天然气调峰与地下气库

天然气调峰与地下气库1.城市燃气的调峰要求•在天然气不同类型的用户中（城市、发电、工业、化工等），以城市燃气的供气不均匀最为显著。•城市在一年中不同的月份，每月中的不同日期以及每日中不同小时中的燃气供气量并不是均衡不变，而有较大变化。•为满足供气平衡，解决随月、随日、随时的变化，必需要有足够的调峰措施。•气源为人工煤气、液化气时：–气源、输配管网以及用户都由各城市独立管辖，统一调度。–城市不均匀的稳定供气，则由城市自身的调峰来解决。•各城市建设一定数量的调度气源•建有足够容量的储罐来解决调峰问题•各自为政，自成体系。•气源为天然气时：–系统由上游（气井），中游（长输管道）及下游（用户）有机组成。–它们分属不同公司，由不同部门管辖。–天然气的调峰，需要整个供气系统统一研究，协调解决。•国外天然气供气经验：–调节季节和月份的不均匀性：•建设地下储气库–平衡日、时的供气不均匀：•高压输气管网中的末端储气•地下储气库：•满足季节调峰。•当距离城市较近时，还可以用作短期调峰，平衡小时不均匀性。•结论保证不间断安全供气的有效措施：–建立足够的地下储气库容量–发挥高压长输管道的储气能力•《城镇燃气设计规范》2002年局部修订条文中5.1.3A及5.1.4条规定，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。–平衡小时的用气不均匀所需调度气量宜由供气方介决，不足时由城镇燃气输配系统解决。•由天然气供气的上中游为主来解决下游所需的供气调峰的优势：–从整个供气系统来讲，是经济、合理的。–可以避免城市各自相应建立各种调峰应对措施，既费时又不经济。城市为解决调峰问题，目前常采用的措施有：•（1）设置城市机动备用气源考虑到与天然气的互换性，适合的气源装置有：•液化石油气混空气•轻油制气设施•重油制气设施等缺点：装置复杂费用昂贵•（2）天然气液态储气在常压下，当天然气温度降至-161℃时，液化并储存于贮罐中。1米3液化天然气气化后可生成600米3的天然气。•上海建成的液化天然气事故储存站–储存液化天然气2万米3，–可形成1200万米3天然气事故供气规模，–保证上海浦东地区10～12天的用量–投资4.8亿元•缺点：–建设费高–运行费用也较大，折合每米3天然气大约需要3元多钱，–一般城市是无法采用的。•（3）充分利用缓冲用户，削减城市的峰谷差–发展工业用户，提高工业用气量的比例。–大力推广在夏季城市低峰时使用溴化锂直燃机空调装置。–实行低谷价的经济杠杆办法来减弱峰值，调节用气量。•（4）高压储罐–利用天然气进出高压储罐的压差进行储气特点：最大设计压力为1.57MPa球罐罐容常在1000～10000米3之间高压球罐储气技术在国内外均已成熟•（5）管道储气–管道储气实质上是一种高压管式储气罐。特点：它可以充分利用较高的天然气来气压力和城市外环管网的压力，既作输气又作储气。管道储气能承受比球罐更高的压力，有利于增加其储气能力。•从上述几种城市调峰措施来看，都需要花费较多的投资，有的还要占用城市的土地。•比较一下地下储气和其它储气方式的投资费用地下储气和其它储气方式的投资费用储气方式投资费用（元/米3工作气或储气量）地下储气枯竭油气田0.4～2.1含水层储气库2.5～4.2盐穴储气3.3～5.8液化天然气（LNG）储存40～50高压球罐储气400～500高压管网储气300～400•结论：–显然，在城市内通过建设球罐或高压管网等方案来调峰，比地下储气要耗费更多的建设资金。–因此应该在高压输气干管的附近（小于200公里），建有足够容量的地下气库，争取在城市内不建调峰设施是上下游投资和操作最优化地解决调峰问题的合理方案。–为了使上中游建设足够的地下储气库，并通过下游的用气要求合理编制天然气的产量和供气计划的措施来保证用户用气，下游用户必须提供一年之中的月、日、小时的用气量，这样的资料或曲线完全可以通过不同用户实际资料的积累，通过迭加、整理而得到。–地下储气库按照下游提供的资料和曲线，预先编制气库运行计划，以满足城市的所有调峰要求。21地下储气库是将从天然气田采出的天然气重新注如入地下可以保存气体的空间而形成的一种人工气田或气藏。天然气具有热值高、环境污染小和经济效益高等方面的优点，但由于天然气生产和消费的特殊性，在天然气的供应和消费之间存在着可靠、安全、平衡和连续供气与消费需求量在时间上不均衡的固有矛盾储气库作为一种安全供气、调峰的手段和方法，目前被世界各国开发利用天然气时所广泛采用，它可以很好的解决供气的不稳定性与安全平稳供气要求之间的矛盾。一、地下储气库22天然气地下储气库的出现基于两个事实：一是天然气工业有较大的发展；二是天然气的用户有较大的增加。目前为止，天然气地下储气库的发展已将近一个世纪，并已逐渐形成一门独立的学科。一、地下储气库23地下储气库的作用主要有：1）安全供气。供气系统的维护与维修及管线不可抗力的毁损在所难免，充沛的气源可保证安全应急供气；2）平稳供气。满足年调峰、季节调峰、日调峰的波动需求；3）对大型长输管道的补充；4）战略储备；5）进行商业运作，可获得良好的经济效益。一、地下储气库241915：加拿大首次在安大略省WELLAND气田实验储气1916：美国在纽约BUFFALO附近的ZOAR的枯竭气田利用气层储气1954：美国在CALG的纽约城气田首次利用油田储气1958：美国在肯塔基首次利用含水层储气1959：前苏联建成第一个盐层地下储气库1961：在美国首次利用盐穴储气1963：在美国克罗拉多DENVER附近首次利用废矿储气目前：各种类型储气库均针对性的使用1发展历程2.国外地下储气库建设情况•目前全世界已建设地下储气库共554座•分布在美国、加拿大、法国、德国、意大利及独联体等国•储存能力达到5020亿米3•工作气量达到2434亿米3，相当于全世界年耗气量的11%，或民用和商业用气量的44%。•美国地下储气库的工作气量相当于年耗气量的20%左右，相当于民用和商业用气量的1/2。•独联体地下储气库有效工作气为年消费量的10%。•加拿大的工作气量占年消费量11%。•西欧地下气库储量相当于45天的耗气量。•法国则储存了相当于110天的耗气量。•由于上述这些国家建有充分的地下气库的容量，加上发达的管网输配系统和多气源点的供气，他们的供气调峰自然都不成问题。•结论：建造地下气库是天然气技术发展的必由之路。虽然建设地下气库需要很多资金，但如将其与高压输气管网统一考虑，与不建地下储气库方案比较，可使输气管道和压气站的投资节省20～30%，使输气成本降低15%～20%。如果把上中下游作为整体来考虑，则通过建立地下储气库与由城市建高压球罐等方案相比较，经济和社会效益更加可观。地下储气库的类型•枯竭油气田型地下储气库–在枯竭的气层或油层中建立地下储气库是世界上最常用，最经济的地下储气形式。–造价最低、运行可靠，是地下储气库的首选。–目前全世界共有枯竭油气田型地下储气库425座，占地下储气库总数的76.7%。30（1）废弃油气藏：利用原有的已经枯竭的油田或气田改建，是最容易建库的一种类型。泥岩盖层砂岩储层油气层•含水层储气库–含水层储气库是仅次于枯竭油气田的另一种大型地下储气库型式。–目前全世界这种类型的储气库共有82座，占地下储气库总数的14.8%。–在含水层中建库的方法是，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。32（2）含水层构造：利用地下密闭的含水层构造通过注气驱水形成人造气藏。泥岩盖层砂岩储层水层2基本类型•盐穴储气库–盐穴储气是在地下盐层中通过水溶解盐，形成的空穴来储存天然气。–从规模上看，盐穴储气库的容积远小于枯竭油气田型和含水层型储气库，单位有效容积的投资费用大，成本也高，卤水销路也有问题，而且溶盐建库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。34（3）盐穴地下储气库：在地下盐层或盐丘中利用水溶开采方式形成地下洞穴并储存油气。（4）矿坑及岩洞地下储气库：利用废弃的采矿洞穴改建的地下储气库或在山体中开凿的岩洞建设的地下储气库。2基本类型–目前世界上有盐穴储气库共44座，占地下储气库总数的7.9%。–西气东输金坛储气库，即为盐穴型地下输气库。36类型储存介质储存方法工作原理优越性缺点用途枯竭油气藏原始饱和油气水的孔隙性渗透地层由注入气体把原始液体加压并驱动气体压缩膨胀及液体的可压缩性结合流动特点注入采出储气量大，可利用油气田原有设施地面处理要求高，垫气量大，部分垫气无法回收季节调峰与战略储备含水层原始饱和水的孔隙性渗透地层由注入气体把原始液体加压并驱动气体压缩膨胀及液体的可压缩性结合流动特点注入采出储气量大勘探风险大，垫气不能完全回收同上盐穴利用水溶形成的洞穴气体压缩挤出卤水气体压缩与膨胀工作气量比例高，可完全回收垫气卤水排放处理困难，有可能出现漏气日、周、季节调峰废矿采矿后形成的洞穴充水后用气体压缩挤出水气体压缩与膨胀同上易发生漏气现象，容量小同上不同类型储气库技术对比371国外地下储气库现状欧洲天然气月度产量变化曲线381国外地下储气库现状目前全球范围内地下储气库已经成为调峰和应急的主要方式，储气库工作气量占总消费量比例平均为15%左右，美国16%，俄罗斯22%。中石油应急调峰能力非常薄弱，2008年底储气库工作气量约17亿方，不到总商品气量的3%。22%16%15%28%33%26%0%5%10%15%20%25%30%35%40%俄罗斯美国德国法国奥地利意大利39由于地下储气库在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用,因而地下储气库的建设受到许多国家的重视,天然气生产和消费大国都把地下储气库的建设作为整个天然气上下游一体化利用的一个重要组成部分进行总体规划。欧美国家都在不断加大储气库的建设力度,增大储气量,除了常规的调峰应急外,已经开始研究建立天然气的战略储备。美国已经就长输管网地下储气库建立相关的法律加以约束,欧洲国家也有立法的趋势。1国外地下储气库现状40目前在全世界范围内已建的储气库主要以枯竭油气藏和含水层建库为主，而利用盐穴、废弃矿坑建库因条件限制数量较少。目前，世界上共建有地下储气库约634座，总工作气量约3400亿方，共有气库采气井23000口。世界用气量约23000亿方，其中约15%由地下储气库进行调节。1国外地下储气库现状41截止2002年42水层7411.67%盐穴619.62%油气藏49477.92%废矿坑40.63%岩洞10.16%各种类型地下储气库数量及所占比例43•过去的30年是地下储气库迅速发展的30年•欧洲和中亚的储气库带动世界储气库工业的发展44储气方式投资费用（元/米3储气量）地下储气枯竭油气田0.4～2.1含水层储气库2.5～4.2盐穴储气3.3～5.8液化天然气（LNG）储存40～50高压球罐储气400～500高压管网储气300～400不同储气方式投资对比表与其它各种储气调峰方式的建设投资比较，利用地下储气库储气最为经济，其中又以建设枯竭油气藏地下储气库建设投资最低。452国内地下储气库研究现状在近几年天然气快速发展的基础上，随着进口气量的迅速增长，中石油天然气即将进入跨越式发展的新阶段，与此同时也将面临更大范围、更大规模的调峰和应急问题。2010年国外气引进后，储气库调峰将成为重要的供气安全保证手段。因此，有必要进行统筹规划，加快储气库的筛选和建设，确保安全平稳供气。46峰谷差：2006年2500万方/日、2007年2800万方/日、2008年2700万方/日，峰谷差基本都在1.2倍以上500070009000110001300015000170001900021000123456789101112月度月日均产量（万方）2006年2007年2008年2006年~2008年中石油天然气产量运行曲线中石油产量波动状况2国内地下储气库研究现状47（1）已建储气库1975年大庆喇嘛甸油田北块萨1组气层建成地下储气库，设计日注采气10万