佛山市三水区城市天然气调峰与应急系统的分析研究

陈 聪 李锦辉 廖 腾

1.北京建筑大学 环境与能源工程学院北京市“供热、供燃气、通风及空调工程”重点实验室；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司佛山分公司

描述了佛山市三水区天然气供应现状，对2018年的计算月日用气量进行了预测，计算了小时调峰储气量、应急储气量，结合调峰和应急储备的规模和方式，探讨了三水区应急调峰系统的最优方式。

背景

天然气的应急调峰问题是每个城市供气系统中不可忽视的重要问题之一。随着佛山市三水区的不断发展，加上近年三水区政府对环境污染问题的愈加重视，导致了三水区天然气用气的爆发式增长，而在上游气源“照付不议”的供气大环境下，天然气的应急与调峰问题也日益展现。如何安全而又稳定地保障三水区天然气的供应，并满足三水区发展对天然气的需求，是三水燃气有限公司需要解决的重要问题。本文对佛山市三水区天然气应急调峰的需求和设施进行探讨。

三水区天然气供应现状

佛山市作为广东省LNG 试点工程一期工程于2006年9月就开始了供气，而佛山市三水区中心科技工业园也于2007年底实现了天然气的供应，供应量也是逐年上升，到2010年三水燃气公司天然气供气量达到了3950万m3/年，而到2014年底供气量将达到19000 万m3/年的高度，年增长率达到了48%之多。而天然气气源也正从最开始的深圳大鹏LNG 的单一气源逐步转变成以西气东输二线为主要气源，深圳大鹏LNG、卡塔尔LNG、珠海LNG、珠海-中山天然气管道气为辅的供气系统。佛山市三水区天然气利用一期工程供气系统流程图见图1。

三水区天然气用气量预测

随着三水区的经济发展，三水区天然气供应的现状已不能满足供气需求的扩大，因此三水燃气公司适时启动天然气利用二期工程，根据市场的需要和政府政策的要求，天然气利用二期工程用气规模预测见表1，小时不均匀系数见表2。

表1 2018年三水区天然气利用工程二期用气规模预测表

图1 佛山市三水区天然气现状供应流程图

表2 小时不均匀系数表

调峰应急储备及方式

天然气调峰储气与应急储气规模及其相应方式往往根据城市能源发展规划，并结合气源供应、用户及输配系统的具体情况来制定的。

1）调峰储气量及方式

三水区天然气输配系统是由佛山市高压管网输气干线负责的月、日调峰，因此只需要对三水区用于小时调峰的储气量进行计算。若佛山市高压管网按日用气量逐时供气，经计算2018年三水区用于小时调峰的储气量将达到40.11×104m3，储气系数为23.46%。

目前国内天然气调峰储气方式主要有高压管网储气、高压储气罐储气、LNG 储罐储气、高压管束储气、地下储气库储气等。而这些调峰储气方式中高压管道储气和LNG 储罐是应用最为广泛的，前者合理的利用了城市输气高压管网，保证了不间断地向用户供气，同时又能储存部分天然气，这部分天然气可用于调峰和应急，它不但节约了投资，运行维护管理也极其方便。而后者虽然设施的费用比较高，并且运行管理和维修费用也较高，但是它也有储存量大，反应较快等优点，若作为小时调峰有较大优势。

结合三水区目前的燃气设施状况，可首选高压管网进行调峰储气，次选LNG 储气站进行调峰储气。

2）应急储气量及方式

三水区的天然气用户分为居民用户、商业用户、小工业用户、大工业用户四种。作为事故应急储备，不可能解决全部用户的用气，应按照用气负荷优先等级满足重要用户的应急供气要求。用气负荷优先等级可见表3。

表3 用气负荷优先等级

由于三水区现有主气源为西气东输二线，根据《西气东输工程可行性研究总报告》中的描述：西气东输干管预计事故率为每年1.68 次，每次停气事故时间为68h。因此，结合三水区实际情况，天然气应急气源的应急事件取3 天为宜。

根据三水区用气规模预测表可以得出三水区2018年所需日应急气量为33.52×104m3，应急时间按照3 天考虑，则需要应急气量为100.55×104m3。

LNG 储气站是目前世界上大多数城市首选的应急气源装置，它具有储存效率高、储运方式灵活、机动性高等优点，相较而言，LNG 储气站又为经济。因此，在三水区推荐选用LNG 储气站作为应急气源。

调峰与应急储气的优化

经过核算，三水区内有DN 为500mm 的高压燃气管道约为26km，可提供管道储气量约为4.4×104m3，这些储气可用于小时调峰，但是与2018年所需用于小时调峰的储气量相去甚远，因此需要考虑其他调峰方式。与此同时，LNG 只作为应急气源时，不可避免地存在运行时间短、经济效益差、设备利用率低、维护费用高等问题。因此，可以利用LNG 低温储罐将调峰与应急气源站融为一体，优化配置，这样不仅减少了一次性投入，占地少，运行效率高，还能较好地解决事故应急气源站运行时间短、利用率低、经济负担重的矛盾。

2018年三水区用于小时调峰的储气量为40.11×104m3，而用于事故应急的储气量为100.55×104m3，因此LNG 储气站只需要设立容积为250m3的立式储罐7 台，总储气量为105×104m3，就能满足2018年的小时调峰与应急气量。

LNG 储气站可集常规小时调峰与事故应急于一体。当在用气高峰时，储气站内储存的LNG 通过气化向管网供气，用以弥补上游供气量的不足；当上游供应系统处于事故状态时，LNG 储气站则代替上游进行供气；当输气管网中某地出现事故时，LNG 储气站还可以通过给LNG汽车注入LNG 并运输至事故地区来供气，以保证附近区域正常用气。

结语与建议

1）鉴于三水区目前的调峰储气与应急储气的缺陷，建设完善应急调峰储备设施的任务已经迫在眉睫。

2）坚持“多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用”的方针。虽然三水区未来的来气渠道逐渐增多，供气安全性保障会大大提高，但是设置LNG 应急调峰储备仍十分必要。

3）使用LNG储气站不但能解决常规小时调峰的问题，同时还解决了事故应急的问题，即正常情况下气化站用于小时调峰，事故状态用作应急气源代替上游供气。