基于負(fù)荷持續(xù)曲線的天然氣市場及供應(yīng)規(guī)劃

摘 要

摘要：將負(fù)荷持續(xù)曲線應(yīng)用于天然氣市場及供應(yīng)規(guī)劃，對城市天然氣供氣系統(tǒng)的季節(jié)供需平衡進(jìn)行分析研究，為城市天然氣企業(yè)簽訂照付不議合同、規(guī)劃季節(jié)調(diào)峰設(shè)施以及市場發(fā)展提供科學(xué)
摘要：將負(fù)荷持續(xù)曲線應(yīng)用于天然氣市場及供應(yīng)規(guī)劃，對城市天然氣供氣系統(tǒng)的季節(jié)供需平衡進(jìn)行分析研究，為城市天然氣企業(yè)簽訂照付不議合同、規(guī)劃季節(jié)調(diào)峰設(shè)施以及市場發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：城市天然氣；季節(jié)調(diào)峰；負(fù)荷持續(xù)曲線；市場；照付不議
Natural Gas Market and Supply Planning Based on Load Duration Curve
LI Fan，HUANG Wei-qiang，DONG Qiu-ling
Abstract：The load duration curve is applied to natural gas market and supply planning，and the seasonal supply and demand balance of city natural gas supply system is analyzed，which provides scientific basis for signing take-or-pay contracts by city natural gas enterprises，planning seasonal peak-shaving facilities and developing the market.
Key words：city natural gas；seasonal peak-shaving；load duration curve；market；take-or-pay
1 概述
    近年來，我國天然氣產(chǎn)業(yè)取得長足發(fā)展，天然氣消費(fèi)量從2000年的257×108m3增長至2008年的779×108m3，年均復(fù)合增長率達(dá)到14.87%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年城市的天然氣供應(yīng)量逾258×108m3，占全國天然氣總消費(fèi)量的33.12%，天然氣產(chǎn)業(yè)的市場已改變了以往以大型化工業(yè)需求為主的格局。據(jù)國土資源部預(yù)估，到2020年我國天然氣產(chǎn)量有望達(dá)到2000×108m3，幾乎與同期石油產(chǎn)量相當(dāng)，加上進(jìn)口管道天然氣和進(jìn)口LNG，天然氣總供應(yīng)量可能達(dá)到3000×108m3。
    隨著城市天然氣市場快速發(fā)展，供需不平衡、調(diào)峰責(zé)任不清晰等矛盾凸顯，尤其在冬季，部分城市天然氣供需矛盾突出，甚至引發(fā)氣荒，嚴(yán)重影響了穩(wěn)定供氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年入冬以來，部分城市天然氣供需缺口較大，為應(yīng)對短期供需矛盾，這些城市啟動(dòng)了天然氣保供應(yīng)急預(yù)案，以確保居民生活供氣穩(wěn)定安全。造成氣荒的原因除了2009年冬季天氣驟冷以外，季節(jié)調(diào)峰能力較低、用氣市場規(guī)劃不合理等都是主要原因。因此，對照付不議合同氣量、季節(jié)調(diào)峰設(shè)施、用氣市場做出規(guī)劃就成了各燃?xì)馄髽I(yè)關(guān)注的重要課題之一。
2 負(fù)荷持續(xù)曲線及其描述
    傳統(tǒng)負(fù)荷曲線(也稱時(shí)序負(fù)荷曲線)是將天然氣輸配系統(tǒng)1年內(nèi)日負(fù)荷按時(shí)間順序排列后得到的曲線，見圖1。負(fù)荷持續(xù)曲線(Load Duration Curve，LDC)是將時(shí)序負(fù)荷曲線按照負(fù)荷大小順序重新排列后得到的曲線，它包含了最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、負(fù)荷累積持續(xù)時(shí)間、負(fù)荷出現(xiàn)的概率、設(shè)施利用率等大量信息，常被用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和發(fā)電系統(tǒng)可靠性評估中[1]。
    LDC不同于傳統(tǒng)負(fù)荷曲線，它是按照負(fù)荷大小順序排列的曲線。LDC左上方一般代表冬季時(shí)段，右下方一般代表夏季時(shí)段，中間則是由春秋季混合時(shí)段構(gòu)成，左右兩個(gè)端點(diǎn)分別表示日負(fù)荷最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。城市天然氣LDC見圖2。
 

3 城市天然氣LDC分析
   根據(jù)城市天然氣的供氣特點(diǎn)，從圖3城市天然氣LDC與供應(yīng)曲線可以看出，冬季和夏季的峰谷差較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京市天然氣的冬夏季峰谷差達(dá)十幾倍，東北地區(qū)的冬夏季峰谷差在5倍以上，山東地區(qū)為2～5倍。由于燃?xì)馄髽I(yè)與上游企業(yè)要簽訂照付不議合同，合同氣量應(yīng)盡可能地貼近市場需求曲線(LDC)的形狀，以縮短上游供應(yīng)的天然氣用不完的時(shí)間，減少照付不議的經(jīng)濟(jì)損失。由于供需不平衡，決定了在簽訂照付不議合同時(shí)，應(yīng)充分考慮年合同氣量、季節(jié)供應(yīng)系數(shù)、季節(jié)調(diào)峰設(shè)施規(guī)模、用氣市場規(guī)劃等因素，以期平衡協(xié)調(diào)，用最小的設(shè)施投入及氣源采購成本取得適合的天然氣供應(yīng)量。下面利用LDC對上述幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 夏季的用氣平衡
    LDC的最低值在夏季，若燃?xì)馄髽I(yè)大力發(fā)展夏季用戶，則夏季裕量可以通過夏季用戶加以消化，以減少照付不議的損失。夏季是城市天然氣用氣低谷，但是電力供應(yīng)的高峰，大力發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)是城市能源削峰填谷的有效手段之一。政府應(yīng)出臺相應(yīng)的鼓勵(lì)政策，促進(jìn)天然氣空調(diào)市場的發(fā)展。
3.2 冬季的季節(jié)調(diào)峰
    當(dāng)上中游沒有季節(jié)調(diào)峰能力的情況下，對于冬季缺口量則要通過系統(tǒng)外氣源解決，如液化天然氣、壓縮天然氣、代用天然氣等(這里統(tǒng)稱為補(bǔ)充氣源)。一般，補(bǔ)充氣源比管道天然氣價(jià)格高，但把它們作為處理供需不平衡的調(diào)節(jié)手段，只在高峰季節(jié)使用，可以在控制額外氣源成本的前提下有效緩解企業(yè)在高峰季節(jié)的保供難題[2]。當(dāng)上中游具備季節(jié)調(diào)峰能力且實(shí)施兩部制氣價(jià)時(shí)，則需要對不同的調(diào)峰方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，比較上中游調(diào)峰成本與自建調(diào)峰設(shè)施造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用成本，選擇最優(yōu)季節(jié)調(diào)峰方案。
    ① 補(bǔ)充氣源的全成本分析
    補(bǔ)充氣源的全成本由氣價(jià)和設(shè)施折舊及經(jīng)營性成本兩部分組成。假設(shè)補(bǔ)充氣源設(shè)施的供應(yīng)能力為1×104m3/d，全年以365d計(jì)，若利用率是100%，1年就有365×104m3來承擔(dān)該設(shè)施當(dāng)年的折舊成本。若全年只供應(yīng)36×104m3，則該年每1m3天然氣要承擔(dān)的設(shè)施折舊成本是100%利用率情況下的10倍。
如果補(bǔ)充氣源與門站天然氣氣價(jià)差是1元/m3，設(shè)施折舊及經(jīng)營性成本是2元/m3，相當(dāng)于補(bǔ)充氣源比管道天然氣要貴3元/m3。如能提高補(bǔ)充氣源的利用率，即把圖4a的LDC左上方冬季缺口量的三角形在不增加高度的情況下向右拓展(見圖4b)，延長供應(yīng)時(shí)間(假設(shè)從30d延長至80d)，把補(bǔ)充氣源的年度總售氣量提高，每1m3天然氣要承擔(dān)的設(shè)施折舊及經(jīng)營性成本也就減少了，每1m3補(bǔ)充氣源的全成本就可因提高設(shè)施的利用率而降低。
 

    ② 加強(qiáng)需求側(cè)管理，降低補(bǔ)充氣源日供應(yīng)量
    a. 大力發(fā)展季節(jié)可中斷用戶
    通過市場手段來減少城市天然氣冬季缺口量是燃?xì)馄髽I(yè)的常用做法[3]，即發(fā)展季節(jié)可中斷用戶。通過季節(jié)可中斷用戶用氣量的調(diào)節(jié)，使冬季缺口量減少(即LDC的最高點(diǎn)降低，見圖5)，減少了補(bǔ)充氣源在供氣高峰時(shí)的日供應(yīng)量，從而降低相應(yīng)的工程設(shè)施造價(jià)及其運(yùn)行管理費(fèi)用。
 

    b. 有序發(fā)展壁掛爐市場
    近年來壁掛爐市場發(fā)展迅猛，特別是在冬季無集中采暖的地區(qū)。從長遠(yuǎn)來看，發(fā)展壁掛爐市場對燃?xì)馄髽I(yè)擴(kuò)大售氣量有利，但是，壁掛爐用氣量與城市天然氣的冬季需求高峰重疊，在近期我國天然氣門站普遍冬季供應(yīng)能力還不足的格局下，應(yīng)謹(jǐn)慎發(fā)展壁掛爐用氣市場。假如某城市安裝壁掛爐的家庭有2×104戶，按1臺壁掛爐耗氣量為15m3/d計(jì)算，僅家庭采暖這一項(xiàng)就將增加約30×104m3/d的天然氣需求。如此大的日增長量可能在整個(gè)冬季都存在，因此在上游仍未能提升門站的冬季持續(xù)供應(yīng)能力前，壁掛爐用氣市場將給城市天然氣季節(jié)調(diào)峰帶來巨大的壓力。
3.3 對照付不議合同、調(diào)峰、市場的綜合考慮
    簽訂照付不議合同應(yīng)綜合考慮年合同氣量、市場季節(jié)需求特性、上游門站季節(jié)供應(yīng)的月不均勻系數(shù)、補(bǔ)充氣源、現(xiàn)有天然氣供氣及儲氣設(shè)施等情況。港華投資有限公司和港華燃?xì)馔顿Y有限公司(合稱港華集團(tuán))研制出DM904模板(DM904模板的原理：規(guī)劃企業(yè)未來第5年各月的市場需求量、計(jì)劃的照付不議供應(yīng)量，制成LDC，再通過工程規(guī)劃，縮小門站天然氣供應(yīng)量與LDC的差距)，將LDC與綜合考慮的各因素制作成圖6，鼓勵(lì)港華集團(tuán)旗下的燃?xì)馄髽I(yè)研究自身市場未來幾年需求的趨勢及季節(jié)可中斷客戶，并不斷對市場發(fā)展方案進(jìn)行優(yōu)化，把研究成果作為企業(yè)新簽天然氣供應(yīng)合同時(shí)決定年合同氣量和月不均勻系數(shù)的參考依據(jù)。
 
圖6的右邊反映出在照付不議供氣合同氣量與市場需求不一致的情況下，可能出現(xiàn)的冬季缺口量和夏季裕量，以及春秋季節(jié)某些天的供需不平衡，利用LDC有助于規(guī)劃各類氣源供應(yīng)以及市場發(fā)展策略。在圖6的左邊，有市場、資源、高壓管輸能力和高壓儲氣量4根柱狀圖。高壓儲氣量柱狀圖顯示：球罐和管束等對儲氣壓力有調(diào)節(jié)手段，能應(yīng)付變化幅度較大的調(diào)峰，對應(yīng)右邊LDC腰部的位置；高壓輸氣管道只有小時(shí)調(diào)峰能力而無季節(jié)調(diào)峰能力。高壓管輸能力柱狀圖比LDC最高點(diǎn)高出0.2倍，是提醒設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮管輸能力比年最大用氣量目的用氣需求負(fù)荷高20%。資源柱狀圖表示解決冬季缺口量所需的工程手段，即補(bǔ)充氣源設(shè)施規(guī)劃。若冬季缺口量全部由工程手段解決將會(huì)使補(bǔ)充氣源設(shè)施龐大，造價(jià)高，且補(bǔ)充氣源全成本較高也會(huì)增加燃?xì)馄髽I(yè)的運(yùn)行費(fèi)用。因此，應(yīng)從需求側(cè)(市場)做出規(guī)劃，即大力發(fā)展季節(jié)可中斷用戶，謹(jǐn)慎發(fā)展壁掛爐用
    季節(jié)可中斷用戶的發(fā)展會(huì)使燃?xì)馄髽I(yè)售氣量降低，因此，應(yīng)在補(bǔ)充氣源與可中斷用戶間取得平衡。在市場柱狀圖上還有一塊就是通過發(fā)展夏季用戶消化夏季裕量，減小在夏季可能出現(xiàn)的照付不議損失。
    為了在市場、工程及非工程調(diào)峰手段、照付不議合同氣量等方面達(dá)成平衡，應(yīng)針對市場發(fā)展方案，具體考慮新增用氣市場分布，計(jì)算出補(bǔ)充氣源設(shè)施、高壓管道等各類工程造價(jià)，以及它們的利用率，計(jì)算單位全成本。再考慮季節(jié)可中斷用戶情況，綜合考慮該方案的用戶承受能力和企業(yè)贏利情況，來調(diào)整修改市場方案。上述過程為一個(gè)PDCA循環(huán)(即計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、處理)，通過PDCA循環(huán)可以不斷優(yōu)化方案，經(jīng)過3次以上的PDCA循環(huán)可以得到較優(yōu)化的方案。
    以DM904模板進(jìn)行一次供需工程設(shè)施及市場規(guī)劃，就等于完成了一次PDCA循環(huán)。若PDCA循環(huán)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)制定出的業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃方案的工程造價(jià)太高，面對的照付不議損失太大，或兩部制門站氣源價(jià)格較高，影響天然氣的比價(jià)優(yōu)勢，企業(yè)就應(yīng)重選目標(biāo)用戶組成，包括引入更多的季節(jié)可中斷用戶和夏季用氣用戶，使全年目標(biāo)售氣量不變甚至減少的情況下，降低高壓管輸及補(bǔ)充氣源設(shè)施造價(jià)，也控制月不均勻系數(shù)落差及門站總體平均價(jià)格，目標(biāo)是制定出有競爭力且經(jīng)濟(jì)可行的業(yè)務(wù)發(fā)展方案。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：李帆1 黃偉強(qiáng)1 董秋玲2 1.港華投資有限公司 廣東深圳 518026；2.香港中華煤氣有限公司 香港)