天然氣利用規(guī)劃中重點問題的研究

摘 要

摘要：闡述了城市天然氣利用規(guī)劃中應重點關(guān)注的問題，對氣源規(guī)劃、用氣量預測、管網(wǎng)壓力級制的選擇進行了分析。關(guān)鍵詞：天然氣利用規(guī)劃；氣源選擇；壓力級制；用氣量預測；應急氣源Resear
摘要：闡述了城市天然氣利用規(guī)劃中應重點關(guān)注的問題，對氣源規(guī)劃、用氣量預測、管網(wǎng)壓力級制的選擇進行了分析。
關(guān)鍵詞：天然氣利用規(guī)劃；氣源選擇；壓力級制；用氣量預測；應急氣源
Research on Key Issues in Natural Gas Utilization Planning
WANG Yinping，ZHANG Xulong，LI Li
Abstract：The issues that should be paid special attention to in urban natural gas utilization planning are described.The gas source planning，gas consumption forecasting and selection of network pressure-tier system are analyzed.
Key words：natural gas utilization planning；selection of gas source；pressure-tier system；gas consumption forecasting；emergency gas source
    天然氣作為一種高效、清潔的優(yōu)質(zhì)燃料已被世界廣泛采用，特別是其對環(huán)境保護所起的作用已越來越受到人們的重視[1～2]。隨著西氣東輸工程、廣東LNG工程、中海油海上天然氣工程的建成供氣，全國城市燃氣的氣源結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化，天然氣將取代人工煤氣和液化石油氣而成為城市的主導氣源。因此，各沿線城市正積極地開展城市天然氣利用規(guī)劃及可行性研究工作。各地區(qū)以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展作為天然氣利用規(guī)劃的指導思想，積極地開展天然氣利用規(guī)劃工作。由于城市規(guī)模不斷擴大，城市總體規(guī)劃工作相對滯后，而城市天然氣利用規(guī)劃工作時間又相當緊迫，因此造成城市天然氣利用規(guī)劃中存在不少問題值得研究。提高氣源的安全性、準確地預測用氣量、合理地選擇壓力級制是確保天然氣利用規(guī)劃具有較強操作性的要求。本文對天然氣利用規(guī)劃中重點問題進行分析。
1 氣源
1.1 氣源的安全性
    隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，能源需求也逐年增長。從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，清潔能源成為能源需求之首。西氣東輸工程的建成投產(chǎn)，為天然氣的利用提供了條件。隨著經(jīng)濟發(fā)展，管道沿線地區(qū)天然氣的需求將不斷增長，同時，對天然氣供應的安全性要求也不斷提高。穩(wěn)定、可靠供氣，規(guī)避天然氣供氣波動的風險是經(jīng)濟發(fā)展的重要保證[3]。
    ① 安全供氣需要多氣源保障
    為確保城市(區(qū)域)供氣的安全可靠，必須建立完善的天然氣供應體系，而多氣源供氣是該體系的重要組成部分[4]。歐洲成熟的天然氣市場至少有3種氣源，其中任何一種氣源供應量最多不超過50%，且所有的氣源可通過公用運輸設施相連接。
    城市(區(qū)域)天然氣主干管網(wǎng)規(guī)劃要建立多氣源的供應體系和相互貫通的天然氣網(wǎng)絡。進口LNG作為第三氣源，不僅可解決日益增長的天然氣需求，必要時也可作為本地區(qū)事故情況下的應急氣源。對城市供氣而言，在管道供氣的同時，可以考慮引進LNG。城市具備了另一種運輸方式的天然氣氣源，可為安全可靠供氣提供更多的保障。如廣東中山地區(qū)城鎮(zhèn)天然氣氣源就是以中海油海上天然氣為主，珠海LNG和西氣東輸二期氣源為輔，并將市域天然氣高壓管網(wǎng)與佛山市天然氣高壓管網(wǎng)相連，形成了安全、可靠的多氣源供應格局。
    ② 足夠的調(diào)峰能力是安全供氣的必要保證
    隨著大規(guī)模使用天然氣，城市供氣的調(diào)峰問題也必須解決[5]。為了解決調(diào)峰問題，除上游提供部分季、日調(diào)峰能力外，在不具備建設地下儲氣庫條件的地區(qū)，可利用LNG氣源調(diào)節(jié)靈活的特點建設LNG氣化站，作為解決天然氣調(diào)峰問題的有效手段。
    一般來說，管輸天然氣的上游氣源解決下游用戶的季節(jié)調(diào)峰和直供用戶調(diào)峰比較現(xiàn)實。對于提高城市或地區(qū)供氣的日、時調(diào)峰能力，LNG氣源可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)靈活的特點，起到相當大的作用。
    ③ LNG是沿海地區(qū)安全供氣的重要選擇
    LNG可以作為一種清潔能源和管輸天然氣相競爭，對我國沿海和內(nèi)地一些城市(地區(qū))而言，LNG作為氣源之一參與供氣，形成互為補充的多氣源供氣格局，將大大提高城市天然氣供應的可靠性。LNG氣源供氣機動靈活的特點，將有效增強系統(tǒng)的調(diào)峰能力，增加天然氣儲備，提高城市供氣的安全陛和穩(wěn)定性，對促進和保證國民經(jīng)濟有效、平穩(wěn)發(fā)展起到重要作用。如廣東省中山地區(qū)就把建立LNG站作為城市調(diào)峰和事故氣源之用。
1.2 過渡氣源
    發(fā)展管道燃氣，過渡氣源可采取建設液化石油氣混空氣站、液化石油氣氣化站、LNG氣化站等幾種方式。在天然氣高壓管道到達之前，小城鎮(zhèn)可在近期采用CNG儲配站或LNG氣化站向中壓管網(wǎng)供氣，氣源由周邊加氣母站承擔。如廣東省中山市部分鎮(zhèn)區(qū)就是采用這種方式供應，滿足了鎮(zhèn)區(qū)的用氣需求，同時也提高了燃氣公司的經(jīng)濟效益。
    一些大型城市則可直接采用液化石油氣混空氣站的方式直接向城市管網(wǎng)供氣，其優(yōu)點是供氣范圍較大，氣源互換性好，通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)混氣比可使LPG混空氣性質(zhì)十分接近天然氣，與天然氣具有良好的互換性。
1.3 應急氣源[7～8]
    為保證城市燃氣供應安全可靠，在城市管網(wǎng)或氣源出現(xiàn)事故時，特別是為了保證重點用戶的用氣需求，需設置應急氣源。一般可采用移動式LNG氣化站或液化石油氣混空氣站。
1.4 氣源互換性
    城市氣源引進過程中首先要考慮燃氣的互換性問題[9～11]，即參照近期供應的氣源制定基準氣參數(shù)要求，遠期供應的氣源參數(shù)應滿足互換性要求[1]。其次，隨著用戶市場的規(guī)范化管理，對于供應用戶的燃氣熱值波動要求也將日趨嚴格，如英國煤氣公司在城市門站控制燃氣熱值波動在±2%范圍內(nèi)。因此各地區(qū)在不同時期引進氣源過程中應注意上述問題并制定相應的技術(shù)要求。
    如中山市未來存在多種天然氣氣源共存的問題，故在實現(xiàn)天然氣供氣的同時，應充分考慮它們之間的互換性。
    經(jīng)計算，珠海-中山天然氣、珠海LNG、大鵬LNG互換性判定指數(shù)如下：珠海-中山天然氣的華白數(shù)為50.787MJ/m3，燃燒勢為39；珠海LNG的華白數(shù)為53.228MJ/m3，燃燒勢為40；大鵬LNG的華白數(shù)為51.752MJ/m3，燃燒勢為42。根據(jù)GB/T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性》，珠海-中山天然氣、大鵬LNG、珠海LNG均屬于12T基準氣的可互換燃氣。
    因此，城鎮(zhèn)天然氣建設經(jīng)營者應統(tǒng)一管理引進本地區(qū)的不同氣源。從目前各氣源供應條件分析，對于海上天然氣、進口LNG，應考慮這幾種氣源在互換性上可能出現(xiàn)的偏差，建議在城市接氣點設置調(diào)整熱值的配氣裝置，從而滿足下游用戶市場中各類燃具的適應性。
2 壓力級制的選擇
    城市常用燃氣管道壓力分級為中壓A(0.2MPa＜p≤0.4MPa)和中壓B(0.01MPa＜p≤0.2MPa)，兩種壓力級制均可應用于城市燃氣輸配管道中。在廣東省已完成天然氣利用規(guī)劃的城市中，關(guān)于中壓管道壓力級制也各有選擇，但均未對選擇該壓力級制的原因進行充分分析。
2.1 中壓A級管網(wǎng)
    現(xiàn)狀中壓管網(wǎng)設計壓力為中壓A，則規(guī)劃管網(wǎng)應選擇中壓A，但應對現(xiàn)有管網(wǎng)按新規(guī)劃的用氣負荷重新進行校核計算。如管徑不能滿足規(guī)劃要求，則須對現(xiàn)狀管網(wǎng)進行更新改造，使現(xiàn)狀管網(wǎng)設計能力相應得到提高，一般來說能滿足規(guī)劃要求。
2.2 中壓B級管網(wǎng)
    原有管網(wǎng)設計壓力為中壓B，而新規(guī)劃用氣負荷未明顯增加，且管道不能承受中壓A的試驗壓力的情況下，選擇中壓B較合適，但將來隨著負荷的增加，須逐步改造。目前選擇中壓B的優(yōu)點是：今后用氣負荷增加了可提高壓力級制滿足供氣能力[12]，但前提條件是，管道必須以中壓A的試驗壓力進行試壓。
    從發(fā)展來看，采用中壓A供氣可以充分利用天然氣長輸管道的壓力，提高城市管網(wǎng)的輸送能力，縮小管網(wǎng)的平均管徑，節(jié)省大量投資，比中壓B更具經(jīng)濟性。如廣東省中山市城區(qū)燃氣管網(wǎng)就是按中壓A設計，經(jīng)多年運行檢驗，安全可靠，經(jīng)濟合理。但對于已經(jīng)有一定管網(wǎng)基礎的城市，則須根據(jù)已有管網(wǎng)的改造利用和重新建設的技術(shù)經(jīng)濟比較來決定。
3 用氣量預測
    在天然氣利用規(guī)劃中，用氣量的預測是其中最主要的部分之一[13～14]，也是規(guī)劃的難點，用氣量的大小直接影響工程成本、售氣價格，是規(guī)劃及可行性研究的基礎數(shù)據(jù)。
3.1 居民用氣量
根據(jù)用氣量指標、居民人口數(shù)、氣化率、燃氣低熱值，可以計算出居民年用氣量，計算公式如下：
 
式中qa——居民用戶年用氣量，m3/a
    q——人均用氣量指標，MJ/(人·a)
    w——規(guī)劃人口數(shù)，人
    η——氣化率
    Q1——燃氣低熱值，MJ/m3
    人口可分常駐人口及暫住人口，兩者的用氣量指標有所不同，一般暫住人口的用氣量指標按常駐人口用氣量指標的50%～70%進行測算，如廣東中山市按60%進行測算。用氣量指標應根據(jù)地區(qū)現(xiàn)狀及收集到的各類資料進行統(tǒng)計分析和對比分析，合理確定。
3.2 商業(yè)用氣量
    ① 現(xiàn)有商業(yè)用戶用燃料以液化石油氣、柴油及重油為主，該類用戶相對集中于城區(qū)及規(guī)劃的管道供氣范圍以內(nèi)。因天然氣的定價較低，具有成本競爭力，天然氣到達后，估計該類用戶逐步轉(zhuǎn)換為天然氣。
    ② 公共建筑新增用氣市場。公共建筑設施及其用氣量逐年增長，設其增長與人口增長同步，在政府支持管道天然氣及禁止非潔凈燃料的前提下，管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的新增用戶將選擇使用天然氣。
    ③ 隨著經(jīng)濟發(fā)展，商業(yè)用燃料量逐年增長，設其近年增長與預期的國內(nèi)生產(chǎn)總值增長相關(guān)，商業(yè)用戶的天然氣需求量之增長估計為一定的比例，該比例隨各地的經(jīng)濟增長而異。
3.3 工業(yè)用戶用氣量
    工業(yè)用氣需求以鍋爐、工藝等用氣為主。
    ① 現(xiàn)有工業(yè)用戶的燃料轉(zhuǎn)換
    根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示的工業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，將有關(guān)燃料的耗量折算為天然氣的量。天然氣的定價比LPG及柴油有競爭力，因此假設遠期管網(wǎng)的覆蓋率為80%，考慮到部分不可替換或無經(jīng)濟條件敷設管道的企業(yè)，可根據(jù)現(xiàn)有工業(yè)燃料用量，天然氣到達后開始轉(zhuǎn)換，逐年按一定比例進行轉(zhuǎn)換。如廣東中山市的工業(yè)企業(yè)工藝生產(chǎn)用氣量約為鍋爐用氣量的30%。
    ② 新增工業(yè)用氣量預測
    隨著天然氣的到來，為打造現(xiàn)代化的城市，不會鼓勵煤及重油等非清潔能源為新增工業(yè)用能。因此，估計其中80%新增燃料用量會選擇用天然氣。工業(yè)新增燃氣市場隨著經(jīng)濟發(fā)展，其用氣量逐年增長，設近年用氣量增長與預期的國內(nèi)生產(chǎn)總值增長相關(guān)，工業(yè)用戶的天然氣需求量之增長估計為一定的比例，該比例隨各地的經(jīng)濟增長而異。
3.4 車用壓縮天然氣用氣量[15]
    根據(jù)地區(qū)總體規(guī)劃或交通體系專項規(guī)劃確定的公交車及出租車數(shù)量，按一定的比例確定汽車用氣量。有關(guān)站址的規(guī)劃應與本地區(qū)的加油站規(guī)劃相協(xié)調(diào)。
3.5 燃氣空調(diào)用氣量
    燃氣空調(diào)的建筑對象主要考慮一些公共建筑設施，如體育場館、圖書館、博物館、車站、高級賓館、高級寫字樓等。
    燃氣空調(diào)用氣量與制冷面積和綜合制冷指標有關(guān)?？砂?%的公共建筑使用燃氣空調(diào)進行估算。據(jù)本地區(qū)總體規(guī)劃確定的公共建筑面積及燃氣空調(diào)用戶綜合制冷指標計算燃氣空調(diào)用氣量。例如中山市的燃氣空調(diào)用戶綜合制冷指標為0.712MJ/(m2·h)。
4 廠站用地的落實
    天然氣規(guī)劃中廠站用地的規(guī)劃非常重要，用地的落實是規(guī)劃實施的必要條件，直接關(guān)系到管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及廠站布局的經(jīng)濟合理性，應與規(guī)劃、國土等部門及業(yè)主協(xié)調(diào)，直接落實在用地控制性詳細規(guī)劃圖上，方可保證用地。
5 結(jié)論及建議
    ① 在天然氣利用規(guī)劃中應重點關(guān)注氣源的安全性，建立完善的多氣源供氣的天然氣供應體系。特別強調(diào)LNG將在城市調(diào)峰及應急氣源中占有重要的地位。
    ② 準確預測天然氣的供應規(guī)?？商岣咄顿Y效益，保證天然氣事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
    ③ 合理地選擇壓力級制，不僅可以確保安全供氣，降低工程造價，而且為管網(wǎng)的運行維護管理創(chuàng)造了有利條件。
    ④ 為確保天然氣利用規(guī)劃的順利實施，當?shù)卣块T應制定相關(guān)的使用清潔能源政策，積極推動天然氣事業(yè)的發(fā)展。同時也應支持及協(xié)助特許經(jīng)營單位營造市場運作環(huán)境，建立一個健康有序的生存和發(fā)展環(huán)境，保障特許經(jīng)營單位的合法權(quán)益。
參考文獻：
[1] 徐辰.低碳經(jīng)濟與城市天然氣的發(fā)展[J].煤氣與熱力，2010，30(6)：B41-B43.
[2] 郭仁杰，劉德玉，郭宗濱.長春市天然氣產(chǎn)業(yè)回顧和展望[J].煤氣與熱力，2010，30(5)：B39-B44.
[3] 呂淼.城市天然氣戰(zhàn)略安全思考[J].煤氣與熱力，2010，30(3)：B42-B44.
[4] 計雪松.金融危機下上海天然氣市場發(fā)展探討[J].煤氣與熱力，2011，31(1)：B37-B40.
[5] 趙原偉，楊光.LNG加壓氣化調(diào)峰站運行實踐的研究[J].煤氣與熱力，2010，30(12)：B08-B12.
[6] 陳秋雄，徐文東.天然氣管網(wǎng)壓力能利用與水合物聯(lián)合調(diào)峰研究[J].煤氣與熱力，2010，30(8)：A27-A30.
[7] 徐松強.用于城市燃氣搶修的移動式LNG應急裝置[J].煤氣與熱力，2011，31(3)：B06-B08.
[8] 孫佩奇，胡偉峰.杭州市天然氣應急氣源研究[J].煤氣與熱力，2011，31(1)：A28-A31.
[9] 任興超，吳之覲，戴萬能.LNG與管輸天然氣互換性的實驗研究[J].煤氣與熱力，2010，30(7)：B11-B14.
[10] 袁樹明，賴建波，劉國莉，等.進口LNG與國內(nèi)管道天然氣互換性的判定[J].煤氣與熱力，2010，30(6)：B09-B11.
[11] 李帆，翟瑞隆，周廷鶴.城市應急備用氣源的燃氣互換性探討[J].煤氣與熱力，2009，29(5)：A28-A31.
[12] 金昌浩，關(guān)立峰，張大勇，等.城鎮(zhèn)燃氣中壓B管道提壓運行方案[J].煤氣與熱力，2011，31(2)：B16-B20.
[13] 解峰，崔瑜.西安市冬季天然氣用量變化分析[J].煤氣與熱力，2010，30(10)：A40-A42.
[14] 劉燕，張應輝，杜學平.基于回歸分析的北京市天然氣供應規(guī)模預測[J].煤氣與熱力，2010，30(6)：A26-A29.
[15] 劉麗珍，蔡德強，邵震宇.壓縮天然氣公交車加氣站用氣規(guī)律的研究[J].煤氣與熱力，2010，30(4)：B08-B10.
 
(本文作者：王引平1 張旭龍2 李麗1 1.中山市規(guī)劃設計院 廣東中山 528403；2.中山港華燃氣有限公司 廣東中山 528400)