天然气的地下储气与城市燃气调峰

1天然气的地下储气与城市燃气调峰天然气的地下储气与城市燃气调峰1.城市燃气的调峰要求在天然气不同类型的用户中（城市、发电、工业、化工等），以城市燃气的供气不均匀最为显著。城市在一年中不同的月份，每月中的不同日期以及每日中不同小时中的燃气供气量并不是均衡不变，而有较大变化。为满足供气平衡，解决随月、随日、随时的变化，必需要有足够的调峰措施。以往人工煤气、液化气作为城市气源供气时，气源、输配管网以及用户都由城市独立管辖，统一调度，城市不均匀的稳定供气，则由城市自身的调峰来解决。各城市都建设一定数量的调度气源以及建有足够容量的储罐来解决调峰问题，各自为政，自成体系。而天然气的供气则是由上游（气井），中游（长输管道）及下游（用户）有机组成，由于它们分属不同公司，由不同部门管辖，因此天然气的调峰，需要整个供气系统统一研究，协调解决。根据国外天然气供气的经验，季节和月份的不均匀性通常是以建设地下储气库来解决，而平衡日、时的供气不均匀则通过高压输气管网中的末端储气来解决。地下储气库除在满足季节调峰的同时，当距离城市较近时，还可以用作短期调峰，平衡小时不均匀性。建立足够的地下储气库容量和发挥高压长输管道的储气能力，是保证不间断安全供气的有效措施。城镇燃气设计规范2002 年局部修订条文中 5.1.3A 及 5.1.4 条规定：采用天然气做气源时，平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性，应由气源方（即供气方）统筹调度解决。采用天然气做气源时，平衡小时的用气不均匀所需调度气量宜由供气方介决，不足时由城镇燃气输配系统解决。由天然气供气的上中游为主来解决下游所需的供气调峰。从整个供气系统2来讲，是经济、合理的。这样可以避免城市各自相应建立各种调峰应对措施，既费时又不经济。城市为解决调峰问题，目前常采用的措施有：（1）设置城市机动备用气源考虑到与天然气的互换性，适合的气源装置有液化石油气混空气或者轻、重油制气设施等。装置复杂，费用昂贵，每 1 米3/天的基建投资约5001000 元。（2）天然气液态储气在常压下，当天然气温度降至-161时，液化并储存于贮罐中。1 米3液化天然气气化后可生成 600 米3的天然气。上海已建成液化天然气事故储存站，储存液化天然气 2 万米3，可形成 1200 万米3天然气事故供气规模，保证上海浦东地区 1012 天的用量，投资 4.8 亿元。除建设费高之外，运行费用也较大，折合每米3天然气大约需要 3 元多钱，一般城市是无法采用的。（3）充分利用缓冲用户，削减城市的峰谷差发展工业用户提高工业用气量的比例。大力推广在夏季城市低峰时使用溴化锂直燃机空调装置，实行低谷价的经济杠杆办法来减弱峰值，调节用气量。（4）高压储罐利用天然气进出高压储罐的压差进行储气，高压球罐储气技术在国内外均已成熟，球罐罐容常在 100010000 米3之间，最大设计压力为1.57MPa。（5）管道储气管道储气实质上是一种高压管式储气罐，它可以充分利用较高的天然气来气压力和城市外环管网的压力，既作输气又作储气。管道储气能承受比球罐更高的压力，有利于增加其储气能力。从上述几种城市调峰措施来看，都需要花费较多的投资，有的还要占用城3市的土地。我们比较一下地下储气和其它储气方式的投资费用。地下储气和其它储气方式的投资费用储气方式投资费用（元/米3工作气或储气量）枯竭油气田0.42.1含水层储气库2.54.2地下储气盐穴储气3.35.8液化天然气（LNG）储存4050高压球罐储气400500高压管网储气300400显然，在城市内通过建设球罐或高压管网等方案来调峰，比地下储气要耗费更多的建设资金。因此应该在高压输气干管的附近（小于 200 公里），建有足够容量的地下气库，争取在城市内不建调峰设施是上下游投资和操作最优化地解决调峰问题的合理方案。4为了使上中游建设足够的地下储气库，并通过下游的用气要求合理编制天然气的产量和供气计划的措施来保证用户用气，下游用户必须提供一年之中的月、日、小时的用气量，这样的资料或曲线完全可以通过不同用户实际资料的积累，通过迭加、整理而得到。通过地下气库完全按照下游提供的资料和曲线，预先编制气库运行计划进行运作，以满足城市的所有调峰要求。2.国外地下储气库建设情况目前全世界已建设地下储气库共 554 座，主要分布在美国、加拿大、法国、德国、意大利及独联体等国，储存能力达到 5020 亿米3，工作气量达到 2434亿米3，相当于全世界年耗气量的 11%，或民用和商业用气量的 44%。美国地下储气库的工作气量相当于年耗气量的 20%左右，相当于民用和商业用气量的 1/2。独联体地下储气库有效工作气为年消费量的 10%。加拿大的工作气量占年消费量 11%。西欧地下气库储量相当于 45 天的耗气量，而法国则储存了相当于 110 天的耗气量。由于这些国家建有充分的地下气库的容量，加上发达的管网输配系统和多气源点的供气，他们的供气调峰自然都不成问题。虽然建设地下气库需要很多资金，但如将其与高压输气管网统一考虑，与不建地下储气库方案比较，可使输气管道和压气站的投资节省 2030%，使输气成本降低 15%20%。如果把上中下游作为整体来考虑，则通过建立地下储气库与由城市建高压球罐等方案相比较，经济和社会效益更加可观。困此建造地下气库是天然气技术发展的必由之路。地下储气库的类型1、枯竭油气田型地下储气库在枯竭的气层或油层中建立地下储气库是世界上最常用，最经济的地下储气形式。由于它造价最低、运行可靠，成为地下储气库的首选。目前全世界共有枯竭油气田型地下储气库 425 座，占地下储气库总数的 76.7%。52、含水层储气库含水层储气库是仅次于枯竭油气田的另一种大型地下储气库型式。目前全世界这种类型的储气库共有 82 座，占地下储气库总数的 14.8%。在含水层中建库的方法是，用高压气体注入含水层的孔隙中，将水排走，并在非渗透性的含水层盖层下直接形成储气场所。3、盐穴储气库盐穴储气是在地下盐层中通过水溶解盐，形成的空穴来储存天然气。从规模上看，盐穴储气库的容积远小于枯竭油气田型和含水层型储气库，单位有效容积的投资费用大，成本也高，卤水销路也有问题，而且溶盐建库需要花费几年的时间。但盐穴储气的优点是储气库的利用率较高，注气时间短，垫层气用量少，需要时可以将垫层气完全采出。目前世界上有盐穴储气库共 44 座，占地下储气库总数的 7.9%。西气东输金坛储气库，即为盐穴型地下输气库。3.西气东输地下储气库西气东输地下储气库是西气东输整个系统工程中非常重要的配套项目，是西气东输工程安全可靠供气的重要保证。在广泛收集各种建库条件资料的前提下，进行了库址比选的研究，确定江苏金坛盐矿作为长江三角洲供气范围的地下储气库的首选库址。安徽定远盐矿虽然基本具备建库条件，可作为河南，安徽地区的调峰储气，但由于目前资料尚不齐全，还需要进一步评估。因此目前仅限于对长江三角洲供气的金坛地下储气库进行规划研究。对地下储气库的规模预测，应根据用气需求量，季节不均衡调峰气量及应急用气量来确定。季节调峰气量是在对用户用气情况的调查与分析基础上，逐月测算供气量与用气量的差额，作为地下气库的季节调峰所需的气量。而应急6供气量按管道维修事故处理需 72 小时考虑，也即地下储气库能够应急供应三天的气量。长江三角洲天然气需求量、储气库季节调峰气量及应急供气量汇总如下表：2005 年2008 年2013 年上海24.1438.6668.01江苏33.4149.0781.0浙江4.5811.7315.15用气量108m3/a合计62.1399.46164.13季节调峰气量 108m34.056.279.14应急供气量 108m30.290.390.70储气库有效工作气量是季节调峰气量与应急供气量之和。据此，2005 年、2008 年、2013 年储气库有效工作气量分别为4.34×108m3，6.66×108m3及 9.84×108m3。7为维持储库的容积，确保储库的最低压力，必须保证有一部分气体滞留在储气库中，这部分气体即为垫层气。地下储气库的垫层气量约占总储气量的1575%。金坛地下储气库设计最高及最低运行压力分别为 16MPa 和5.5MPa 计算储气库有效工作气量占总库容的 66.66%。为此，长江三角洲地区储气库的规模见表：108m3年有效工作气量垫气量总库容量20054.342.176.5120086.663.339.9920139.844.9214.76到 2008 年储气库工作气量应达到 6.66×108m3，储气有效工作气量占总用气量 6.69%（世界储气库储气量占总用气量约 11%）。由于受卤水销售出路所限，估计到 2008 年储气库工作气量仅为 4.64×108m3，更不能达到世界一般的储气水平。实际上城市日及时调峰所需要的调峰气量，仅占储气库工作气量的很小比例。只要略微增加储气容积。做好地下储气库的计划调度，是能够解决城市的调峰问题。以长江三角洲地区为例，根据计算，城市燃气需要的日、时调峰量8仅为 371×104m3，储气库有效工作气量只需增加 5.2%即可满足城市调峰要求。金坛地下储气库预测单位储气费为 0.597 元/m3，分摊到西气东输每米3天然气的储气气价为 0.028 元。远比城市自建调峰设施后的储气费用要低。