摘要：闡述了城市天然氣利用規劃中應重點關注的問題，對氣源規劃、用氣量預測、管網壓力級制的選擇進行了分析。
關鍵詞：天然氣利用規劃；氣源選擇；壓力級制；用氣量預測；應急氣源
Research on Key Issues in Natural Gas Utilization Planning
WANG Yinping，ZHANG Xulong，LI Li
Abstract：The issues that should be paid special attention to in urban natural gas utilization planning are described.The gas source planning，gas consumption forecasting and selection of network pressure-tier system are analyzed.
Key words：natural gas utilization planning；selection of gas source；pressure-tier system；gas consumption forecasting；emergency gas source
天然氣作為一種高效、清潔的優質燃料已被世界廣泛采用，特別是其對環境保護所起的作用已越來越受到人們的重視[1～2]。隨著西氣東輸工程、廣東LNG工程、中海油海上天然氣工程的建成供氣，全國城市燃氣的氣源結構將發生很大變化，天然氣將取代人工煤氣和液化石油氣而成為城市的主導氣源。因此，各沿線城市正積極地開展城市天然氣利用規劃及可行性研究工作。各地區以優化能源結構、促進經濟和社會的可持續發展作為天然氣利用規劃的指導思想，積極地開展天然氣利用規劃工作。由于城市規模不斷擴大，城市總體規劃工作相對滯后，而城市天然氣利用規劃工作時間又相當緊迫，因此造成城市天然氣利用規劃中存在不少問題值得研究。提高氣源的安全性、準確地預測用氣量、合理地選擇壓力級制是確保天然氣利用規劃具有較強操作性的要求。本文對天然氣利用規劃中重點問題進行分析。
1 氣源
1.1 氣源的安全性
隨著我國經濟發展和人民生活水平的提高，能源需求也逐年增長。從可持續發展的角度考慮，清潔能源成為能源需求之首。西氣東輸工程的建成投產，為天然氣的利用提供了條件。隨著經濟發展，管道沿線地區天然氣的需求將不斷增長，同時，對天然氣供應的安全性要求也不斷提高。穩定、可靠供氣，規避天然氣供氣波動的風險是經濟發展的重要保證[3]。
① 安全供氣需要多氣源保障
為確保城市(區域)供氣的安全可靠，必須建立完善的天然氣供應體系，而多氣源供氣是該體系的重要組成部分[4]。歐洲成熟的天然氣市場至少有3種氣源，其中任何一種氣源供應量最多不超過50%，且所有的氣源可通過公用運輸設施相連接。
城市(區域)天然氣主干管網規劃要建立多氣源的供應體系和相互貫通的天然氣網絡。進口LNG作為第三氣源，不僅可解決日益增長的天然氣需求，必要時也可作為本地區事故情況下的應急氣源。對城市供氣而言，在管道供氣的同時，可以考慮引進LNG。城市具備了另一種運輸方式的天然氣氣源，可為安全可靠供氣提供更多的保障。如廣東中山地區城鎮天然氣氣源就是以中海油海上天然氣為主，珠海LNG和西氣東輸二期氣源為輔，并將市域天然氣高壓管網與佛山市天然氣高壓管網相連，形成了安全、可靠的多氣源供應格局。
② 足夠的調峰能力是安全供氣的必要保證
隨著大規模使用天然氣，城市供氣的調峰問題也必須解決[5]。為了解決調峰問題，除上游提供部分季、日調峰能力外，在不具備建設地下儲氣庫條件的地區，可利用LNG氣源調節靈活的特點建設LNG氣化站，作為解決天然氣調峰問題的有效手段。
一般來說，管輸天然氣的上游氣源解決下游用戶的季節調峰和直供用戶調峰比較現實。對于提高城市或地區供氣的日、時調峰能力，LNG氣源可以發揮其調節靈活的特點，起到相當大的作用。
③ LNG是沿海地區安全供氣的重要選擇
LNG可以作為一種清潔能源和管輸天然氣相競爭，對我國沿海和內地一些城市(地區)而言，LNG作為氣源之一參與供氣，形成互為補充的多氣源供氣格局，將大大提高城市天然氣供應的可靠性。LNG氣源供氣機動靈活的特點，將有效增強系統的調峰能力，增加天然氣儲備，提高城市供氣的安全陛和穩定性，對促進和保證國民經濟有效、平穩發展起到重要作用。如廣東省中山地區就把建立LNG站作為城市調峰和事故氣源之用。
1.2 過渡氣源
發展管道燃氣，過渡氣源可采取建設液化石油氣混空氣站、液化石油氣氣化站、LNG氣化站等幾種方式。在天然氣高壓管道到達之前，小城鎮可在近期采用CNG儲配站或LNG氣化站向中壓管網供氣，氣源由周邊加氣母站承擔。如廣東省中山市部分鎮區就是采用這種方式供應，滿足了鎮區的用氣需求，同時也提高了燃氣公司的經濟效益。
一些大型城市則可直接采用液化石油氣混空氣站的方式直接向城市管網供氣，其優點是供氣范圍較大，氣源互換性好，通過適當地調節混氣比可使LPG混空氣性質十分接近天然氣，與天然氣具有良好的互換性。
1.3 應急氣源[7～8]
為保證城市燃氣供應安全可靠，在城市管網或氣源出現事故時，特別是為了保證重點用戶的用氣需求，需設置應急氣源。一般可采用移動式LNG氣化站或液化石油氣混空氣站。
1.4 氣源互換性
城市氣源引進過程中首先要考慮燃氣的互換性問題[9～11]，即參照近期供應的氣源制定基準氣參數要求，遠期供應的氣源參數應滿足互換性要求[1]。其次，隨著用戶市場的規范化管理，對于供應用戶的燃氣熱值波動要求也將日趨嚴格，如英國煤氣公司在城市門站控制燃氣熱值波動在±2%范圍內。因此各地區在不同時期引進氣源過程中應注意上述問題并制定相應的技術要求。
如中山市未來存在多種天然氣氣源共存的問題，故在實現天然氣供氣的同時，應充分考慮它們之間的互換性。
經計算，珠海-中山天然氣、珠海LNG、大鵬LNG互換性判定指數如下：珠海-中山天然氣的華白數為50.787MJ/m3，燃燒勢為39；珠海LNG的華白數為53.228MJ/m3，燃燒勢為40；大鵬LNG的華白數為51.752MJ/m3，燃燒勢為42。根據GB/T 13611—2006《城鎮燃氣分類和基本特性》，珠海-中山天然氣、大鵬LNG、珠海LNG均屬于12T基準氣的可互換燃氣。
因此，城鎮天然氣建設經營者應統一管理引進本地區的不同氣源。從目前各氣源供應條件分析，對于海上天然氣、進口LNG，應考慮這幾種氣源在互換性上可能出現的偏差，建議在城市接氣點設置調整熱值的配氣裝置，從而滿足下游用戶市場中各類燃具的適應性。
2 壓力級制的選擇
城市常用燃氣管道壓力分級為中壓A(0.2MPa＜p≤0.4MPa)和中壓B(0.01MPa＜p≤0.2MPa)，兩種壓力級制均可應用于城市燃氣輸配管道中。在廣東省已完成天然氣利用規劃的城市中，關于中壓管道壓力級制也各有選擇，但均未對選擇該壓力級制的原因進行充分分析。
2.1 中壓A級管網
現狀中壓管網設計壓力為中壓A，則規劃管網應選擇中壓A，但應對現有管網按新規劃的用氣負荷重新進行校核計算。如管徑不能滿足規劃要求，則須對現狀管網進行更新改造，使現狀管網設計能力相應得到提高，一般來說能滿足規劃要求。
2.2 中壓B級管網
原有管網設計壓力為中壓B，而新規劃用氣負荷未明顯增加，且管道不能承受中壓A的試驗壓力的情況下，選擇中壓B較合適，但將來隨著負荷的增加，須逐步改造。目前選擇中壓B的優點是：今后用氣負荷增加了可提高壓力級制滿足供氣能力[12]，但前提條件是，管道必須以中壓A的試驗壓力進行試壓。
從發展來看，采用中壓A供氣可以充分利用天然氣長輸管道的壓力，提高城市管網的輸送能力，縮小管網的平均管徑，節省大量投資，比中壓B更具經濟性。如廣東省中山市城區燃氣管網就是按中壓A設計，經多年運行檢驗，安全可靠，經濟合理。但對于已經有一定管網基礎的城市，則須根據已有管網的改造利用和重新建設的技術經濟比較來決定。
3 用氣量預測
在天然氣利用規劃中，用氣量的預測是其中最主要的部分之一[13～14]，也是規劃的難點，用氣量的大小直接影響工程成本、售氣價格，是規劃及可行性研究的基礎數據。
3.1 居民用氣量
根據用氣量指標、居民人口數、氣化率、燃氣低熱值，可以計算出居民年用氣量，計算公式如下：
式中qa——居民用戶年用氣量，m3/a
q——人均用氣量指標，MJ/(人·a)
w——規劃人口數，人
η——氣化率
Q1——燃氣低熱值，MJ/m3
人口可分常駐人口及暫住人口，兩者的用氣量指標有所不同，一般暫住人口的用氣量指標按常駐人口用氣量指標的50%～70%進行測算，如廣東中山市按60%進行測算。用氣量指標應根據地區現狀及收集到的各類資料進行統計分析和對比分析，合理確定。
3.2 商業用氣量
① 現有商業用戶用燃料以液化石油氣、柴油及重油為主，該類用戶相對集中于城區及規劃的管道供氣范圍以內。因天然氣的定價較低，具有成本競爭力，天然氣到達后，估計該類用戶逐步轉換為天然氣。
② 公共建筑新增用氣市場。公共建筑設施及其用氣量逐年增長，設其增長與人口增長同步，在政府支持管道天然氣及禁止非潔凈燃料的前提下，管網覆蓋范圍內的新增用戶將選擇使用天然氣。
③ 隨著經濟發展，商業用燃料量逐年增長，設其近年增長與預期的國內生產總值增長相關，商業用戶的天然氣需求量之增長估計為一定的比例，該比例隨各地的經濟增長而異。
3.3 工業用戶用氣量
工業用氣需求以鍋爐、工藝等用氣為主。
① 現有工業用戶的燃料轉換
根據有關統計資料顯示的工業結構現狀和發展規劃，將有關燃料的耗量折算為天然氣的量。天然氣的定價比LPG及柴油有競爭力，因此假設遠期管網的覆蓋率為80%，考慮到部分不可替換或無經濟條件敷設管道的企業，可根據現有工業燃料用量，天然氣到達后開始轉換，逐年按一定比例進行轉換。如廣東中山市的工業企業工藝生產用氣量約為鍋爐用氣量的30%。
② 新增工業用氣量預測
隨著天然氣的到來，為打造現代化的城市，不會鼓勵煤及重油等非清潔能源為新增工業用能。因此，估計其中80%新增燃料用量會選擇用天然氣。工業新增燃氣市場隨著經濟發展，其用氣量逐年增長，設近年用氣量增長與預期的國內生產總值增長相關，工業用戶的天然氣需求量之增長估計為一定的比例，該比例隨各地的經濟增長而異。
3.4 車用壓縮天然氣用氣量[15]
根據地區總體規劃或交通體系專項規劃確定的公交車及出租車數量，按一定的比例確定汽車用氣量。有關站址的規劃應與本地區的加油站規劃相協調。
3.5 燃氣空調用氣量
燃氣空調的建筑對象主要考慮一些公共建筑設施，如體育場館、圖書館、博物館、車站、高級賓館、高級寫字樓等。
燃氣空調用氣量與制冷面積和綜合制冷指標有關。可按5%的公共建筑使用燃氣空調進行估算。據本地區總體規劃確定的公共建筑面積及燃氣空調用戶綜合制冷指標計算燃氣空調用氣量。例如中山市的燃氣空調用戶綜合制冷指標為0.712MJ/(m2·h)。
4 廠站用地的落實
天然氣規劃中廠站用地的規劃非常重要，用地的落實是規劃實施的必要條件，直接關系到管網結構及廠站布局的經濟合理性，應與規劃、國土等部門及業主協調，直接落實在用地控制性詳細規劃圖上，方可保證用地。
5 結論及建議
① 在天然氣利用規劃中應重點關注氣源的安全性，建立完善的多氣源供氣的天然氣供應體系。特別強調LNG將在城市調峰及應急氣源中占有重要的地位。
② 準確預測天然氣的供應規模可提高投資效益，保證天然氣事業的可持續發展。
③ 合理地選擇壓力級制，不僅可以確保安全供氣，降低工程造價，而且為管網的運行維護管理創造了有利條件。
④ 為確保天然氣利用規劃的順利實施，當地政府部門應制定相關的使用清潔能源政策，積極推動天然氣事業的發展。同時也應支持及協助特許經營單位營造市場運作環境，建立一個健康有序的生存和發展環境，保障特許經營單位的合法權益。
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(本文作者：王引平1 張旭龍2 李麗1 1.中山市規劃設計院 廣東中山 528403；2.中山港華燃氣有限公司 廣東中山 528400)
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