我国天然气调峰现状及应对策略

2023-10-23李孟锦万嗣泽焦文玲

煤气与热力 2023年8期

李孟锦, 万嗣泽, 焦文玲

(1.哈尔滨工业大学建筑学院,黑龙江哈尔滨150006;2.寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室,黑龙江哈尔滨150006)

1 概述

随着国家清洁供暖和“双碳”目标提出,天然气作为安全高效的优质清洁能源得以快速发展。由于我国天然气资源的空间分布不均及供需不对等,为保证天然气安全可靠供应,大力推进天然气储备能力建设,促进储气能力快速提升,是国家刻不容缓的首要任务。特别是城市天然气的季节调峰、应急调峰和战略调峰,关系到国家的能源安全和能源战略发展,具有十分重要的作用。

2 天然气调峰需求

城市天然气用气量受到不同因素的影响而表现出不同的规律性,从而产生不同的调峰需求。时调峰、日调峰普遍存在但量级较小,基本可凭借现有调峰手段移峰填谷。目前我国调峰挑战主要在以下3方面。

2.1 供暖季节调峰需求

在“双碳”目标下,天然气清洁低碳的特性加快推进了以气代煤、以气代油的进程[1]。供暖期北方地区存在大量的天然气供暖用户,且随着大型燃气电厂、燃气锅炉房、燃气供暖热水炉供暖等需求增多,冬季天然气用量迅猛增长。以北京市为例,供暖期用气量占年用气量的比例达76%左右[2];南方供暖用气需求没有北方强烈,但为了追求热舒适性而使用燃气供暖热水炉和燃气地面辐射供暖的比例也在稳步增长。供暖与季节调峰叠加,使调峰难度更大,且增加了调峰成本。

目前绿色清洁能源如风能、水能、生物质能等技术水平不成熟,无法安全稳定运行,且分布不均,经济性不足,无法与能源需求无缝对接,因此预计未来天然气在能源消费中占比会更高,所带来的调峰问题会日趋严重。

2.2 应急事故调峰需求

我国天然气消费量庞大,当因设备故障、管网损坏或其他因素导致无法正常供气时,造成的影响范围大,后果很严重。应急事故调峰可以在一定程度上减少下游用户损失,保证安全平稳度过事故期。

我国在应急事故调峰方面存在着较大的缺陷。我国当前只有应急事故调峰方面的一些指导意见,而缺少类似美国的15 U.S.C.717《天然气法》(Natural Gas Act of 1938)和15 U.S.C.60《天然气政策法》(Natural Gas Policy Act of 1978)[3]等切实的法律来监督天然气系统的建设和运行管理。目前我国仅有部分城市有相关调峰措施,且建设规模与国外相比仍差距明显。上海作为我国最大的经济中心城市,应急事故调峰能力国内领先。20世纪末期着手建设的五号沟LNG事故储备站,储存总量约5.4×104t液化天然气[4]。当发生应急事故时,上海市应急储备量大约可满足10 d用气需求;同时洋山LNG接收站也具有300×104t/a的接收能力。上述措施均为上海安全稳定供气提供必要保证。美国仅LNG储备量就可满足全国28 h应急所需,日本立法明确国家可承担30 d的应急储备,与美国、日本相比,我国应急储备仍有较大提升空间。

2.3 战略储备需求

近年来国际贸易争端频发,我国天然气稳定安全供应受到威胁。为了保障我国能源安全,维持供气稳定,我国对内实行天然气战略储备的能源战略[5-6],通过大量储备应对动荡局势下的能源紧缺。

国外对战略储备十分重视。截至2020年底,美国有388座地下储气库,战略储备占比约为年天然气消费量的12%。欧盟早在20世纪中期就要求将进口气量的10%作为储备气量[7]。目前欧盟已先后建成108座不同种类储气库,总工作气量达到785×108m3,相当于45 d的消费量,且还建有多座LNG接收站,来满足其余调峰需求。

我国当前储气库总调峰能力低于世界平均水平,未达到之前国家发改委所提天然气销售方应建设与销售量配套10%的调峰能力的要求。在2020年冬季用气高峰期,出现500×104m3以上的调峰缺口。为保障能源安全,国际燃气联盟认为,当国家对外部能源依存度超过30%时,储气库工作气量要占全年消费量的12%以上[8],但我国截至2021年底,已完成建设的储气库有效工作气量仅占当年天然气消费量的4.4%[9],和国家要求的目标10%以及国际平均水平12%～15%相去甚远。

3 存在问题分析

综上所述,目前我国天然气供应受季节因素影响,峰谷差距急速增加,供暖季节调峰在调峰总需求中占比较大;同时我国应急事故调峰能力严重不足,在战略储备方面,我国有效储备量低于国际平均水平。存在的问题主要有以下4方面。

3.1 相关法律法规及保障措施不完善

美国在储气库规划建设初期,同时进行了与之匹配的经济评价、能源利用、安全环保等方面法律法规体系的建设。15 U.S.C.717《天然气法》(Natural Gas Act of 1938)、15 U.S.C.60《天然气政策法》(Natural Gas Policy Act of 1978)等既激励了各类资本投入储气调峰设施建设,又防止行业垄断,促进了市场竞争。英国也出台了一系列法规和标准以维护现有储气设施的运行。例如针对储气运输系统安全性进行评估的BS EN 14161-2003《石油和天然气工业—管道输送系统》(Petroleum and natural gas industries - Pipeline transportation systems),用来预防因储气事故造成危害的理事会指令 96/82/EC《重大事故危害控制》(Control of Major Accident Hazards)。

与国外相比,我国关于天然气调峰储备方面的法律法规就相对匮乏,缺少针对天然气产业、天然气储备的专门立法。目前存在的一些涉及储气调峰的规定,多为各个部委颁布,内容分散未形成体系。且由于行政规章的立法层级较低,法律效力不足,其制定过程也缺少严格的程序规范,会造成调节力度不够、政策落实效果不佳等问题[10]。

国外在储气库建设方面采取不少激励措施保证投资方有足够的利润空间,我国则缺少类似的储气调峰激励制度,导致企业对于建设天然气储气设施的积极性不足,同样不利于国家天然气储备能力的提升。

3.2 峰谷差距持续拉大,季节调峰压力增加

近年来受到碳达峰、碳中和背景下煤改气政策及大气污染治理强制推动,加上部分地区的能耗总量和强度双控政策影响,全年天然气消费量保持较高水平同时仍有上升趋势,天然气的日消费峰谷差、月消费峰谷差更加明显。其中,气温对天然气消费量的影响居于首位。气温因素可控性低,不确定性大,突如其来的极寒天气可能给管网运行造成极大压力。目前虽然一些绿色新能源在一定程度上降低了含碳能源使用,但能源总量远远不足,完全无法满足我国庞大的能源需求,且应用技术尚在发展,仍不完善,受到外部限制因素较多[11],经济性、实用性、普适性都有待验证。因此未来一段时间内,对于燃气能源的依赖只会增加。用户基数持续增长、政策方面的推动、不可控影响因素及储气量的严重不足都加剧了调峰的压力。

3.3 管网架构不完善,安全风险高

近期国内外突发事件频发,而全国性天然气管网架构仍不完善,安全风险高。如果因自然灾害或人为破坏导致任何一条跨国或跨境长输管道供气中断,仅靠我国现有调峰储气设施远无法满足需求,会造成大范围、长时间的供气中断。过于依赖进口能源在国际局势不稳定的当下,严重威胁我国能源供给稳定安全。例如2022年发生的北溪管道被破坏事件[12],严重威胁到德国能源供应的稳定性。而近段时间俄美欧三方之间的博弈关系,也使欧洲等高度依赖天然气进口的地区能源供应受制,无法平稳维持生产生活。我国目前使用的LNG调峰方式也受到国际LNG市场供应能力限制,当国际形势对我国不利时,我国能源供给必将受到重重阻碍。

3.4 地质条件不利,空间分布不均

我国的地质结构复杂多变导致储气库建设、快速达容达产难度大。我国天然气消费市场可以按经济状况、人口发展等因素综合划分为8个地区,其中对储气库需求最强烈的地区为东北地区、长三角地区、环渤海地区,最低需求为63×108～82×108m3,但当地供气远无法满足需求。截至2021年底,我国建成地下储气库28座,主要分布在有油气田的中西、西北、西南等地区,形成工作气量261×108m3[13],而这些地区的天然气消费量仅占总消费量的28%,产气量却占市场需求的85%[14]。由此可以看出,我国储气库供需分离,且高端天然气消费区地质条件复杂、勘探程度低,选择建库目标难度大,造成储气库地域分布不均衡,增加了调峰难度。

4 应对策略及建议

4.1 完善配套法律体系,推出支持政策

从我国目前已有的法律法规来看,考虑天然气调峰特殊性的法律法规较为缺失,且分散交错,不成体系,无法对我国的调峰发展起到规范指导作用。参考国外在调峰方面的相关法律,可在如下方面作出补充优化。

① 应加强在调峰建设以及运营过程中的监管,建立专门的监管体系部门,将行业管理权力集中,能够行使国家层面的监管义务,来维持调峰建设与运营的市场化,防止垄断发生。同时制定一系列法律效力较强且更稳定具有针对性的法律法规来对整个调峰系统进行限制,使调峰建设有法可依。

② 国家可推出对天然气储备的支持政策。包括调峰储备设施建设的财政支持、优惠贷款和税收减免政策,促进企业积极参与,拓宽思路,吸引更多投资。目前我国在这方面只有指导性的建议,而没有落实到实际行动上,缺少实际的补偿标准以及具体可行的方案。

4.2 强化燃气用户侧管理

① 错峰管理及开拓可中断供气用户

发展可中断供气用户可以起到抑制峰谷差拉大的作用,在一定程度上能缓解冬季由于供暖造成的天然气需求高峰。将用户按照使用类型、需求程度分类后,按比例分阶段地缩减或直接停止向可中断用户供气。例如,天然气化肥、天然气炭黑等工业用气可在冬季调峰开始就中断供气[15]。双燃料汽车也可分地区分批次改为停气用油。

同时也可通过错峰管理合理安排用户投产计划。近年来较多新增用户天然气消费量主要集中在秋冬季,导致进入供暖期后,用气负荷快速提升,增加了管网运行及调峰的压力。因此在新用户开发过程中,可多引导用户在淡季投运,让供气方有充足的时间做好生产计划安排,协调资源引入[16]。

② 发展区域调峰模式

不同地区应充分发挥各区内现有资源优势,辅助优化调峰模式。在保障区域冬季供气安全的同时,尽量减少对其他区域的影响。

a.靠近气田地区

冬季调峰要充分发挥气田和管网的调峰能力,减轻对其他地区调峰资源的影响。

b.远离产气地区

远离产气地区的内地大中型城市可考虑建设适当规模的LNG调峰站,以满足短期调峰需求。

c.沿海大中型城市

具有建设沿海LNG接收站条件的大中型城市,供气应以长输管道天然气和LNG为主,合理优化两者的供气比例及供应时段。

4.3 促进调峰储气设施建设及储气技术优化

① LNG调峰

我国目前投入使用的LNG接收站中,相比LNG储罐容量,气化与外输设施存在较大富余量,因此可在我国沿海大型LNG接收站内适当增设LNG储罐,合理发挥现有设施气化能力,在需求高峰的时候投入额外气量缓解调峰压力。对内陆城市天然气调峰的LNG罐箱运输路径也可进行优化[17],使运输方案既能满足调峰需求又能降低经营成本,实现厂站的高效运转。

我国国土面积较大,LNG调峰存在一定时滞性,所以可以投入使用一定比例的浮式LNG储存气化船,用于沿海地区调动,及时快速补充应急调峰用气。大型LNG接收站也可增加LNG气化船天然气登陆接口设施。

② 调峰电厂

对现有储气库调节力度不足、分布不均的问题,可以发展调峰电厂,达到抑制用气量季节波动效果。调峰电厂选址相比储气库选址更加宽松,可在一定程度上缓解因储气库分布不均造成的供需分离问题,且燃气机启动迅速、运行灵活,属于可中断供气燃气用户,对保障电网安全平稳运行起着不可忽视的作用。美国多采用燃气调峰电厂,用气比例超过38%[18],该技术可有效降低峰谷差距,使用气峰谷差从2.3倍压减至1.7倍。在我国当前储气库调峰能力有限的境况下,采用调峰电厂,对上游稳定产气、中游管网运营、下游用户平稳供气均能起到促进作用。同时可以提高可再生能源发电利用水平,减少能源浪费,利于多种能源互补。

③ 储气库

对我国地下储气库建设发展缓慢问题,可从现存储气库入手,发挥已投入使用的储气库的调峰能力。我国目前在对枯竭油气藏储气库、盐穴储气库及含水层储气库的优化方面已取得一些成绩。但地下储气库的建设条件苛刻,对建库选址、地层结构以及地质参数都有较高要求,我国在储层改造工艺、储气库稳定分析及地面工程设计等方面仍有较大提升空间。

4.4 推进天然气输送管网建设

我国目前燃气管网不完善,存在安全风险,对于此问题可采取对应措施提升天然气管道建设和运营能力。如加快实施天然气输配管网建设投资多元化,调动社会资本参与国家基础管道投资的积极性;促进油气管网的第三方准入,加快油气管网设施公平开放,有效匹配天然气供需,提高天然气管网设施的利用效率;进一步提高天然气管道建设能力,扩大管道覆盖范围。鼓励具有相关资质的建设单位进入天然气管道建设市场,推进天然气管网、LNG接收站等基础设施互联互通。