.1本市电力基本情况

去年本市用电量超过1 400亿kW·h，本地机组发电约占60%(其中燃气机组发电约占总量的7%、占本地发电机组的12%)，外来受电超过40%。截至2015年底，上海电网拥有7家在役燃机电厂、19台机组，总装机容量为550万kW(满负荷小时耗气量约100万m3)；燃机占本地机组总装机容量的1/4左右，发电利用约为1 800 h。

4.3.2燃气机组特点

据统计，去年燃气机组天然气用量约占本市总量的28%。由于燃机启停快速、用气比例较高，燃机发电是天然气管网较为理想的平衡调节天然气的手段，因此燃机可以作为可中断的大用户为天然气管网调气峰，即在冬季天然气用气高峰时段减少使用，夏季在电力高峰时段、或春秋季天然气富裕时多用天然气。燃机可对气、电运行起到双调峰的重要作用。

4.3.3气电联调机制的重要作用

上海早在10年前(天然气机组用于发电时)，政府相关部门就意识到电力和天然气作为本市的主要能源行业，能源总平衡的重要性和复杂性，建立了气电联调的协调机制。两个行业有各自的特点，如夏季电力的迎峰度夏、冬季燃气的保高峰，有一定的互补性；但又因天然气行业上游照付不议供应的刚性，春秋季用气低谷时，可能会发生洋山LNG储罐胀库的风险或冬季用气特高峰时造成LNG储罐低库存等困难。通过政府相关部门的协调(包括电力调度的支持)春秋季可适当降低燃煤机组的负荷(或调停部分机组)、增开天然气机组以消纳富裕的天然气；在冬季天然气用气高峰时段，适当降低部分燃机负荷(或少开燃机)以削减管网小时高峰用量。2016年1月强寒潮期间，在政府相关部门的高度重视和不懈努力下，多次召开气电联调协调会，克服了种种困难，确保了管网运行和本市天然气供应的安全。上海气电联调机制在电力和天然气行业发挥了重要作用，在国内也属首创。

4.4运用价格杠杆对大工业用户进行错避峰

探索实行季节和峰谷气价，即不同类型用户价格随季节和时段浮动。鼓励具有双燃料的大工业(包括发电行业)、或部分大用户通过全年生产计划的调整来安排夏季多用气、冬季少用气；在高峰时段尤其在冬季，降低用气负荷。运用价格杠杆，起到错避峰的调峰作用，从而确保天然气主干网的平稳运行、保障本市天然气的供应安全。

5　结语

通过对天然气主干网结构特点和供用气情况的分析，认为在现有管网设施和现行政策的条件下，通过采用优化管网调配、协调上游调峰支持和发挥气电联调机制作用等优化调度方面的对策措施，对缓和或解决调峰矛盾是行之有效的，也对确保安全供应起到至关重要的作用。从长远来看，继续探索运用价格杠杆来错避峰以及增加储气调峰设施是很有必要的，可进一步增加调峰能力，保障全市天然气供应的安全。

Discussion on the Main Network’s Dispatching Optimization of NG Supply in Shanghai

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd.Gao Yuzhen

The article analyzes the situation of gas supply and demand in Shanghai, focuses on the following aspects, such as, gas network optimization, balance of gas peak-shaving, and linkage mechanism between gas and electric. In view of each aspect, some suggestions are showed to ease the contradiction between peaking and ensure the stable gas supply.

natural gas peak-shaving, network optimization, gas and electric linkage