淺析城鎮天然氣保障供應系統建設模式

邱禹桐

（中國華電集團清潔能源有限公司華北分公司，天津 300202）

天然氣資源相比于國內其他的化石能源來說，在應用過程中具有成本價格較為低廉且清潔性較強的優勢，因此也成為我國日常居民生產生活中的理想應用資源。目前，不同國家都在尋求更加低碳且綠色的經濟發展方式，而天然氣能源作為清潔性能源，在綠色經濟發展時代中所占據的應用比例也在不斷增加。城鎮天然氣供應系統的運行主要面臨的是兩大問題，首先是天然氣資源存儲量與人民日常生產生活日益增長的天然氣需求量之間的矛盾，其次，就是天然氣供應保障系統中輸氣端和用氣端之間的矛盾。而構建城鎮天然氣安全供應和保障體系，就是為了有效地解決我國天然氣資源在運輸過程中存在的一系列矛盾問題，其中，解決天然氣輸配過程中的調峰以及緊急供應問題成為幫助天然氣保障系統穩定運行的關鍵切入。近十幾年間，我國西氣東輸以及其他大型規模的輸氣管線建設工程，也讓我國城市天然氣供應系統的建設規模不斷擴大。但是在城鎮，天然氣供應系統建設初期，由于城鎮居民對天然氣的應用效率較低，因此，很多供應系統中并沒有建設具備應急使用的能源儲存設備，而為了有效地滿足天然氣使用的調峰需求，天然氣供應系統中建設了大量的調峰儲氣設施。由此可見，在天然氣的輸配系統中調峰儲氣設施以及應急儲氣設施之間出現了部分功能的重疊現象，而這些問題也嚴重地影響到了我國城鎮天然氣供應系統的穩定運行。因此，更應該通過分析城鎮天然氣系統中的調峰儲氣設施與應急儲氣設施之間的關聯性，才能找到解決城鎮天然氣供應系統供應矛盾的切入點，從而達到推動我國天然氣供應系統穩定運行的建設目標。

1.城鎮天然氣供應系統的調峰設施

天然氣資源在傳送和應用的過程中，通常會呈現出日傳送量不均勻、月傳送量不均勻以及小時傳送量不均勻的特征，在不同的時間段內天然氣的消耗量具有較大的差異性。因此，為了有效地調節天然氣供氣量與用氣量之間差異巨大的問題，達到一定意義上的供需平衡目標，就需要建設天然氣系統的調峰設施。

1.1 利用可調用戶實現調度功能

對于季節性以及每日的天然氣調峰工作，可以利用可調峰用戶來減少天然氣的調峰供應量。通過利用可調峰用戶達到天然氣資源供應的科學調度目標。這種方法在運用過程中具有投資規模小、運行成本低廉等優勢，但是在選擇可調峰用戶方面具有較大的局限性，因此，對絕大多數城鎮地區的天然氣系統來說，這種調峰方式并不可取。

1.2 建設天然氣調峰儲氣設備

在天然氣輸配系統中，通過利用儲氣設備發揮的氣體儲存功能解決天然氣供應以及需求之間的矛盾是最為有效也是最為常見的一種方式。當前，我國的天然氣輸配系統中常見的資源存儲方式有壓力存儲方式、液化存儲方式以及地下存儲方式等。而目前我國城鎮地區的天然氣輸配系統中，采用最多的存儲方式就是壓力存儲方式以及液化存儲方式。例如，應用高壓管道實現對天然氣資源的存儲功能，就能夠有效地將管道上有來氣的壓力應用起來，實現對天然氣的壓縮存儲。除此之外，建設天然氣調峰存儲基地也是一種有效的調峰設施建設方法，也能夠達到解決天然氣運輸管線供需平衡的目的。

1.3 發揮天然氣價格杠桿的調節作用

除了采用技術措施以及調峰設施建設的方法之外，我國天然氣的供應部門也可以通過發揮天然氣價格調節杠桿的作用，來實現對于天然氣輸送的調峰目標。例如，可以針對不同季節的天然氣供應采取不同的定價方式，同時，也可以采用階梯式的定價方式來實現對天然氣價格的調整。在用氣低峰階段，以較為實惠的天然氣價格鼓勵居民用氣。而在天然氣用氣高峰階段，通過提升天然氣價格來控制用量，從而達到維持天然氣供應平衡的目標[1]。

1.4 尋找天然氣供應系統調峰的機動氣源

我國城鎮天然氣供應系統為了能夠達到平衡供需的調控目標，可以通過當地的天然氣釋放站以及天然氣氣化站等機動氣源作為實現天然氣調峰的氣源。機動氣源在應用過程中具有符合調節范圍較廣的特色，能夠有效地調節每月的不均勻供氣以及每日的不均勻供氣問題，但是如果單純地采用機動氣源作為天然氣調峰氣源，在運行過程中，可能會具備投資成本較高以及運行成本較為高昂的缺陷性。

總而言之，目前我國城鎮的天然氣供應系統中，建設天然氣調峰儲氣設施還是最為有效且最為客觀的一種調峰方式。

2.天然氣輸配系統的應急供應

天然氣輸配系統在運行過程中如果引發安全性問題，將會帶來不可設想的經濟損失。天然氣氣源的安全事故可能會導致大量的用戶失去對城市天然氣供應系統的信任度，同時，事故范圍的持續性擴大還會影響到大量用戶的日常生產生活。因此，針對天然氣輸配系統的安全問題進行研究，對于推動我國天然氣供應保障體系的建設具有重要價值。而天然氣氣源安全性的問題大多數都是由于管線輸氣功能、油氣資源供應量等多方面的限制性因素而導致的，如果存在天然氣管線運輸能力匱乏或油氣資源開采量不足的問題，在天然氣輸配系統建成后，即可能會出現供應短缺常態化的現象。尤其是目前隨著人們日常生產生活中對于天然氣的需求量不斷增加，也讓我國許多區域的氣源供應安全性問題尤為突出。尤其是對于一些單氣源的城鎮來說，應急氣源設施的建設能夠滿足天然氣供應事故以及極端需求情況下大部分用戶的短期需求，同時，還能夠使天然氣供應的渠道更加多元化，有效地提升了城市天然氣供應系統的穩定運行以及安全等級[2]。

2.1 確認應急時間以及應急需求量

天然氣輸配系統的運行穩定性與管道運輸的距離、周邊地區自然條件、具體的事故爆發原因等因素之間都具有密不可分的關系。通過針對西氣東輸管道事故發生的問題進行分析發現，我國的西氣東輸工程管道每兩年內就可能會發生3次停運事故，事故的平均發生率大約為每年1.68次，每次事故的持續時間大約為68min。因此，通常來說，城鎮地區的應急氣源保供時間大多數被設置為3h～5h，較為合理。目前，我國國內已經有大量的省會城市先后建設了城市天然氣的應急氣源設施，并且大多數都將應急保供的氣源時間設置為3h～5h[3]。

2.2 事故工況的確認

事故工況大約可以分為天然氣輸配系統的氣源事故、場站事故以及城鎮高壓管道事故3種類型。天然氣輸配系統的運行事故具有突發性以及不可預測性的特征，并且能夠在較短的時間內波及較大的區域范圍。因此，在遇到突發性事故或檢查上游運輸管道需要停氣時，就應該啟動應急氣源，在短時間內代替常規氣源，從而達到天然氣供應系統的保障目標。通常來說，城鎮地區的天然氣用戶分為居民用戶、商業用戶、汽車用戶以及工業用戶等類型。而應急氣源無法全面地考慮到所有用戶的應急需求，因此，在發生天然氣停運事故時應該按照用戶的用氣需求等級優先滿足重要客戶的應急供應需求[4]。而居民的日常生產、生活用氣問題是關系國計民生的大事，通常情況下，應該實現全年不停供的目標。而商業用戶在應用天然氣的過程中具有數量較多，且分布范圍較為零散的特征，一旦停氣事故發生，涉及的范圍較大。因此，居民用戶和商業用戶的應急保供應用量達到了總用氣量的100%。而工業用戶具有用氣量巨大的特征，如果要實現對工業用戶的應急保供，需要付出較高的成本投入，并且大多數具備一定規模的工業用戶，為了防止特殊事故都會自行準備且建設應用氣源，因此，城市應急保供系統中并不會將工業用戶作為應急保護主要對象。但是某些工業用戶的運行設備一旦停止供氣就可能會出現不可逆的損壞，引發巨大的經濟損失。因此，也會有部分工業用戶會被納入城市應急保供系統的應急對象中，在出現突發事故時能夠保證工業燃燒設備不會損壞的情況下，為工業燃燒設備提供最低的供氣量。而對于天然氣汽車用戶來說，如果城市天然氣停止供氣也可以采用汽油或柴油等其他替代性能源保證汽車正常運行，如果出現停氣事故也不會出現大范圍的事故以及大量的經濟損失，因此，汽車用戶并不被考慮在應急保供的對象中[5]。

3.天然氣調峰與應急保供之間的關系和解決矛盾的對策

天然氣調峰和應急供應系統作為保障天然氣系統穩定運行的重要設施，為維護我國天然氣資源的穩定供應作出了巨大的貢獻。其中，調峰需求是一種持續性的保障需求，但緊急供應需求僅僅是在突發事故下的短期供應和保障需求[6]。

3.1 調峰儲氣與應急儲氣之間的關系

我國實際的工程數據顯示，城市應急供應的儲氣量相比于城市調峰設施的儲氣量來說較高（見表1）。因此，按照城市應急供應儲氣量建設的儲氣設施，通常情況下，完全能夠滿足每日或每小時的城市天然氣供應調峰需求和事故狀況下應急供應的需求。基于此，城鎮區域內部完全可以建設具備雙向功能的儲氣站，使儲氣設備站能夠發揮應急供應以及調峰功能的雙重功能，這樣不僅能夠解決城市應急氣源存儲設施長期閑置的問題，同時，還能夠有效地提升城市應急氣源設施的利用效率，避免城市應急氣源系統以及調峰系統的重復建設和重復投資[7]。

表1 部分城市應急儲氣量和調峰儲氣量的對比

3.2 同時供氣系統運行過程中的供應矛盾解決策略

以管道天然氣運輸作為常規氣源的城鎮區域，在不單獨設置調峰設施的條件下，城鎮輸氣管道系統本身就具備一定的調峰功能。但是城鎮輸氣管道的調峰能力與城鎮輸氣管道內部的空間以及管道運行壓力小之間具有密不可分的關系。雖然在城鎮供氣系統運行過程中，低壓管網的運行量以及建設范圍較大，但是為了確保城市天然氣的供應量，低壓管網的降壓能力本身就具有一定的限制性，低壓管網內部的實際有效儲氣能力較低[8]。因此，在城市天然氣管線的運輸過程中，高壓管線才具備較強的降壓功能，同時也是實現城市輸氣管道條縫功能的主要管線（見表2）。

表2 部分城市氣源管線運行參數

總而言之，通過實際的數據調查可以看出，常規情況下，需要按照應急保供的用氣需求量來建設天然氣的儲氣設施，同時還可以聯合天然氣上游的輸氣管線來解決城鎮區域季節供應或日供應的調峰需求。而對于使用天然氣管線的中小型城鎮來說，并不建議花費大量的成本來建設調峰儲氣設施，而是可以通過上游和下游的氣源管線本身具備的調峰能力來解決問題，調峰量不足的部分還可以啟動應急氣源系統持續供應[9]。

4.結語

現階段我國正處于能源轉型以及綠色經濟發展的關鍵時期，尤其是隨著煤改氣措施以及大氣污染防控工作推動速度的不斷加快，對于城鎮地區天然氣管道的供應也提出了更加嚴格的要求。因此，城鎮地區的天然氣管道更應該通過分析調峰矛盾以及應急供應矛盾問題，確保城鎮天然氣管網的運行穩定性以及供應保障性。