浅析城镇天然气保障供应系统建设模式

2022-11-22邱禹桐

中国科技纵横 2022年19期

邱禹桐

（中国华电集团清洁能源有限公司华北分公司，天津 300202）

天然气资源相比于国内其他的化石能源来说，在应用过程中具有成本价格较为低廉且清洁性较强的优势，因此也成为我国日常居民生产生活中的理想应用资源。目前，不同国家都在寻求更加低碳且绿色的经济发展方式，而天然气能源作为清洁性能源，在绿色经济发展时代中所占据的应用比例也在不断增加。城镇天然气供应系统的运行主要面临的是两大问题，首先是天然气资源存储量与人民日常生产生活日益增长的天然气需求量之间的矛盾，其次，就是天然气供应保障系统中输气端和用气端之间的矛盾。而构建城镇天然气安全供应和保障体系，就是为了有效地解决我国天然气资源在运输过程中存在的一系列矛盾问题，其中，解决天然气输配过程中的调峰以及紧急供应问题成为帮助天然气保障系统稳定运行的关键切入。近十几年间，我国西气东输以及其他大型规模的输气管线建设工程，也让我国城市天然气供应系统的建设规模不断扩大。但是在城镇，天然气供应系统建设初期，由于城镇居民对天然气的应用效率较低，因此，很多供应系统中并没有建设具备应急使用的能源储存设备，而为了有效地满足天然气使用的调峰需求，天然气供应系统中建设了大量的调峰储气设施。由此可见，在天然气的输配系统中调峰储气设施以及应急储气设施之间出现了部分功能的重叠现象，而这些问题也严重地影响到了我国城镇天然气供应系统的稳定运行。因此，更应该通过分析城镇天然气系统中的调峰储气设施与应急储气设施之间的关联性，才能找到解决城镇天然气供应系统供应矛盾的切入点，从而达到推动我国天然气供应系统稳定运行的建设目标。

1.城镇天然气供应系统的调峰设施

天然气资源在传送和应用的过程中，通常会呈现出日传送量不均匀、月传送量不均匀以及小时传送量不均匀的特征，在不同的时间段内天然气的消耗量具有较大的差异性。因此，为了有效地调节天然气供气量与用气量之间差异巨大的问题，达到一定意义上的供需平衡目标，就需要建设天然气系统的调峰设施。

1.1 利用可调用户实现调度功能

对于季节性以及每日的天然气调峰工作，可以利用可调峰用户来减少天然气的调峰供应量。通过利用可调峰用户达到天然气资源供应的科学调度目标。这种方法在运用过程中具有投资规模小、运行成本低廉等优势，但是在选择可调峰用户方面具有较大的局限性，因此，对绝大多数城镇地区的天然气系统来说，这种调峰方式并不可取。

1.2 建设天然气调峰储气设备

在天然气输配系统中，通过利用储气设备发挥的气体储存功能解决天然气供应以及需求之间的矛盾是最为有效也是最为常见的一种方式。当前，我国的天然气输配系统中常见的资源存储方式有压力存储方式、液化存储方式以及地下存储方式等。而目前我国城镇地区的天然气输配系统中，采用最多的存储方式就是压力存储方式以及液化存储方式。例如，应用高压管道实现对天然气资源的存储功能，就能够有效地将管道上有来气的压力应用起来，实现对天然气的压缩存储。除此之外，建设天然气调峰存储基地也是一种有效的调峰设施建设方法，也能够达到解决天然气运输管线供需平衡的目的。

1.3 发挥天然气价格杠杆的调节作用

除了采用技术措施以及调峰设施建设的方法之外，我国天然气的供应部门也可以通过发挥天然气价格调节杠杆的作用，来实现对于天然气输送的调峰目标。例如，可以针对不同季节的天然气供应采取不同的定价方式，同时，也可以采用阶梯式的定价方式来实现对天然气价格的调整。在用气低峰阶段，以较为实惠的天然气价格鼓励居民用气。而在天然气用气高峰阶段，通过提升天然气价格来控制用量，从而达到维持天然气供应平衡的目标[1]。

1.4 寻找天然气供应系统调峰的机动气源

我国城镇天然气供应系统为了能够达到平衡供需的调控目标，可以通过当地的天然气释放站以及天然气气化站等机动气源作为实现天然气调峰的气源。机动气源在应用过程中具有符合调节范围较广的特色，能够有效地调节每月的不均匀供气以及每日的不均匀供气问题，但是如果单纯地采用机动气源作为天然气调峰气源，在运行过程中，可能会具备投资成本较高以及运行成本较为高昂的缺陷性。

总而言之，目前我国城镇的天然气供应系统中，建设天然气调峰储气设施还是最为有效且最为客观的一种调峰方式。

2.天然气输配系统的应急供应

天然气输配系统在运行过程中如果引发安全性问题，将会带来不可设想的经济损失。天然气气源的安全事故可能会导致大量的用户失去对城市天然气供应系统的信任度，同时，事故范围的持续性扩大还会影响到大量用户的日常生产生活。因此，针对天然气输配系统的安全问题进行研究，对于推动我国天然气供应保障体系的建设具有重要价值。而天然气气源安全性的问题大多数都是由于管线输气功能、油气资源供应量等多方面的限制性因素而导致的，如果存在天然气管线运输能力匮乏或油气资源开采量不足的问题，在天然气输配系统建成后，即可能会出现供应短缺常态化的现象。尤其是目前随着人们日常生产生活中对于天然气的需求量不断增加，也让我国许多区域的气源供应安全性问题尤为突出。尤其是对于一些单气源的城镇来说，应急气源设施的建设能够满足天然气供应事故以及极端需求情况下大部分用户的短期需求，同时，还能够使天然气供应的渠道更加多元化，有效地提升了城市天然气供应系统的稳定运行以及安全等级[2]。

2.1 确认应急时间以及应急需求量

天然气输配系统的运行稳定性与管道运输的距离、周边地区自然条件、具体的事故爆发原因等因素之间都具有密不可分的关系。通过针对西气东输管道事故发生的问题进行分析发现，我国的西气东输工程管道每两年内就可能会发生3次停运事故，事故的平均发生率大约为每年1.68次，每次事故的持续时间大约为68min。因此，通常来说，城镇地区的应急气源保供时间大多数被设置为3h～5h，较为合理。目前，我国国内已经有大量的省会城市先后建设了城市天然气的应急气源设施，并且大多数都将应急保供的气源时间设置为3h～5h[3]。

2.2 事故工况的确认

事故工况大约可以分为天然气输配系统的气源事故、场站事故以及城镇高压管道事故3种类型。天然气输配系统的运行事故具有突发性以及不可预测性的特征，并且能够在较短的时间内波及较大的区域范围。因此，在遇到突发性事故或检查上游运输管道需要停气时，就应该启动应急气源，在短时间内代替常规气源，从而达到天然气供应系统的保障目标。通常来说，城镇地区的天然气用户分为居民用户、商业用户、汽车用户以及工业用户等类型。而应急气源无法全面地考虑到所有用户的应急需求，因此，在发生天然气停运事故时应该按照用户的用气需求等级优先满足重要客户的应急供应需求[4]。而居民的日常生产、生活用气问题是关系国计民生的大事，通常情况下，应该实现全年不停供的目标。而商业用户在应用天然气的过程中具有数量较多，且分布范围较为零散的特征，一旦停气事故发生，涉及的范围较大。因此，居民用户和商业用户的应急保供应用量达到了总用气量的100%。而工业用户具有用气量巨大的特征，如果要实现对工业用户的应急保供，需要付出较高的成本投入，并且大多数具备一定规模的工业用户，为了防止特殊事故都会自行准备且建设应用气源，因此，城市应急保供系统中并不会将工业用户作为应急保护主要对象。但是某些工业用户的运行设备一旦停止供气就可能会出现不可逆的损坏，引发巨大的经济损失。因此，也会有部分工业用户会被纳入城市应急保供系统的应急对象中，在出现突发事故时能够保证工业燃烧设备不会损坏的情况下，为工业燃烧设备提供最低的供气量。而对于天然气汽车用户来说，如果城市天然气停止供气也可以采用汽油或柴油等其他替代性能源保证汽车正常运行，如果出现停气事故也不会出现大范围的事故以及大量的经济损失，因此，汽车用户并不被考虑在应急保供的对象中[5]。

3.天然气调峰与应急保供之间的关系和解决矛盾的对策

天然气调峰和应急供应系统作为保障天然气系统稳定运行的重要设施，为维护我国天然气资源的稳定供应作出了巨大的贡献。其中，调峰需求是一种持续性的保障需求，但紧急供应需求仅仅是在突发事故下的短期供应和保障需求[6]。

3.1 调峰储气与应急储气之间的关系

我国实际的工程数据显示，城市应急供应的储气量相比于城市调峰设施的储气量来说较高（见表1）。因此，按照城市应急供应储气量建设的储气设施，通常情况下，完全能够满足每日或每小时的城市天然气供应调峰需求和事故状况下应急供应的需求。基于此，城镇区域内部完全可以建设具备双向功能的储气站，使储气设备站能够发挥应急供应以及调峰功能的双重功能，这样不仅能够解决城市应急气源存储设施长期闲置的问题，同时，还能够有效地提升城市应急气源设施的利用效率，避免城市应急气源系统以及调峰系统的重复建设和重复投资[7]。

表1 部分城市应急储气量和调峰储气量的对比

3.2 同时供气系统运行过程中的供应矛盾解决策略

以管道天然气运输作为常规气源的城镇区域，在不单独设置调峰设施的条件下，城镇输气管道系统本身就具备一定的调峰功能。但是城镇输气管道的调峰能力与城镇输气管道内部的空间以及管道运行压力小之间具有密不可分的关系。虽然在城镇供气系统运行过程中，低压管网的运行量以及建设范围较大，但是为了确保城市天然气的供应量，低压管网的降压能力本身就具有一定的限制性，低压管网内部的实际有效储气能力较低[8]。因此，在城市天然气管线的运输过程中，高压管线才具备较强的降压功能，同时也是实现城市输气管道条缝功能的主要管线（见表2）。

表2 部分城市气源管线运行参数

总而言之，通过实际的数据调查可以看出，常规情况下，需要按照应急保供的用气需求量来建设天然气的储气设施，同时还可以联合天然气上游的输气管线来解决城镇区域季节供应或日供应的调峰需求。而对于使用天然气管线的中小型城镇来说，并不建议花费大量的成本来建设调峰储气设施，而是可以通过上游和下游的气源管线本身具备的调峰能力来解决问题，调峰量不足的部分还可以启动应急气源系统持续供应[9]。