城市燃气调峰与储存问题分析.doc

最新【精品】范文 参考文献 专业论文城市燃气调峰与储存问题分析城市燃气调峰与储存问题分析 摘 要：本文主要介绍了通过储气设施、改变气源生产能力和设置机动气源、利用缓冲用户调度作用等调峰方式来解决城市调峰。同时介绍了城市调峰的各种方法和措施，以及在调峰中用到的储存天然气的方法。天然气调峰的原理和具体实施的方案、方法本文也做了粗略的介绍。 关键词：天然气；调峰；储存 Abstract: This paper mainly introduces the storage facilities, change the source production capacity and set up vehicle source, using buffered user scheduling effect way to solve city peak shaving. At the same time, introduces some methods and measures of city peaking, method and used in peak shaving of gas storage. In this paper, principle and methods of natural gas peak shaving and the concrete implementation plan, also made a rough introduction. Keywords: natural gas; peak-shaving; storage 中图分类号：TU996 1、前言 城市燃气的调峰即从一年来看，冬天由于天然气取暖，造成冬季天然气使用量甚至能达到夏季的几倍；而一天中，白天的用气量通常比夜晚要高。如果天然气使用高峰与低谷差距过大，会造成天然气存储和运输等一系列问题，而采取主动和被动手段，例如增加夏季用气客户等，将天然气峰谷比降低。天然气调峰包括事故调峰、季节调峰、日调峰和小时调峰。主要方法有利用储气设施储气调峰如末端高压管束和管网储气、高压储罐储气和高压管道储；LNG和CNG调峰；天然气液化储存调峰；近几年又发展了地下储气库进行调峰和利用缓冲用户调度作用进行调峰即一方面发展工业用户提高工业用气量, 使用户结构发生改变, 减少了用气不均匀性。另一方面考虑能源切换 ,在夏季用气低峰时, 缓冲用户使用城市燃气; 在冬季用气高峰时, 缓冲用户改用固体燃料或液体燃料, 此方法可缓解季节不均匀用气。 2、天然气调峰 2.1 天然气调峰的基本概念：城市燃气的调峰就是从一年来看，冬天由于天然气取暖，造成冬季天然气使用量甚至能达到夏季的几倍；而一天中，白天的用气量通常比夜晚要高。如果天然气使用高峰与低谷差距过大，会造成天然气存储和运输等一系列问题，而采取主动和被动手段，例如增加夏季用气客户等，将天然气峰谷比降低。城市用气量具有月、日、小时用气量不均匀性； 再加上天然气作为目前最常使用的清洁能源，在城市和乡镇的工业和商业企业、居民生活方面的使用，使其需求量呈井喷式的发展，这就让天然气的调峰问题日益突出。 2.2 天然气调峰分类 2.2.1 事故调峰：上游在向下游供气时，因管道、设备损坏以及无法抗拒的因素而引起的非 正常停气，都将直接影响下游的供气可靠性，因此需考虑气源的事故调峰2。21305年西部天然气发生事故时，东海天然气可增加供应20，即多供40万m3d；LNG事故处理厂(5号沟)于 2OO5年扩建，气化能力最大能够达到5OO万d；石洞 口煤气厂于 2005年经过改造后可生产代用天然气作为调峰气源，预计可达120万m3d左右。这样可基本解决事故工况时 的供气平衡但只能维持4天。届时需调整市内的供气系统 ，减少发 电厂等大用户的供气量，以度过事故期。 2.2.2 季节调峰：大型天然气调峰电厂夏季工作 5个月，设备全开：冬季工作 7个月 ，设备半开。表3给出了各类用户在冬高峰月和夏高峰月时的用气情况。通过上游4-20的天然气供应波动，基本能满足高峰月天然气的用气需求。 2.2.3 日调峰：由于化工、发 电的El用气量是均匀一致的，只是随着季节的不同而有所变化，而一般用户的日用气量是每天不同的。但通过煤气和液化天然气的灵活运输来满足用气需求量。 2.3 天然气调峰方法：常见城市燃气调峰方式及比较城市燃气调峰是城市燃气管网和储气设施应对用气高峰时的平稳供气调峰能力。目前，国内外城市燃气调峰储气系统主要采用以下方式 ：地下储气库调峰、LN调峰、LPG调峰、上游调峰、管道调峰、管束调峰、储气罐调峰等方式，另外，还可以通过调节用户用量进行调峰。 本文笔者结合大量资料，对几种常见的城市燃气储气调峰方式进行了定性分析，比较结果如表1所示。 表2-1城 市燃气储气调峰方式比较表 通过比较可以看出，选择城市燃气储气调峰方式涉及 的因素很多，在经济、安全、技术合理、可控性等方面，我们应该做好充分比较与分析，结合工程的实际来选择合理的城市燃气储气调峰方式。然而，高压气地下储气井在城市燃气调峰中由于其造价低、安全性高、可控性好等方面具有独特的优势不失为一种很好的方式。 3、地下储库的调峰作用 3.1 地下储库：地下储气库是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，一般建设在靠近下游天然气用户城市的附近2。 与地面球罐等方式相比较，地下储气库具有以下优点：储存量大，机动性强，调峰范围广；经济合理，虽然造价高，但是经久耐用，使用年限长达3050年或更长；安全系数大，安全性远远高于地面设施。 3.2 地下储库类型：目前世界上典型的天然气地下储气库类型有4种：枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库、废弃矿坑储气库4。 3.2.1 枯竭油气藏储气库：枯竭油气藏储气库利用枯竭的气层或油层而建设，是目前最常用、最经济的一种地下储气形式，具有造价低、运行可靠的特点。目前全球共有此类储气库逾400座，占地下储气库总数的75%以上。 3.2.2 水层储气库：用高压气体注入含水层的孔隙中将水排走，并在非渗透性的含水层盖层下直接形成储气场所5。含水层储气库是仅次于枯竭油气藏储气库的另一种大型地下储气库形式。目前全球共有逾80座含水层储气库，占地下储气库总数的15%左右。 3.2.3 盐穴储气库：在地下盐层中通过水溶解盐而形成空穴，用来储存天然气。从规模上看，盐穴储气库的容积远小于枯竭油气藏储气库和含水层储气库，单位有效容积的造价高，成本高，而且溶盐造穴需要花费几年的时间。但盐穴储气的优点是储气库的利用率较高，注气时间短，垫层气用量少，需要时可以将垫层气完全采出。目前世界上有盐穴储气库共44座，占地下储气库总数的8%。 3.2.4 废弃矿坑储气库：利用废弃的符合储气条件的矿坑进行储气。目前这类储气库数量较少，主要原因在于大量废弃的矿坑技术经济条件难以符合要求。 3.3 地下储库工作原理：对于城市燃气系统来说，随着用户需求的不断增加，在城市用气需求处于低峰，城市燃气的用气量低于输气系统供气量的情况下，需要利用压缩机将富余的燃气加压至 25MPa6，并通过燃气分配系统将其储存在高压地下储气井中。相反，在城市用气需求处于高峰 ，城市燃气 的用气量大于输气系统供气量的情况下，则需要将高压气地下储气井中储存的高压燃气输出来 ，通过调压装置将高压燃气降压后进人城市燃气系统管网中，以此来平衡和稳定供气量与城市燃气高峰用气量的差额。高压气地下储气井储气调峰原理示意图如图 l所示。 图3-1 地下储气库的调峰原理示意图 4、用户发展调峰 4.1 用户与燃气调峰的关系：受气温、作息时问、生活规律等影响，城市燃气存在月、日、时用气不均匀性 ，其中尤其以居民生活用气、餐饮用气和供暖用气最为明显。城市燃气企业首先要保证居民和学校、医院等非经营性用户的用气需求，这些用户往往对时调峰的要求非常高，同时对季节调峰也有一定的要求。在上游供气有限的情况下 ，有选择地合理发展用户，利用用户进行月、日甚至时调峰，将最大限度地利用管网的供气能力，提高供气总量 ，调整城市能源结构 ，改善大气环境，降低单位供气造价和运行成本，提升城市燃气企业的经济效益。 4.1.1 城市燃气用户类型与用气不均匀特点：城市居民用户和商业餐饮用户具有基本相同的用气规律，由于地理位置和气候的原因，南方城市用气月高峰系数较小，而北方城市较大，在一个月或一周中，居民和餐饮用气的日波动性主要取决于生活习惯及工作制度。城市居民和餐饮用户的时用气不均匀性波动幅度较大，表现为晚上最大，中午次之，早晨再次之。但两者之间也有差别，居民用户单户的连续用气时问比较短，因此在用户数量大时，高峰用气时段并不是所有的用户同时在用气，同时工作系数较小；而餐饮用户的连续用气时间相对较长，且集中在城市用气 的时高峰阶段，可以认为餐饮用户都是同时工作的，但每天总的用气时间并不长。 4.1.2 不同类型用户对燃气调峰的影响：居民用户、商业餐饮用户对季节不均匀性的影响较小，但时用气不均匀性特别大，是产生城市燃气时高峰的主要因素。非供暖锅炉用户、分布式能源用户、一般工业用户、公交出租车用户的用气较为平稳，特别是分布式能源和一般工业用户，用气量大，用气稳定，自身对调峰的要求很小，当用气量足够大时，还可有效平抑城市燃气其他用户不均匀用气产生的高峰系数。供暖锅炉用户平时不用气，冬季则需要大量用气，是引起季节高峰的主要因素。燃气空调用气集中在夏季和冬季，正常情况下夏季是城市燃气用气的低谷，因此夏季空调用气对城市燃气季节性高峰用气没有利影响，但冬季空调用气会增加高峰用气负荷。从冬 夏两季综合考虑，由于冬季空调用气量往往小于夏季空调用气量，因此燃气空调能对季节不均匀用气起到平衡作用，有助于平抑调峰系数。热电厂用户对燃气调峰的影响与其是否承担电力调峰和供暖有关 ，不承担电力调峰和供暖时，用气平稳，不会引起调峰需求；承担夏季用电高峰期的电力调峰时，能对季节不均匀用气起到平衡作用，而承担冬季供暖功能时，会明显加剧调峰要求。 4.2 用户发展调峰：对城市燃气不同类型用户用气特点的分析，有助于城市燃气企业合理发展用户，在保障城市基本用气需求的前提下，增加供气规模，改善城市能源结构，提高企业经济效益，促进燃气企业的持续稳定发展。 4.2.1 初期发展策略：城市燃气企业发展初期，用气规模小，无论是季节用气高峰还是时用气高峰，对燃气企业的供气都不会产生影响，企业面临的压力是用气量不足，此时的用户发展策略就是尽一切可能多发展用户。 4.2.2 长期发展策略：当城市用气规模发展到一定程度，上游正常的供气规模不能满足高峰用气需求时，新增用户选择不当就可能会影响到整个城市的供气安全，此时应当有选择地发展用户。经营性餐饮用户时不均匀系数大 ，对时供气负荷 占用比例大 ，会严重影 响到城市整体的时设计供气能力 ；供 暖锅炉用户季节性不均匀系数大 ，对年度供气 总量有不利影响，因此 ，对这两类用户就应适 当限制发展 。用气量特别大而又没有 自备气源或替代能源的大型工业用户和热电厂用户，对供气保 障性要求较高 ，特别是热 电厂用户要承担城市供暖任务时 ，会对城市用气带来很大的影响 ，应当谨慎发展。对于其他工商业用户 ，特别是分布式能源用户和一般工业用户 (尤其是有自备气源或替代能源 的用户)，这类用户对调峰要求低 ，甚至可以平抑城市调峰负荷 ，应 当优先发展。 4.2.3 初期策略与长期策略的衔接：在城市燃气的发展过程 中，为 了快速提升用气量，初期发展的对象往往是经营性小餐馆 、供暖锅炉等用户 ，燃气企业也需要这些用户来实现企业的起步和发展。但当用气量达到一定规模后 ，这些用户又会成为企业进一步发展 的障碍 。城市燃气企业有普遍服务的义务 ，对 已经发展 的用户不可能随意要求其退出，对有供气条件 的用户也不可能拒绝其用气 申请。因此 ，燃气企业在制定初期用户发展策 略时 ，就要从发展需要出发 ，按长期发展需要制定用户发展策略，对不同性质的用户设立不同的开户条件和气价政策 ，充分利用经济手段，积极吸引优质用户。在发展初期，对经营性小餐饮用户 、供暖锅炉用户等在开户费用、用气价格等方面可给予一定期的优惠，用气总量 发展到一定规模后，取消优惠措施 ，适当限制这类用户的发展。在制定用户发展策略时，要统筹兼顾，做到初期策略和长期策略的无缝衔接。 4.2.4 大力发展调峰用户：无论是在发展的哪个阶段，发展调峰用户始终是燃气企业用户发展的优先选择。如空调用户有一定的季节调峰作用 ，写字楼空调用户还有一定的小时调峰作用，应当大力发展 ；而在发展工业用户时，尽量发展有自备气源或替代能源的用户和可中断用户，以此来支持城市燃气的调峰。 4.3 用户发展调峰的意义：发展时调峰用户，可平抑时调峰系数，在管网供气能力不变的情况下，时平均供气量得到提高，从而提高管网系统的日供气能力；发展季节调峰用户，可以平抑季节调峰系数，在上游供气能力不变的情况下，提升非高峰季节的供气量，从而提高上游年度供气总量 。因此，发展调峰用户，在不增加上下游管网建设造价的情况下，可以提高管网系统的时平均供气能力和年度供气总量。因此，结合调峰发展用户，可以在上游供气能力和城市管网系统不变的情况下，提高燃气企业的实际供气能力和年度供气总量。一方面，使优质环保的燃气资源能得到更充分的利用，有利于改善城市大气环境，符合当前节能减排 的大趋势；另一方面，在提高年度供气总量的同时，相应降低了单位燃气的建设造价和运行成本，有利于提高城市燃气企业的经济效益。 5、LNG的调峰作用 5.1 LNG的概念和应用：液化天然气(LNG) 是以甲烷为主要成分液化后天然气的一种存在形式6, 当温度低于一162 时 ，甲烷在常压下就转化为液 态 ，成为液化天然 气 (LNG)。LNG 的体积仅为气态 天然气 的 1600，其体积缩小620倍, 储运手段灵活便于运输。还可以和车、船运输方式相结合 ，具有较高的机动性。LNG是一种清洁、高效的能源。由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而LNG贸易正成为全球能源市场的新热点。7近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。 5.2 LNG调峰 521 LNG调峰：LNG厂可分为基本负荷型和调峰型两种。调峰型 LNG 厂有较强的灵活性，8不仅适用于季节性调峰，也适用于日调峰。而且它对选址没有太多限制，可根 据供气调峰和应急供气的需要建在供气管网的关键位置。2O世纪6O年代以来，随着天然气需求量的增长和 LNG 技术的发展，全世界已建立了75座调峰型 LNG 厂，大部分在美国，总液化能力达到120010 md。LNG调峰厂的投资相对于地下储气库来说偏高，因此在有条件建地下储气库的地方。一般不选择 ING方式调峰。但是在不宜建设地下储库或者技术不成熟的情况下LNG调峰发挥着举足轻重的作用。LNG调峰和 目前较多采用的高压球罐储气、长输管道末段储气、高压管束储气等. 9 5.2.1 LNG调峰方式：由于城市用气量的不均匀性，就需要一定的调峰手段。城市天然气的调峰通常有两种手段，一种是以气态的方式储存高压气态的天然气 ，储气设施常采用高压储气罐或大管径高压管道，用气低峰时储气，用气高峰时供气。10另一种是以液态的方式储存低温的液化天然气，储存设施常为低温液体储罐，用气高峰时气化供气，液化天然气的来源一般为外购或用气低峰时将气态天然气液化。液态储存调峰方式在发达国家广泛用于天然气输配管网中，对城市用气量的波动进行平衡。液化天然气液态储存量远远大于气态，因此 LNG储存调峰单位造价更节省 ，是更先进 、更有效的调峰方式。 5.2.2 LNG调峰工艺：对于我国的大型和特大城市，小时高峰流量非常大，即使有几座调峰站，每座站的小时高峰流量都在 210mh以上。如果采用普通的 LNG气化工艺， 出站压力只能达到 0304MPa，也只能通过 中压管网输配气，调峰的范围和调峰量都受到限制，基本上不能满足高于 210 mh的小时高峰流量要求。因此，必须使用次高压管网来调峰，要求 LNG调峰站 出站压力在 08MPa以上 ，以有效地减小次高压管网管径，降低管网造价。LNG调峰站加压气化工艺流程见图 2。 图 5-1 LNG调峰站加压气化工艺流程 LNG采用LNG槽车由公路运输至LNG调峰站，在卸车台用卸车增压器对 LNG槽车增压，利用压差将LNG送至LNG立式储罐 。调峰时，通过自增压器将储罐增压到045MPa。增压后的LNG进入LNG低温泵 ，加压至 16MPa左右，进入LNG气化器 ，换热后转化为常温气态天然气，经调压、计量、加臭后进入城市次高压管网。BOG为罐顶蒸发气，通过 BOG加热