华南理工大学化学与化工学院
江世杰
【摘要】随着社会经济不断的增长，科学技术不断的提高，城市居民的生活用气量也不断增大，虽然说城市天然气管网的建设在我国的主要城市内已经达到了相当高的标准，但是用气量随时间变化仍然会出现大幅的波动使得用气量不稳并可能造成短暂停气现象。而从现代化经济技术的手段上来说，选择经济合理的调峰方式是非常必要的，即可以使得停气现象远离我们的生活，更可以稳定波动保持用气的稳定。
【关键词】LNG 高压储罐管道储气地下储气天然气发电调峰ANG NGH 【正文】
在现今的我国，天然气事业的水平正在稳步发展，随着城市居民的需求提高，天然气事业也需要加快自己的发展脚步从而跟上社会的发展。新世纪以来，我们的城市输气管道系统逐渐的从单一的条路转变成了网状发展，以前一整个大区共用一条管道的现象可以说是一去不复返了。但我们的管道线路系统虽然有了飞跃性的发展，但我们仍然不能100％的满足市民的供气要求，可以说在发展中仍然面对很多继续 解决的问题。因此，我们为了在任何情况下都能够不断的满足所有用户所需求的，为了更加有效的减小消费量和供气量之间产生不均衡的矛盾，更加有效的确保供气的安全可靠、连续稳定，就相应的要求我们加强对调峰设施建的高度重视。
城市一年中不同的月份，每月中不同的日期、每日中不同的小时的供气量都有较大变化。为满足供气平衡，适应不同时间段用气量的变化，就必须进行调峰。过去各城市都有一定数量的调度气源和容量足够的储罐解决调峰问题，自成体系。而天然气的供气则是由上游(气井)、中游(长输管道)及下游(用户)组成的，由于它们分属不同公司，由不同部门管辖，所以天然气的调峰需要整个供气系统统一研究并协调解决。
根据国外天然气供气的经验，季节和月份的不均匀性通常是通过建设地下储气库来解决，平衡日、时的用气不均匀性则通过高压输气管网的末端储气来解决。地下储气库除在满足季节和月份调峰的同时，当距离城市较近时，也可以用作调峰来平衡日和小时不均匀性。建立容量足够的地下储气库并发挥高压长输管道的储气能力，是保证不问断安全供气的有效措施。
《城镇燃气设计规范》(2002年版)中5．1．3A及5．1．4条规定如下：“采用天然气做气源时，平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性，应由气源方(即供气方)统筹调度解决。采用天然气做气源时，平
衡小时的用气不均匀所需调度气量宜由供气方解决，不足时由城镇
燃气输配系统解决。”由天然气上中游为主来解决下游所需的供气调峰，从整个供气系统来讲，是经济、合理的，这样可以避免城市各自相应建设各种调峰设施，既费时又不经济。
二、国外天然气供气调峰方式简析
2．1国外常采用的供气调峰方法
世界的天然气在利用供气调峰时，通常情况也是采用供气调峰和用气管理两种方式的相互结合，这样的方式使得其可以以一个整体作为概念来调控气量以及供气之间的关系，从而使的调峰更加合理。由于资源供给、市场需求、管网建设、地质构造及国家政策导向等因素的差异，各国采取的调峰方法不完全一致，但总的来说他们的观念是相同的，就是注重效率，通过整体来结合实际，从而达到调峰的合理化。
2．2以管网供气为主的国家的调峰方式课课练
国家通过丰富的资源以及合理的管道网路构成了先进的可持续发展调峰方式，不仅有消耗，更有储备，使得其可以为国家的发展以及公民的生活提供持续而足够的保障。
2．3以进口LNG为主的国家的调峰方式
相对于那些天然气相对匮乏的地区，天然气的资源主要是来自海上的LNG进口的国家，这些国家本身不具备输气管网，只是拥有局部的管道，这些管道连接到海上的LNG接收端才能最终到达附近的局域性用户和电厂，因此，供气管网几乎没有不能够解决的供气调峰问题出现。另一方面，有些国家相对的缺乏地下储气库的地质构造，这些国家通常情况都是采用建设LNG储罐来增加自身在短期之内或者是现货LNG之间的贸易。
综上所述可以看出，不管国家所在区位的天然气系统是否发达，他们都是以天然气利用效率为第一生产力的，这也就使的他们从观念上就是以开发生产效率为己任的，从而使得资源的利用率提高，尤其是天然气资源发达的地区，他们不仅在资源上占据优势，而且在资源开发商业有着非常大的优势，使得他们既能使用天然气，更能储备资源以备不时之需。而像日韩这些资源相对贫瘠要靠进口资源的国家，他们在储存和现货贸易上打开突破口的方式同样也是可行的，既符合国情也能达到相应目的。
三、我国特的燃气调峰之路
虽然我国天然气发展起步较晚，但近年来，中国天然气储量持续增长。因为我国幅员辽阔，藏气量丰富，日后的城镇燃气必定是以天然气为主导燃气，天然气替代汽油柴油作为车船用燃料也是个潮流。鉴于欧美国家的燃气起步较早，技术相对成熟，我国在借鉴国外经验的同时，也要综合考虑我国实际国情，特别是我国人口密度大且东西地区人口差异的不均衡性，造成西部资源过剩的情况，这就更加需要出符合我国国情的调峰方式。
目前的调峰方式主要有以下几种：
①改变气源的生产能力和设置机动气源
a、考虑到与天然气的互换性，选用LPG混空气或轻油及重油制气设施。不过其装置复杂，费用昂贵，1m3／d的造价约500～1 000元。
b、高压气化炉（鲁奇气炉）可以生产燃气，并联产甲醇，成为机动气源；当夏季用气量小时，生产甲醇并储存起来，用气高峰时，把甲醇分解为CO和H2加入城市燃气中。
②利用缓冲用户和发挥调度作用
缓冲用户指大型的工业企业用户。发挥调度作用就是计划调配用气，掌握工业企业的实际用气和计划用气，掌握居民生活和公共建筑的用气量和用气工况，制定调度计划，通过调度计划调整供气量。
可以发展工业用户，提高工业用气量。夏季是天然气、燃气使用的低谷，却是电力负荷的高峰期，燃气空调可降低电网夏季高峰负荷，填补天然气、燃气的低谷，实现资源的充分和均衡利用。因此大力推广在夏季城市燃气低峰时使用直燃机空调装置，利用低谷价的经济杠杆方法来减弱峰值，调节用气量。
③液化天然气调峰LNG
在当代以天然气工业为燃料革命的时代，液化天然气以其与生俱来的特性和优点，使LNG得工业应用得到了广泛的发展，越来越多的国家选择LNG来调整能源结构。LNG也成为天然气存储和调峰理想的主要方式。如上海LNG储配站可储存液态LNG 2×104m3，保证浦东地区l0～12 d的供气量，投资4．8×108元。除造价较高外，运行费也较高。
LNG作为调峰方式和传统的调峰方式如地下储气库、压缩储存相比，LNG储存效率高，储运手段比气态天然气更灵活，具有较高的机动性。不论是平衡城市管网供气的高峰负荷还是事故状态下的调峰，都游刃有余，用作城市管道燃气的调峰最为经济而且安全合理。随着管道燃气事业的发展，城市调峰气源需要量将会越来越大。以及大中城市的卫星城镇发展由于远离气源，建设输气管线非常不便且不经济。LNG运输灵活高效，单位储存量大，使用时间长，且小区气化工艺流程简单安全，建设投资省、见效快、方式灵活，价格平稳，是最适宜的卫星城镇的供气方式，在发达国家已经广泛应用。
液化天然气调峰的特殊好处是可不受地理条件的限制，尽可能地靠近用户。在接到紧急通知时，可立即气化送入输配气管网以供急用。目前液化调峰站单个规模较小。虽然LNG 调峰方便且量大，但总投资也大而且受LNG购买价格的影响敏感性高，经济性不高。近年来，随着天然气液化技术的不断成熟及装置成本的降低，LNG以其较压缩天然气无可比拟的优点而越来越受青睐。如今LNG已成为理想的过渡气源和理想的应急气源以及是理想的调峰手段。相信日后LNG的综合利用如冷能、压力能的利用可以为LNG提供更多的用武之地。
④高压储罐
用各种罐储气，有低压干式罐、低压湿式罐、高压罐。例如高压球罐储气技术在国内外均已成熟，球罐容积为1 000～10 000m3。特点：只能用来平衡日不均匀用气和小时不均匀用气。与其它储气方式比，金属耗量和投资都较大
⑤管道储气
高压燃气管束储气：将一组钢管埋于地下对管内燃气加压进行储气。管道储气实际上是一种高压管式储气罐，既可输气又可储气。管道储气能承受比球罐更高的压力，提高了储气
能力。
长输管线末端储气，对管内燃气加压。长输管线的通过能力是定的，城市管网负荷是变化的。夜间用气低峰，用来储气。白天用气高峰，向外供气。
这种方式在燃气管网发达的大中城市地区是经济适用的，日后随着天然气的普及和发展，实现区域一张网乃至全国一张网之时，管道储气调峰就有其明显的优势。
⑥地下储气库
光电吊舱a．地下储气的优势
除管道储气外的上述几种城市燃气调峰措施的造价都比较高，有的还要占用城市土地。地下储气与上述调峰措施相比，有明显的优势(见表1)。
表1 地下储气和其他储气方式造价的比较
在高压输气干管的附近(半径小于200 km)，建设有足够容量的地下储气库，是解决城市燃气调峰问题的合理方案。
⑦天然气发电调峰
目前虽然国内天然气在发电和调峰方面都不是占有相当的比重，尽管目前天然气发电还存在许多困难和问题，但随着我国国民经济的发展, 人民生活质量的提高，环保意识的加强, 对天然气等清洁能源发电的要求会越来越强烈。随着电力体制的改革, 电力部门对清洁环保和具有良好调峰性能的天然气发电也会越来越青睐。同时, 随着天然气开发和引进规模的扩大、用气量的增加, 天然气开发和管输成本将大大下降, 而今后如果天然气行业打破垄断, 形成竞争局面也会有利于气价的下降。加上国家可能会出台鼓励天然气开发利用包括天然气发电的政策，相信用天然气发电调峰会得到进一步的发展。
天然气发电调峰的优势及适宜工况:
天然气电站效率比常规火电高, 在ISO工况下，已经大规模投入商业运行的型机组组成的联合循环机组效率可达到57﹪左右, 即将投入商业运行阶段的型机组效率可达到60﹪左右。天然气电站运行灵活, 起停时间短, 单循环方式运行从起动至带满负荷仅需10分钟左右, 联合循环需40-50分钟。天然气电厂具有良好的调节性能, 可在25﹪至100﹪的出力范围内运行。目前国内拟建天然气电厂除热电联供外, 基本是起停调峰运行, 负荷调节范围达到0
一100﹪。
从一次能源利用效率及技术角度, 特别是电网运行角度来说, 天然气电站具有比其它常规大中型电站更多的优越性, 可以运行在基荷、腰荷以及峰荷等任何位置。阿拓莫兰
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但是, 由于众多因素影响, 我国的天然气电厂比较适宜带中间负荷运行。而不适宜带基荷运行以及不适宜带尖峰负荷。
天然气电厂带中间负荷运行, 其经济性和竞争性好于带基荷和尖峰运行, 同时, 天然气电厂还可以承担电网的部分调峰任务。联合循环机组热效率对负荷变化比较敏感, 对
单台机组来说, 负荷由下降至100﹪一80﹪左右, 机组热效率下降并不明显, 但突破这个临界区域后, 机组热效率下降迅速。因此, 联合循环机组比较合理的运行方式是低谷时停机, 腰荷时根据电网需要带80﹪一100﹪的负荷, 高峰时带满负荷。
天然气电厂带中间负荷运行, 由于其用气规模较大, 可以缓解天然气供应系统的用气调峰压力，有利于启动下游用气市场, 对天然气开发和利用起支撑作用。因此从天然气电厂经济性和天然气供应系统本身运行可行性的角度考虑, 天然气电厂适合于带中间负荷, 并参与调峰。
目前天然气调峰发电主要面临着以下三个方面的困难
⑴天然气价格过高导致天然气电厂缺乏市场竞争力
如传统火力、水力发电相比，按同等发电量计算，偏高的天然价格与煤炭比价，造成我国的天然气发电的经济性较差，在目前我国的国情下，天然气不能大规模集中发电而只能调峰。
⑵天然气购售“照付不议”合同与发电厂竞价上网存在严重冲突西瓜很忙
⑶天然气发电项目外部条件不明, 要求进度快, 可能给今后工作带来隐患
⑧新型吸附剂用于天然气调峰和储存ANG
中年同志照片吸附储存天然气(ANG)技术是在储罐中装入高比表面的天然气专用吸附剂，利用其巨大的内表面积和丰富的微孔结构，在常温、中压下将天然气吸附储存的技术。当储罐的压力低于外界压力时，气体被吸附在吸附剂固体微孔的表面，借以储存；当外界的压力低于储罐的压力时，气体从吸附剂固体表面脱附而出供应外界。其技术关键是开发甲烷吸附量高的天然气专用吸附剂和吸附储罐的设计。
在储存容器中加入吸附剂后，虽然吸附剂本身要占据部分储存空间，但因吸附相的天然气密度高，总体效果是将显著提高天然气的体积能量密度。ANG的主要特点在于较低压下3.5～5MPa(仅为CNG的1/4～1/5)即可获得接近于高压20MPa下CNG的储存能量密度。由于储气压力低，在储气设备的容重比、型式、储气系统的成本等方面较CNG有较大优势。且储罐形状和材质选择余地大，具有质轻低压，使用方便和安全可靠等优点。
表2 目前三种天然气储运技术比较
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