上海市燃?xì)庹{(diào)度中心 任楨

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 李嘉明

0 引言

燃?xì)庑枨筘?fù)荷是經(jīng)常發(fā)生變化的，而且變化量不是恒定的、狹小的，為了維持燃?xì)夤?yīng)和需求平衡，保持燃?xì)夤芫W(wǎng)壓力穩(wěn)定，需要燃?xì)庹{(diào)度部門利用燃?xì)鈨Υ婧透淖內(nèi)細(xì)夤?yīng)量以適應(yīng)燃?xì)庑枨筘?fù)荷，應(yīng)對季節(jié)、月份、日、小時燃?xì)庹{(diào)峰需求和應(yīng)急調(diào)峰需求。

隨著清潔能源天然氣的大力發(fā)展，文章將重點(diǎn)放在天然氣調(diào)峰能力。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》(GB 50028—2006)的6.1.5中指出在平衡城鎮(zhèn)燃?xì)庵鹪?、逐日的用氣不均勻性基礎(chǔ)上，平衡城鎮(zhèn)燃?xì)庵鹦r的用氣不均勻性，城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)尚應(yīng)具有合理的調(diào)峰供氣措施。其中城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的調(diào)峰氣總?cè)萘?，?yīng)根據(jù)計算月平均日用氣總量、氣源的可調(diào)量大小、供氣和用氣不均勻情況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素綜合確定。此外，由于上海的氣源方(即供氣方)不是單一的，并且作為上海氣源方之一的洋山港LNG有照付不議的風(fēng)險(供需失衡)。因此在做好燃?xì)忸A(yù)測的同時，需要明確燃?xì)夤芫W(wǎng)的調(diào)峰能力。

文章以城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾項(xiàng)l例和城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范為法律依據(jù)，借鑒國外的不同理念，明確燃?xì)鈨Υ娣绞胶腿細(xì)庑枨箢A(yù)測方式，從而確立日常調(diào)峰和應(yīng)急調(diào)峰需求量，為提升燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰能力提供依據(jù)。文章所列舉的圖表中數(shù)據(jù)是模糊的、虛擬的、任意單位的，但符合實(shí)際數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的規(guī)律和特征。

1 燃?xì)鈨Υ娣绞?/h2>

正如引言所述燃?xì)庑枨筘?fù)荷不是恒定的，又因?yàn)槿細(xì)夤?yīng)量的改變幅度是有限的，所以完全依靠改變?nèi)細(xì)夤?yīng)量是難以適應(yīng)燃?xì)庑枨筘?fù)荷的。因此除了調(diào)度氣源供應(yīng)量，利用燃?xì)鈨Υ媸墙鉀Q燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰的最佳調(diào)度方式。

國外人工煤氣儲存方式和國內(nèi)相同，儲存方式是低壓儲氣柜。分為濕式儲氣和干式儲氣柜。

國內(nèi)外天然氣主要儲存方式有地下儲氣庫(枯竭油氣田、含水層、鹽穴)、LNG儲罐、CNG高壓儲氣罐和高壓次高壓管網(wǎng)沿線儲存(Linepack Storage)。

上海天然氣儲存方式主要依靠高壓管道沿線儲存和LNG儲罐。LNG已經(jīng)不再通過天然氣主干網(wǎng)經(jīng)過液化設(shè)備自行制取儲存，而是依靠進(jìn)口LNG船運(yùn)儲存。目前洋山港LNG平均每日氣化量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過東氣和川氣的氣源供應(yīng)量，一期16.5萬m3儲罐三座，而且由于洋山港LNG氣化可調(diào)量幅度空間大，因此既可以視為天然氣主要供應(yīng)氣源之一，也可以視為調(diào)峰重要手段和最大的儲存方式。

英國天然氣儲存主要方式和上海類似，因其地質(zhì)條件允許還有地下鹽穴儲氣庫。

LNG接受站和地下儲氣庫主要應(yīng)用于國家長輸管網(wǎng)(National Transmission System, NTS)，管網(wǎng)壓力為7.0～8.5 MPa。高壓次高壓管道沿線儲存既用于國家長輸管網(wǎng)NTS也用于其區(qū)域分輸管網(wǎng)(Local Distribution Zone, LDZ)。此外還有兩種原本應(yīng)用于區(qū)域分輸管網(wǎng)LDZ，目前不用或很少用的儲存方式，低壓儲氣柜和高壓大直徑管道。低壓儲氣柜中干式儲氣柜可直接用于儲存低壓天然氣，濕式儲氣柜經(jīng)過簡單技術(shù)處理也可以用于儲存低壓天然氣，在英國人工煤氣轉(zhuǎn)換后該方式曾經(jīng)用于儲存天然氣多達(dá)30年，但由于低壓儲氣柜的維修和維護(hù)成本相對于其所能儲存的氣量偏高，目前該儲存方式已經(jīng)被淘汰。高壓大直徑管道(bullets)用于高壓管道儲存，壓力為3.8～7.0 MPa，直徑最大可達(dá)4 m，既可以埋于地下，也可以鋪設(shè)于地上。但是由于其每10年所需進(jìn)行的安全檢測費(fèi)用高昂，目前該儲存方式已經(jīng)逐步不用。

因此通過借鑒英國天然氣儲存方式的歷史變革，不難發(fā)現(xiàn)LNG站和高壓次高壓管道沿線儲存是適應(yīng)上海特點(diǎn)的最佳儲存天然氣方式。

2 燃?xì)庑枨箢A(yù)測

燃?xì)庑枨箢A(yù)測的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到日常調(diào)度調(diào)峰，燃?xì)夤?yīng)安全保障，燃?xì)鈨Υ嬖O(shè)備投資計劃。而影響燃?xì)怃N售的因素有很多，從成分劃分有居民消費(fèi)用氣、電廠消費(fèi)用氣、工業(yè)用氣和化工用氣，從客觀因素劃分有季節(jié)性變動，氣溫氣候變動，節(jié)假日變動，工作日和非工作日變動，生活習(xí)慣改變，經(jīng)濟(jì)景氣情況，人工煤氣置換進(jìn)度等等。

燃?xì)庑枨箢A(yù)測方式方法有很多，英國因其特殊的氣候條件和市場價格驅(qū)動型儲氣策略，國家長輸管網(wǎng)系統(tǒng)需求預(yù)測和區(qū)域分輸管網(wǎng)系統(tǒng)需求預(yù)測不同。英國國家長輸管網(wǎng)系統(tǒng)需求預(yù)測取決于電廠、電網(wǎng)需求，愛爾蘭市場需求，和歐洲燃?xì)鈨r格差，工業(yè)需求。區(qū)域分輸管網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)測更多的取決于天氣因素，采用天氣復(fù)合變量法(Composite Weather Variable, CWV)進(jìn)行燃?xì)忸A(yù)測。通過將溫度、季節(jié)、風(fēng)速等一系列天氣因素綜合考慮，得出CWV變量，使得燃?xì)怃N售額與CWV變量成線性變化，從而預(yù)測未來市場的燃?xì)怃N售量，確定燃?xì)庑枨蟆?/p>

銷售量和溫度的關(guān)系如圖1所示，銷售額和CWV的關(guān)系如圖2所示。

圖1 日銷售量和溫度的關(guān)系

圖2 日銷售量和CWV的關(guān)系

由圖可見區(qū)域分輸管網(wǎng)系統(tǒng)由于沒有電廠天然氣用量的銷售干擾，其銷售額和CWV呈明顯線性關(guān)系，這對燃?xì)庑枨箢A(yù)測的準(zhǔn)確性有很大的提高，值得國內(nèi)從事燃?xì)怃N售需求預(yù)測的同行借鑒。

3 燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰量

通過預(yù)測將來的燃?xì)庑枨?，結(jié)合燃?xì)夤?yīng)量的改變幅度，峰谷部分通過燃?xì)鈨Υ娣绞竭M(jìn)行調(diào)節(jié)，即燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰。

應(yīng)對季節(jié)/月份/日/小時供求匹配，日常調(diào)峰需求量的計算方法，國內(nèi)與英國是一致的。如圖3所示。

圖3 燃?xì)馊照{(diào)峰量示意

英國的經(jīng)驗(yàn)是民用戶調(diào)峰需求量是其平均負(fù)荷的2.5倍，而工業(yè)用戶調(diào)峰需求量只有其平均負(fù)荷的1.3倍。因此調(diào)峰幅度相對于平均負(fù)荷的大小，主要取決于燃?xì)饩用裼脩粽既細(xì)饪傆脩舯戎氐亩嗌?。季?jié)和月份的調(diào)峰需求量也可以用類似方法求得。

該調(diào)峰需求量計算得出后減去燃?xì)夤?yīng)量所能改變的幅度即是需要通過燃?xì)鈨Υ鎭碚{(diào)節(jié)的量。如圖4所示一天之內(nèi)，燃?xì)鈨Υ媪康淖兓渥畲髢Υ媪繙p去當(dāng)日最低儲存量即是用于燃?xì)庹{(diào)峰的量。所需注意的是，天然氣的高壓管道沿線儲存其最低壓力需滿足天然氣電廠的壓力需求，且主要用于日/小時調(diào)峰。季節(jié)和月份的用于調(diào)峰的儲存需求量主要靠LNG儲罐和地下儲氣庫，可以用類似方法求得。日常調(diào)峰需求量也可以用高峰系數(shù)乘以平均用氣量再減去燃?xì)夤?yīng)量所能改變的幅度確定。

圖4 燃?xì)馊諆Υ媪孔兓疽?/p>

應(yīng)急調(diào)峰需求量借鑒英國的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)能應(yīng)對20年一遇寒冷冬季的日調(diào)峰考驗(yàn)和50年一遇寒冷冬季月調(diào)峰考驗(yàn)。因此作者認(rèn)為可以用本年往前追溯20年以來最大的高峰系數(shù)乘以平均用氣量再減去燃?xì)夤?yīng)量所能改變的最大幅度計算求得日應(yīng)急調(diào)峰需求量。公式表達(dá)為:日高峰系數(shù)=計算月中的日最大用氣量/該月日平均用氣量。日應(yīng)急調(diào)峰需求量=MAX(近20年日高峰系數(shù))×計算月平均用氣量預(yù)測值-日最大燃?xì)夤?yīng)量。計算月是指1年中逐月平均的日用氣量中出現(xiàn)最大值的月份。以此類推，用小時高峰系數(shù)和月高峰系數(shù)，也能相應(yīng)求得對應(yīng)的應(yīng)急調(diào)峰需求量。值得注意的是，在計算日應(yīng)急調(diào)峰需求量后，需要計算當(dāng)日小時最大調(diào)峰幅度。例如:在滿足日應(yīng)急調(diào)峰需求量情況下天然氣高壓次高壓管道沿線儲存管道小時壓力降最大幅度因在可控范圍內(nèi)。此外，隨著天然氣市場的發(fā)展，天然氣的應(yīng)急調(diào)峰需求量的計算還應(yīng)該考慮因人工煤氣轉(zhuǎn)換的增量對天然氣銷售負(fù)荷曲線的影響。

不同年份燃?xì)怃N售負(fù)荷有所不同，寒冷的年份燃?xì)怃N售負(fù)荷就偏高，相應(yīng)的對燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰能力要求變高；反之在溫暖的年份，對燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰能力的要求變低。提升管網(wǎng)調(diào)峰能力一方面要能準(zhǔn)確預(yù)測燃?xì)怃N售負(fù)荷，另一方面基于預(yù)測工作要準(zhǔn)備好燃?xì)鈨Υ婧腿細(xì)夤?yīng)量的調(diào)節(jié)，從而平衡燃?xì)夤?yīng)和需求。

4 結(jié)論

(1)低壓儲氣柜可以用于儲存天然氣，但是因效率低，已被英國淘汰。

(2)高壓大直徑管道可用于高壓管道儲存，但因安全檢測費(fèi)用高昂，已逐步不用。

(3)LNG站和高壓次高壓管道沿線儲存是適應(yīng)上海特點(diǎn)的燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)峰儲存方式。

(4)英國天氣復(fù)合變量法(CWV)進(jìn)行燃?xì)忸A(yù)測，考慮溫度、季節(jié)、風(fēng)速等一系列天氣因素綜合，值得借鑒。

(5)調(diào)峰幅度的大小，主要取決于燃?xì)饩用裼脩粽既細(xì)饪傆脩舯戎氐亩嗌佟?/p>

(6)應(yīng)急調(diào)峰需求量，應(yīng)當(dāng)能應(yīng)對20年一遇寒冷冬季的日調(diào)峰考驗(yàn)。