天然氣利用規(guī)劃中重點(diǎn)問題的研究

摘 要

摘要：闡述了城市天然氣利用規(guī)劃中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題，對(duì)氣源規(guī)劃、用氣量預(yù)測(cè)、管網(wǎng)壓力級(jí)制的選擇進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：天然氣利用規(guī)劃；氣源選擇；壓力級(jí)制；用氣量預(yù)測(cè)；應(yīng)急氣源Resear
摘要：闡述了城市天然氣利用規(guī)劃中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題，對(duì)氣源規(guī)劃、用氣量預(yù)測(cè)、管網(wǎng)壓力級(jí)制的選擇進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：天然氣利用規(guī)劃；氣源選擇；壓力級(jí)制；用氣量預(yù)測(cè)；應(yīng)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(duì)環(huán)境保護(hù)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(guó)城市燃?xì)獾臍庠唇Y(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(dǎo)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(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展作為天然氣利用規(guī)劃的指導(dǎo)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(kuò)大，城市總體規(guī)劃工作相對(duì)滯后，而城市天然氣利用規(guī)劃工作時(shí)間又相當(dāng)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(zhǔn)確地預(yù)測(cè)用氣量、合理地選擇壓力級(jí)制是確保天然氣利用規(guī)劃具有較強(qiáng)操作性的要求。本文對(duì)天然氣利用規(guī)劃中重點(diǎn)問題進(jìn)行分析。
1 氣源
1.1 氣源的安全性
    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，能源需求也逐年增長(zhǎng)。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(jì)發(fā)展，管道沿線地區(qū)天然氣的需求將不斷增長(zhǎng)，同時(shí)，對(duì)天然氣供應(yīng)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(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)是經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(chǎng)至少有3種氣源，其中任何一種氣源供應(yīng)量最多不超過50%，且所有的氣源可通過公用運(yùn)輸設(shè)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(yīng)體系和相互貫通的天然氣網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)口LNG作為第三氣源，不僅可解決日益增長(zhǎng)的天然氣需求，必要時(shí)也可作為本地區(qū)事故情況下的應(yīng)急氣源。對(duì)城市供氣而言，在管道供氣的同時(shí)，可以考慮引進(jìn)LNG。城市具備了另一種運(yùn)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(yīng)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(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)條件的地區(qū)，可利用LNG氣源調(diào)節(jié)靈活的特點(diǎn)建設(shè)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(shí)。對(duì)于提高城市或地區(qū)供氣的日、時(shí)調(diào)峰能力，LNG氣源可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)靈活的特點(diǎn)，起到相當(dāng)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(jìng)爭(zhēng)，對(duì)我國(guó)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(bǔ)充的多氣源供氣格局，將大大提高城市天然氣供應(yīng)的可靠性。LNG氣源供氣機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，將有效增強(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)峰能力，增加天然氣儲(chǔ)備，提高城市供氣的安全陛和穩(wěn)定性，對(duì)促進(jìn)和保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)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?xì)猓^渡氣源可采取建設(shè)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(dá)之前，小城鎮(zhèn)可在近期采用CNG儲(chǔ)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(dān)。如廣東省中山市部分鎮(zhèn)區(qū)就是采用這種方式供應(yīng)，滿足了鎮(zhèn)區(qū)的用氣需求，同時(shí)也提高了燃?xì)夤镜慕?jīng)濟(jì)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(diǎn)是供氣范圍較大，氣源互換性好，通過適當(dāng)?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(yīng)急氣源[7～8]
    為保證城市燃?xì)夤?yīng)安全可靠，在城市管網(wǎng)或氣源出現(xiàn)事故時(shí)，特別是為了保證重點(diǎn)用戶的用氣需求，需設(shè)置應(yīng)急氣源。一般可采用移動(dòng)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(jìn)過程中首先要考慮燃?xì)獾幕Q性問題[9～11]，即參照近期供應(yīng)的氣源制定基準(zhǔn)氣參數(shù)要求，遠(yuǎn)期供應(yīng)的氣源參數(shù)應(yīng)滿足互換性要求[1]。其次，隨著用戶市場(chǎng)的規(guī)范化管理，對(duì)于供應(yīng)用戶的燃?xì)鉄嶂挡▌?dòng)要求也將日趨嚴(yán)格，如英國(guó)煤氣公司在城市門站控制燃?xì)鉄嶂挡▌?dòng)在±2%范圍內(nèi)。因此各地區(qū)在不同時(shí)期引進(jìn)氣源過程中應(yīng)注意上述問題并制定相應(yīng)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(shí)現(xiàn)天然氣供氣的同時(shí)，應(yīng)充分考慮它們之間的互換性。
    經(jīng)計(jì)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(shì)為39；珠海LNG的華白數(shù)為53.228MJ/m3，燃燒勢(shì)為40；大鵬LNG的華白數(shù)為51.752MJ/m3，燃燒勢(shì)為42。根據(jù)GB/T 13611—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴?，珠?中山天然氣、大鵬LNG、珠海LNG均屬于12T基準(zhǔn)氣的可互換燃?xì)狻?/span>
    因此，城鎮(zhèn)天然氣建設(shè)經(jīng)營(yíng)者應(yīng)統(tǒng)一管理引進(jìn)本地區(qū)的不同氣源。從目前各氣源供應(yīng)條件分析，對(duì)于海上天然氣、進(jìn)口LNG，應(yīng)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(diǎn)設(shè)置調(diào)整熱值的配氣裝置，從而滿足下游用戶市場(chǎng)中各類燃具的適應(yīng)性。
2 壓力級(jí)制的選擇
    城市常用燃?xì)夤艿缐毫Ψ旨?jí)為中壓A(0.2MPa＜p≤0.4MPa)和中壓B(0.01MPa＜p≤0.2MPa)，兩種壓力級(jí)制均可應(yīng)用于城市燃?xì)廨斉涔艿乐?。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(jí)制也各有選擇，但均未對(duì)選擇該壓力級(jí)制的原因進(jìn)行充分分析。
2.1 中壓A級(jí)管網(wǎng)
    現(xiàn)狀中壓管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為中壓A，則規(guī)劃管網(wǎng)應(yīng)選擇中壓A，但應(yīng)對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)按新規(guī)劃的用氣負(fù)荷重新進(jìn)行校核計(jì)算。如管徑不能滿足規(guī)劃要求，則須對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)進(jìn)行更新改造，使現(xiàn)狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力相應(yīng)得到提高，一般來說能滿足規(guī)劃要求。
2.2 中壓B級(jí)管網(wǎng)
    原有管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為中壓B，而新規(guī)劃用氣負(fù)荷未明顯增加，且管道不能承受中壓A的試驗(yàn)壓力的情況下，選擇中壓B較合適，但將來隨著負(fù)荷的增加，須逐步改造。目前選擇中壓B的優(yōu)點(diǎn)是：今后用氣負(fù)荷增加了可提高壓力級(jí)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(yàn)壓力進(jìn)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(zhǎng)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(jì)性。如廣東省中山市城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)就是按中壓A設(shè)計(jì)，經(jīng)多年運(yùn)行檢驗(yàn)，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。但對(duì)于已經(jīng)有一定管網(wǎng)基礎(chǔ)的城市，則須根據(jù)已有管網(wǎng)的改造利用和重新建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定。
3 用氣量預(yù)測(cè)
    在天然氣利用規(guī)劃中，用氣量的預(yù)測(cè)是其中最主要的部分之一[13～14]，也是規(guī)劃的難點(diǎn)，用氣量的大小直接影響工程成本、售氣價(jià)格，是規(guī)劃及可行性研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3.1 居民用氣量
根據(jù)用氣量指標(biāo)、居民人口數(shù)、氣化率、燃?xì)獾蜔嶂?，可以?jì)算出居民年用氣量，計(jì)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(biāo)，MJ/(人·a)
    w——規(guī)劃人口數(shù)，人
    η——氣化率
    Q1——燃?xì)獾蜔嶂?，MJ/m3
    人口可分常駐人口及暫住人口，兩者的用氣量指標(biāo)有所不同，一般暫住人口的用氣量指標(biāo)按常駐人口用氣量指標(biāo)的50%～70%進(jìn)行測(cè)算，如廣東中山市按60%進(jìn)行測(cè)算。用氣量指標(biāo)應(yīng)根據(jù)地區(qū)現(xiàn)狀及收集到的各類資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和對(duì)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(duì)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(jià)較低，具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，天然氣到達(dá)后，估計(jì)該類用戶逐步轉(zhuǎn)換為天然氣。
    ② 公共建筑新增用氣市場(chǎng)。公共建筑設(shè)施及其用氣量逐年增長(zhǎng)，設(shè)其增長(zhǎng)與人口增長(zhǎng)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(jì)發(fā)展，商業(yè)用燃料量逐年增長(zhǎng)，設(shè)其近年增長(zhǎng)與預(yù)期的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)相關(guān)，商業(yè)用戶的天然氣需求量之增長(zhǎng)估計(jì)為一定的比例，該比例隨各地的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(jì)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(jià)比LPG及柴油有競(jìng)爭(zhēng)力，因此假設(shè)遠(yuǎn)期管網(wǎng)的覆蓋率為80%，考慮到部分不可替換或無經(jīng)濟(jì)條件敷設(shè)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(dá)后開始轉(zhuǎn)換，逐年按一定比例進(jìn)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(yù)測(cè)
    隨著天然氣的到來，為打造現(xiàn)代化的城市，不會(huì)鼓勵(lì)煤及重油等非清潔能源為新增工業(yè)用能。因此，估計(jì)其中80%新增燃料用量會(huì)選擇用天然氣。工業(yè)新增燃?xì)馐袌?chǎng)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，其用氣量逐年增長(zhǎng)，設(shè)近年用氣量增長(zhǎng)與預(yù)期的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)相關(guān)，工業(yè)用戶的天然氣需求量之增長(zhǎng)估計(jì)為一定的比例，該比例隨各地的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(xiàng)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(yīng)與本地區(qū)的加油站規(guī)劃相協(xié)調(diào)。
3.5 燃?xì)饪照{(diào)用氣量
    燃?xì)饪照{(diào)的建筑對(duì)象主要考慮一些公共建筑設(shè)施，如體育場(chǎng)館、圖書館、博物館、車站、高級(jí)賓館、高級(jí)寫字樓等。
    燃?xì)饪照{(diào)用氣量與制冷面積和綜合制冷指標(biāo)有關(guān)?？砂?%的公共建筑使用燃?xì)饪照{(diào)進(jìn)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?xì)饪照{(diào)用戶綜合制冷指標(biāo)計(jì)算燃?xì)饪照{(diào)用氣量。例如中山市的燃?xì)饪照{(diào)用戶綜合制冷指標(biāo)為0.712MJ/(m2·h)。
4 廠站用地的落實(shí)
    天然氣規(guī)劃中廠站用地的規(guī)劃非常重要，用地的落實(shí)是規(guī)劃實(shí)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(jì)合理性，應(yīng)與規(guī)劃、國(guó)土等部門及業(yè)主協(xié)調(diào)，直接落實(shí)在用地控制性詳細(xì)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(yīng)重點(diǎn)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(yīng)體系。特別強(qiáng)調(diào)LNG將在城市調(diào)峰及應(yīng)急氣源中占有重要的地位。
    ② 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天然氣的供應(yīng)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(jí)制，不僅可以確保安全供氣，降低工程造價(jià)，而且為管網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)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(shí)施，當(dāng)?shù)卣块T應(yīng)制定相關(guān)的使用清潔能源政策，積極推動(dòng)天然氣事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)也應(yīng)支持及協(xié)助特許經(jīng)營(yíng)單位營(yíng)造市場(chǎng)運(yùn)作環(huán)境，建立一個(gè)健康有序的生存和發(fā)展環(huán)境，保障特許經(jīng)營(yíng)單位的合法權(quán)益。
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(本文作者：王引平1 張旭龍2 李麗1 1.中山市規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣東中山 528403；2.中山港華燃?xì)庥邢薰?廣東中山 528400)