陳 聰 李錦輝 廖 騰

1.北京建筑大學 環(huán)境與能源工程學院北京市“供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程”重點實驗室；2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司佛山分公司

描述了佛山市三水區(qū)天然氣供應現(xiàn)狀，對2018年的計算月日用氣量進行了預測，計算了小時調(diào)峰儲氣量、應急儲氣量，結(jié)合調(diào)峰和應急儲備的規(guī)模和方式，探討了三水區(qū)應急調(diào)峰系統(tǒng)的最優(yōu)方式。

背景

天然氣的應急調(diào)峰問題是每個城市供氣系統(tǒng)中不可忽視的重要問題之一。隨著佛山市三水區(qū)的不斷發(fā)展，加上近年三水區(qū)政府對環(huán)境污染問題的愈加重視，導致了三水區(qū)天然氣用氣的爆發(fā)式增長，而在上游氣源“照付不議”的供氣大環(huán)境下，天然氣的應急與調(diào)峰問題也日益展現(xiàn)。如何安全而又穩(wěn)定地保障三水區(qū)天然氣的供應，并滿足三水區(qū)發(fā)展對天然氣的需求，是三水燃氣有限公司需要解決的重要問題。本文對佛山市三水區(qū)天然氣應急調(diào)峰的需求和設施進行探討。

三水區(qū)天然氣供應現(xiàn)狀

佛山市作為廣東省LNG 試點工程一期工程于2006年9月就開始了供氣，而佛山市三水區(qū)中心科技工業(yè)園也于2007年底實現(xiàn)了天然氣的供應，供應量也是逐年上升，到2010年三水燃氣公司天然氣供氣量達到了3950萬m3/年，而到2014年底供氣量將達到19000 萬m3/年的高度，年增長率達到了48%之多。而天然氣氣源也正從最開始的深圳大鵬LNG 的單一氣源逐步轉(zhuǎn)變成以西氣東輸二線為主要氣源，深圳大鵬LNG、卡塔爾LNG、珠海LNG、珠海-中山天然氣管道氣為輔的供氣系統(tǒng)。佛山市三水區(qū)天然氣利用一期工程供氣系統(tǒng)流程圖見圖1。

三水區(qū)天然氣用氣量預測

隨著三水區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，三水區(qū)天然氣供應的現(xiàn)狀已不能滿足供氣需求的擴大，因此三水燃氣公司適時啟動天然氣利用二期工程，根據(jù)市場的需要和政府政策的要求，天然氣利用二期工程用氣規(guī)模預測見表1，小時不均勻系數(shù)見表2。

表1 2018年三水區(qū)天然氣利用工程二期用氣規(guī)模預測表

圖1 佛山市三水區(qū)天然氣現(xiàn)狀供應流程圖

表2 小時不均勻系數(shù)表

調(diào)峰應急儲備及方式

天然氣調(diào)峰儲氣與應急儲氣規(guī)模及其相應方式往往根據(jù)城市能源發(fā)展規(guī)劃，并結(jié)合氣源供應、用戶及輸配系統(tǒng)的具體情況來制定的。

1）調(diào)峰儲氣量及方式

三水區(qū)天然氣輸配系統(tǒng)是由佛山市高壓管網(wǎng)輸氣干線負責的月、日調(diào)峰，因此只需要對三水區(qū)用于小時調(diào)峰的儲氣量進行計算。若佛山市高壓管網(wǎng)按日用氣量逐時供氣，經(jīng)計算2018年三水區(qū)用于小時調(diào)峰的儲氣量將達到40.11×104m3，儲氣系數(shù)為23.46%。

目前國內(nèi)天然氣調(diào)峰儲氣方式主要有高壓管網(wǎng)儲氣、高壓儲氣罐儲氣、LNG 儲罐儲氣、高壓管束儲氣、地下儲氣庫儲氣等。而這些調(diào)峰儲氣方式中高壓管道儲氣和LNG 儲罐是應用最為廣泛的，前者合理的利用了城市輸氣高壓管網(wǎng)，保證了不間斷地向用戶供氣，同時又能儲存部分天然氣，這部分天然氣可用于調(diào)峰和應急，它不但節(jié)約了投資，運行維護管理也極其方便。而后者雖然設施的費用比較高，并且運行管理和維修費用也較高，但是它也有儲存量大，反應較快等優(yōu)點，若作為小時調(diào)峰有較大優(yōu)勢。

結(jié)合三水區(qū)目前的燃氣設施狀況，可首選高壓管網(wǎng)進行調(diào)峰儲氣，次選LNG 儲氣站進行調(diào)峰儲氣。

2）應急儲氣量及方式

三水區(qū)的天然氣用戶分為居民用戶、商業(yè)用戶、小工業(yè)用戶、大工業(yè)用戶四種。作為事故應急儲備，不可能解決全部用戶的用氣，應按照用氣負荷優(yōu)先等級滿足重要用戶的應急供氣要求。用氣負荷優(yōu)先等級可見表3。

表3 用氣負荷優(yōu)先等級

由于三水區(qū)現(xiàn)有主氣源為西氣東輸二線，根據(jù)《西氣東輸工程可行性研究總報告》中的描述：西氣東輸干管預計事故率為每年1.68 次，每次停氣事故時間為68h。因此，結(jié)合三水區(qū)實際情況，天然氣應急氣源的應急事件取3 天為宜。

根據(jù)三水區(qū)用氣規(guī)模預測表可以得出三水區(qū)2018年所需日應急氣量為33.52×104m3，應急時間按照3 天考慮，則需要應急氣量為100.55×104m3。

LNG 儲氣站是目前世界上大多數(shù)城市首選的應急氣源裝置，它具有儲存效率高、儲運方式靈活、機動性高等優(yōu)點，相較而言，LNG 儲氣站又為經(jīng)濟。因此，在三水區(qū)推薦選用LNG 儲氣站作為應急氣源。

調(diào)峰與應急儲氣的優(yōu)化

經(jīng)過核算，三水區(qū)內(nèi)有DN 為500mm 的高壓燃氣管道約為26km，可提供管道儲氣量約為4.4×104m3，這些儲氣可用于小時調(diào)峰，但是與2018年所需用于小時調(diào)峰的儲氣量相去甚遠，因此需要考慮其他調(diào)峰方式。與此同時，LNG 只作為應急氣源時，不可避免地存在運行時間短、經(jīng)濟效益差、設備利用率低、維護費用高等問題。因此，可以利用LNG 低溫儲罐將調(diào)峰與應急氣源站融為一體，優(yōu)化配置，這樣不僅減少了一次性投入，占地少，運行效率高，還能較好地解決事故應急氣源站運行時間短、利用率低、經(jīng)濟負擔重的矛盾。

2018年三水區(qū)用于小時調(diào)峰的儲氣量為40.11×104m3，而用于事故應急的儲氣量為100.55×104m3，因此LNG 儲氣站只需要設立容積為250m3的立式儲罐7 臺，總儲氣量為105×104m3，就能滿足2018年的小時調(diào)峰與應急氣量。

LNG 儲氣站可集常規(guī)小時調(diào)峰與事故應急于一體。當在用氣高峰時，儲氣站內(nèi)儲存的LNG 通過氣化向管網(wǎng)供氣，用以彌補上游供氣量的不足；當上游供應系統(tǒng)處于事故狀態(tài)時，LNG 儲氣站則代替上游進行供氣；當輸氣管網(wǎng)中某地出現(xiàn)事故時，LNG 儲氣站還可以通過給LNG汽車注入LNG 并運輸至事故地區(qū)來供氣，以保證附近區(qū)域正常用氣。

結(jié)語與建議

1）鑒于三水區(qū)目前的調(diào)峰儲氣與應急儲氣的缺陷，建設完善應急調(diào)峰儲備設施的任務已經(jīng)迫在眉睫。

2）堅持“多種氣源、多種途徑、因地制宜、合理利用”的方針。雖然三水區(qū)未來的來氣渠道逐漸增多，供氣安全性保障會大大提高，但是設置LNG 應急調(diào)峰儲備仍十分必要。

3）使用LNG儲氣站不但能解決常規(guī)小時調(diào)峰的問題，同時還解決了事故應急的問題，即正常情況下氣化站用于小時調(diào)峰，事故狀態(tài)用作應急氣源代替上游供氣。