李孟錦, 萬嗣澤, 焦文玲

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院,黑龍江哈爾濱150006;2.寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點實驗室,黑龍江哈爾濱150006)

1 概述

隨著國家清潔供暖和“雙碳”目標(biāo)提出,天然氣作為安全高效的優(yōu)質(zhì)清潔能源得以快速發(fā)展。由于我國天然氣資源的空間分布不均及供需不對等,為保證天然氣安全可靠供應(yīng),大力推進(jìn)天然氣儲備能力建設(shè),促進(jìn)儲氣能力快速提升,是國家刻不容緩的首要任務(wù)。特別是城市天然氣的季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急調(diào)峰和戰(zhàn)略調(diào)峰,關(guān)系到國家的能源安全和能源戰(zhàn)略發(fā)展,具有十分重要的作用。

2 天然氣調(diào)峰需求

城市天然氣用氣量受到不同因素的影響而表現(xiàn)出不同的規(guī)律性,從而產(chǎn)生不同的調(diào)峰需求。時調(diào)峰、日調(diào)峰普遍存在但量級較小,基本可憑借現(xiàn)有調(diào)峰手段移峰填谷。目前我國調(diào)峰挑戰(zhàn)主要在以下3方面。

2.1 供暖季節(jié)調(diào)峰需求

在“雙碳”目標(biāo)下,天然氣清潔低碳的特性加快推進(jìn)了以氣代煤、以氣代油的進(jìn)程[1]。供暖期北方地區(qū)存在大量的天然氣供暖用戶,且隨著大型燃?xì)怆姀S、燃?xì)忮仩t房、燃?xì)夤┡療崴疇t供暖等需求增多,冬季天然氣用量迅猛增長。以北京市為例,供暖期用氣量占年用氣量的比例達(dá)76%左右[2];南方供暖用氣需求沒有北方強(qiáng)烈,但為了追求熱舒適性而使用燃?xì)夤┡療崴疇t和燃?xì)獾孛孑椛涔┡谋壤苍诜€(wěn)步增長。供暖與季節(jié)調(diào)峰疊加,使調(diào)峰難度更大,且增加了調(diào)峰成本。

目前綠色清潔能源如風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等技術(shù)水平不成熟,無法安全穩(wěn)定運(yùn)行,且分布不均,經(jīng)濟(jì)性不足,無法與能源需求無縫對接,因此預(yù)計未來天然氣在能源消費中占比會更高,所帶來的調(diào)峰問題會日趨嚴(yán)重。

2.2 應(yīng)急事故調(diào)峰需求

我國天然氣消費量龐大,當(dāng)因設(shè)備故障、管網(wǎng)損壞或其他因素導(dǎo)致無法正常供氣時,造成的影響范圍大,后果很嚴(yán)重。應(yīng)急事故調(diào)峰可以在一定程度上減少下游用戶損失,保證安全平穩(wěn)度過事故期。

我國在應(yīng)急事故調(diào)峰方面存在著較大的缺陷。我國當(dāng)前只有應(yīng)急事故調(diào)峰方面的一些指導(dǎo)意見,而缺少類似美國的15 U.S.C.717《天然氣法》(Natural Gas Act of 1938)和15 U.S.C.60《天然氣政策法》(Natural Gas Policy Act of 1978)[3]等切實的法律來監(jiān)督天然氣系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行管理。目前我國僅有部分城市有相關(guān)調(diào)峰措施,且建設(shè)規(guī)模與國外相比仍差距明顯。上海作為我國最大的經(jīng)濟(jì)中心城市,應(yīng)急事故調(diào)峰能力國內(nèi)領(lǐng)先。20世紀(jì)末期著手建設(shè)的五號溝LNG事故儲備站,儲存總量約5.4×104t液化天然氣[4]。當(dāng)發(fā)生應(yīng)急事故時,上海市應(yīng)急儲備量大約可滿足10 d用氣需求;同時洋山LNG接收站也具有300×104t/a的接收能力。上述措施均為上海安全穩(wěn)定供氣提供必要保證。美國僅LNG儲備量就可滿足全國28 h應(yīng)急所需,日本立法明確國家可承擔(dān)30 d的應(yīng)急儲備,與美國、日本相比,我國應(yīng)急儲備仍有較大提升空間。

2.3 戰(zhàn)略儲備需求

近年來國際貿(mào)易爭端頻發(fā),我國天然氣穩(wěn)定安全供應(yīng)受到威脅。為了保障我國能源安全,維持供氣穩(wěn)定,我國對內(nèi)實行天然氣戰(zhàn)略儲備的能源戰(zhàn)略[5-6],通過大量儲備應(yīng)對動蕩局勢下的能源緊缺。

國外對戰(zhàn)略儲備十分重視。截至2020年底,美國有388座地下儲氣庫,戰(zhàn)略儲備占比約為年天然氣消費量的12%。歐盟早在20世紀(jì)中期就要求將進(jìn)口氣量的10%作為儲備氣量[7]。目前歐盟已先后建成108座不同種類儲氣庫,總工作氣量達(dá)到785×108m3,相當(dāng)于45 d的消費量,且還建有多座LNG接收站,來滿足其余調(diào)峰需求。

我國當(dāng)前儲氣庫總調(diào)峰能力低于世界平均水平,未達(dá)到之前國家發(fā)改委所提天然氣銷售方應(yīng)建設(shè)與銷售量配套10%的調(diào)峰能力的要求。在2020年冬季用氣高峰期,出現(xiàn)500×104m3以上的調(diào)峰缺口。為保障能源安全,國際燃?xì)饴?lián)盟認(rèn)為,當(dāng)國家對外部能源依存度超過30%時,儲氣庫工作氣量要占全年消費量的12%以上[8],但我國截至2021年底,已完成建設(shè)的儲氣庫有效工作氣量僅占當(dāng)年天然氣消費量的4.4%[9],和國家要求的目標(biāo)10%以及國際平均水平12%～15%相去甚遠(yuǎn)。

3 存在問題分析

綜上所述,目前我國天然氣供應(yīng)受季節(jié)因素影響,峰谷差距急速增加,供暖季節(jié)調(diào)峰在調(diào)峰總需求中占比較大;同時我國應(yīng)急事故調(diào)峰能力嚴(yán)重不足,在戰(zhàn)略儲備方面,我國有效儲備量低于國際平均水平。存在的問題主要有以下4方面。

3.1 相關(guān)法律法規(guī)及保障措施不完善

美國在儲氣庫規(guī)劃建設(shè)初期,同時進(jìn)行了與之匹配的經(jīng)濟(jì)評價、能源利用、安全環(huán)保等方面法律法規(guī)體系的建設(shè)。15 U.S.C.717《天然氣法》(Natural Gas Act of 1938)、15 U.S.C.60《天然氣政策法》(Natural Gas Policy Act of 1978)等既激勵了各類資本投入儲氣調(diào)峰設(shè)施建設(shè),又防止行業(yè)壟斷,促進(jìn)了市場競爭。英國也出臺了一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)以維護(hù)現(xiàn)有儲氣設(shè)施的運(yùn)行。例如針對儲氣運(yùn)輸系統(tǒng)安全性進(jìn)行評估的BS EN 14161-2003《石油和天然氣工業(yè)—管道輸送系統(tǒng)》(Petroleum and natural gas industries - Pipeline transportation systems),用來預(yù)防因儲氣事故造成危害的理事會指令 96/82/EC《重大事故危害控制》(Control of Major Accident Hazards)。

與國外相比,我國關(guān)于天然氣調(diào)峰儲備方面的法律法規(guī)就相對匱乏,缺少針對天然氣產(chǎn)業(yè)、天然氣儲備的專門立法。目前存在的一些涉及儲氣調(diào)峰的規(guī)定,多為各個部委頒布,內(nèi)容分散未形成體系。且由于行政規(guī)章的立法層級較低,法律效力不足,其制定過程也缺少嚴(yán)格的程序規(guī)范,會造成調(diào)節(jié)力度不夠、政策落實效果不佳等問題[10]。

國外在儲氣庫建設(shè)方面采取不少激勵措施保證投資方有足夠的利潤空間,我國則缺少類似的儲氣調(diào)峰激勵制度,導(dǎo)致企業(yè)對于建設(shè)天然氣儲氣設(shè)施的積極性不足,同樣不利于國家天然氣儲備能力的提升。

3.2 峰谷差距持續(xù)拉大,季節(jié)調(diào)峰壓力增加

近年來受到碳達(dá)峰、碳中和背景下煤改氣政策及大氣污染治理強(qiáng)制推動,加上部分地區(qū)的能耗總量和強(qiáng)度雙控政策影響,全年天然氣消費量保持較高水平同時仍有上升趨勢,天然氣的日消費峰谷差、月消費峰谷差更加明顯。其中,氣溫對天然氣消費量的影響居于首位。氣溫因素可控性低,不確定性大,突如其來的極寒天氣可能給管網(wǎng)運(yùn)行造成極大壓力。目前雖然一些綠色新能源在一定程度上降低了含碳能源使用,但能源總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足,完全無法滿足我國龐大的能源需求,且應(yīng)用技術(shù)尚在發(fā)展,仍不完善,受到外部限制因素較多[11],經(jīng)濟(jì)性、實用性、普適性都有待驗證。因此未來一段時間內(nèi),對于燃?xì)饽茉吹囊蕾囍粫黾?。用戶基?shù)持續(xù)增長、政策方面的推動、不可控影響因素及儲氣量的嚴(yán)重不足都加劇了調(diào)峰的壓力。

3.3 管網(wǎng)架構(gòu)不完善,安全風(fēng)險高

近期國內(nèi)外突發(fā)事件頻發(fā),而全國性天然氣管網(wǎng)架構(gòu)仍不完善,安全風(fēng)險高。如果因自然災(zāi)害或人為破壞導(dǎo)致任何一條跨國或跨境長輸管道供氣中斷,僅靠我國現(xiàn)有調(diào)峰儲氣設(shè)施遠(yuǎn)無法滿足需求,會造成大范圍、長時間的供氣中斷。過于依賴進(jìn)口能源在國際局勢不穩(wěn)定的當(dāng)下,嚴(yán)重威脅我國能源供給穩(wěn)定安全。例如2022年發(fā)生的北溪管道被破壞事件[12],嚴(yán)重威脅到德國能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。而近段時間俄美歐三方之間的博弈關(guān)系,也使歐洲等高度依賴天然氣進(jìn)口的地區(qū)能源供應(yīng)受制,無法平穩(wěn)維持生產(chǎn)生活。我國目前使用的LNG調(diào)峰方式也受到國際LNG市場供應(yīng)能力限制,當(dāng)國際形勢對我國不利時,我國能源供給必將受到重重阻礙。

3.4 地質(zhì)條件不利,空間分布不均

我國的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變導(dǎo)致儲氣庫建設(shè)、快速達(dá)容達(dá)產(chǎn)難度大。我國天然氣消費市場可以按經(jīng)濟(jì)狀況、人口發(fā)展等因素綜合劃分為8個地區(qū),其中對儲氣庫需求最強(qiáng)烈的地區(qū)為東北地區(qū)、長三角地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū),最低需求為63×108～82×108m3,但當(dāng)?shù)毓膺h(yuǎn)無法滿足需求。截至2021年底,我國建成地下儲氣庫28座,主要分布在有油氣田的中西、西北、西南等地區(qū),形成工作氣量261×108m3[13],而這些地區(qū)的天然氣消費量僅占總消費量的28%,產(chǎn)氣量卻占市場需求的85%[14]。由此可以看出,我國儲氣庫供需分離,且高端天然氣消費區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、勘探程度低,選擇建庫目標(biāo)難度大,造成儲氣庫地域分布不均衡,增加了調(diào)峰難度。

4 應(yīng)對策略及建議

4.1 完善配套法律體系,推出支持政策

從我國目前已有的法律法規(guī)來看,考慮天然氣調(diào)峰特殊性的法律法規(guī)較為缺失,且分散交錯,不成體系,無法對我國的調(diào)峰發(fā)展起到規(guī)范指導(dǎo)作用。參考國外在調(diào)峰方面的相關(guān)法律,可在如下方面作出補(bǔ)充優(yōu)化。

① 應(yīng)加強(qiáng)在調(diào)峰建設(shè)以及運(yùn)營過程中的監(jiān)管,建立專門的監(jiān)管體系部門,將行業(yè)管理權(quán)力集中,能夠行使國家層面的監(jiān)管義務(wù),來維持調(diào)峰建設(shè)與運(yùn)營的市場化,防止壟斷發(fā)生。同時制定一系列法律效力較強(qiáng)且更穩(wěn)定具有針對性的法律法規(guī)來對整個調(diào)峰系統(tǒng)進(jìn)行限制,使調(diào)峰建設(shè)有法可依。

② 國家可推出對天然氣儲備的支持政策。包括調(diào)峰儲備設(shè)施建設(shè)的財政支持、優(yōu)惠貸款和稅收減免政策,促進(jìn)企業(yè)積極參與,拓寬思路,吸引更多投資。目前我國在這方面只有指導(dǎo)性的建議,而沒有落實到實際行動上,缺少實際的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)以及具體可行的方案。

4.2 強(qiáng)化燃?xì)庥脩魝?cè)管理

① 錯峰管理及開拓可中斷供氣用戶

發(fā)展可中斷供氣用戶可以起到抑制峰谷差拉大的作用,在一定程度上能緩解冬季由于供暖造成的天然氣需求高峰。將用戶按照使用類型、需求程度分類后,按比例分階段地縮減或直接停止向可中斷用戶供氣。例如,天然氣化肥、天然氣炭黑等工業(yè)用氣可在冬季調(diào)峰開始就中斷供氣[15]。雙燃料汽車也可分地區(qū)分批次改為停氣用油。

同時也可通過錯峰管理合理安排用戶投產(chǎn)計劃。近年來較多新增用戶天然氣消費量主要集中在秋冬季,導(dǎo)致進(jìn)入供暖期后,用氣負(fù)荷快速提升,增加了管網(wǎng)運(yùn)行及調(diào)峰的壓力。因此在新用戶開發(fā)過程中,可多引導(dǎo)用戶在淡季投運(yùn),讓供氣方有充足的時間做好生產(chǎn)計劃安排,協(xié)調(diào)資源引入[16]。

② 發(fā)展區(qū)域調(diào)峰模式

不同地區(qū)應(yīng)充分發(fā)揮各區(qū)內(nèi)現(xiàn)有資源優(yōu)勢,輔助優(yōu)化調(diào)峰模式。在保障區(qū)域冬季供氣安全的同時,盡量減少對其他區(qū)域的影響。

a.靠近氣田地區(qū)

冬季調(diào)峰要充分發(fā)揮氣田和管網(wǎng)的調(diào)峰能力,減輕對其他地區(qū)調(diào)峰資源的影響。

b.遠(yuǎn)離產(chǎn)氣地區(qū)

遠(yuǎn)離產(chǎn)氣地區(qū)的內(nèi)地大中型城市可考慮建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的LNG調(diào)峰站,以滿足短期調(diào)峰需求。

c.沿海大中型城市

具有建設(shè)沿海LNG接收站條件的大中型城市,供氣應(yīng)以長輸管道天然氣和LNG為主,合理優(yōu)化兩者的供氣比例及供應(yīng)時段。

4.3 促進(jìn)調(diào)峰儲氣設(shè)施建設(shè)及儲氣技術(shù)優(yōu)化

① LNG調(diào)峰

我國目前投入使用的LNG接收站中,相比LNG儲罐容量,氣化與外輸設(shè)施存在較大富余量,因此可在我國沿海大型LNG接收站內(nèi)適當(dāng)增設(shè)LNG儲罐,合理發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施氣化能力,在需求高峰的時候投入額外氣量緩解調(diào)峰壓力。對內(nèi)陸城市天然氣調(diào)峰的LNG罐箱運(yùn)輸路徑也可進(jìn)行優(yōu)化[17],使運(yùn)輸方案既能滿足調(diào)峰需求又能降低經(jīng)營成本,實現(xiàn)廠站的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

我國國土面積較大,LNG調(diào)峰存在一定時滯性,所以可以投入使用一定比例的浮式LNG儲存氣化船,用于沿海地區(qū)調(diào)動,及時快速補(bǔ)充應(yīng)急調(diào)峰用氣。大型LNG接收站也可增加LNG氣化船天然氣登陸接口設(shè)施。

② 調(diào)峰電廠

對現(xiàn)有儲氣庫調(diào)節(jié)力度不足、分布不均的問題,可以發(fā)展調(diào)峰電廠,達(dá)到抑制用氣量季節(jié)波動效果。調(diào)峰電廠選址相比儲氣庫選址更加寬松,可在一定程度上緩解因儲氣庫分布不均造成的供需分離問題,且燃?xì)鈾C(jī)啟動迅速、運(yùn)行靈活,屬于可中斷供氣燃?xì)庥脩?對保障電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行起著不可忽視的作用。美國多采用燃?xì)庹{(diào)峰電廠,用氣比例超過38%[18],該技術(shù)可有效降低峰谷差距,使用氣峰谷差從2.3倍壓減至1.7倍。在我國當(dāng)前儲氣庫調(diào)峰能力有限的境況下,采用調(diào)峰電廠,對上游穩(wěn)定產(chǎn)氣、中游管網(wǎng)運(yùn)營、下游用戶平穩(wěn)供氣均能起到促進(jìn)作用。同時可以提高可再生能源發(fā)電利用水平,減少能源浪費,利于多種能源互補(bǔ)。

③ 儲氣庫

對我國地下儲氣庫建設(shè)發(fā)展緩慢問題,可從現(xiàn)存儲氣庫入手,發(fā)揮已投入使用的儲氣庫的調(diào)峰能力。我國目前在對枯竭油氣藏儲氣庫、鹽穴儲氣庫及含水層儲氣庫的優(yōu)化方面已取得一些成績。但地下儲氣庫的建設(shè)條件苛刻,對建庫選址、地層結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)參數(shù)都有較高要求,我國在儲層改造工藝、儲氣庫穩(wěn)定分析及地面工程設(shè)計等方面仍有較大提升空間。

4.4 推進(jìn)天然氣輸送管網(wǎng)建設(shè)

我國目前燃?xì)夤芫W(wǎng)不完善,存在安全風(fēng)險,對于此問題可采取對應(yīng)措施提升天然氣管道建設(shè)和運(yùn)營能力。如加快實施天然氣輸配管網(wǎng)建設(shè)投資多元化,調(diào)動社會資本參與國家基礎(chǔ)管道投資的積極性;促進(jìn)油氣管網(wǎng)的第三方準(zhǔn)入,加快油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放,有效匹配天然氣供需,提高天然氣管網(wǎng)設(shè)施的利用效率;進(jìn)一步提高天然氣管道建設(shè)能力,擴(kuò)大管道覆蓋范圍。鼓勵具有相關(guān)資質(zhì)的建設(shè)單位進(jìn)入天然氣管道建設(shè)市場,推進(jìn)天然氣管網(wǎng)、LNG接收站等基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通。

5 結(jié)束語

闡述我國目前面臨巨大挑戰(zhàn)的3種調(diào)峰需求:供暖季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急事故調(diào)峰以及戰(zhàn)略儲備需求。對天然氣調(diào)峰中法律法規(guī)不健全、峰谷差距拉大導(dǎo)致調(diào)峰壓力增加、管網(wǎng)架構(gòu)不完善、儲氣庫空間分布不均等問題進(jìn)行分析。針對存在的問題,提出應(yīng)對策略及建議。