基于瞬態(tài)調(diào)峰水力仿真的廣東地區(qū)天然氣管網(wǎng)優(yōu)化方案

基于瞬態(tài)調(diào)峰水力仿真的廣東地區(qū)天然氣管網(wǎng)優(yōu)化方案

為了緩解北方冬季持續(xù)稀缺天然氣的供應(yīng)問(wèn)題，中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)海油”）通過(guò)與中國(guó)東部部分天然氣的比較，以及廣東省天然氣管道（以下簡(jiǎn)稱廣東管道）與中國(guó)西部天然氣東輸線之間的互聯(lián)互通，將中國(guó)海氣和液化天然氣輸送線路的天然氣反向轉(zhuǎn)移至西氣東輸線，以保護(hù)中國(guó)北方冬季天然氣的供應(yīng)。這是中國(guó)首次由省級(jí)管網(wǎng)向國(guó)家主干管網(wǎng)反向供應(yīng)天然氣，也是首次“南氣北送”。在緩解北方用氣緊張、增加天然氣有效供應(yīng)過(guò)程中，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通發(fā)揮了至關(guān)重要的作用已有的研究主要針對(duì)西氣東輸管道到省級(jí)管網(wǎng)供氣的工藝過(guò)程1天然氣基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀1.1海氣和lng接收站中國(guó)海油供應(yīng)廣東省的天然氣資源主要來(lái)自海氣和LNG接收站。其中，海氣由位于南海海域的兩個(gè)海氣終端共同承擔(dān)完成，每日均勻供氣，日供氣能力接近2000×101.2粵港澳地區(qū)天然氣管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀廣東省天然氣管網(wǎng)發(fā)展較晚，現(xiàn)已建成運(yùn)營(yíng)的管道包括大鵬LNG外輸管道、珠海LNG外輸管道、西氣東輸二線廣東段等國(guó)家基干管道、省級(jí)管網(wǎng)一期工程及二期工程等省級(jí)主干管網(wǎng)，不僅覆蓋珠三角地區(qū)，還與港澳地區(qū)相連。目前，廣東省天然氣管網(wǎng)初步形成了接通海氣終端、進(jìn)口LNG、陸上管輸氣3大氣源的環(huán)形管網(wǎng)，總長(zhǎng)度約2350km。其中，國(guó)家級(jí)天然氣管道1550km，占省內(nèi)投產(chǎn)總管道長(zhǎng)度的66%；省級(jí)天然氣管道800km，占省內(nèi)投產(chǎn)總管道長(zhǎng)度的34%。1.3峰用氣波動(dòng)廣東省天然氣消費(fèi)主要包括燃?xì)獍l(fā)電、城市燃?xì)饧肮I(yè)3大領(lǐng)域，其中燃?xì)獍l(fā)電用氣占比最大，且調(diào)峰負(fù)荷高，高峰用氣集中于每日的9:00—20:00時(shí)段，呈晝夜用氣波動(dòng)大的特點(diǎn)；城市燃?xì)庥脩舴仙钣脷庖?guī)律，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)變化；工業(yè)用戶為均勻穩(wěn)定用氣。由于廣東省天然氣消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在廣東沿海區(qū)域，距離氣源相對(duì)較遠(yuǎn)，用戶分布相對(duì)集中，因此，進(jìn)一步限制了管網(wǎng)的日調(diào)峰能力。2017年廣東省天然氣消費(fèi)量為197×102研究對(duì)象及方法以2018—2019年供暖季參與保供的中國(guó)海油下轄廣東地區(qū)天然氣管網(wǎng)（圖1）為研究對(duì)象，其主要包括大鵬管網(wǎng)、廣東管道、廣東省級(jí)管網(wǎng)及珠海LNG外輸管道，共有分輸站22座，管網(wǎng)總長(zhǎng)約1300km，管徑涵蓋610～910mm等級(jí)范圍。該管網(wǎng)可通過(guò)廣東管網(wǎng)的AT分輸站向西氣東輸二線反輸供氣。2.1廣東省天然氣管網(wǎng)聯(lián)合建模通過(guò)對(duì)中國(guó)海油廣東省內(nèi)各天然氣資源（海氣與LNG接收站）、天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、用戶市場(chǎng)等信息的調(diào)研和梳理，結(jié)合國(guó)家發(fā)改委提出的供暖季保供目標(biāo)，將中國(guó)海油下轄的廣東省天然氣基礎(chǔ)設(shè)施（廣東管網(wǎng)、廣東管道、珠海管道、大鵬管道等多個(gè)管網(wǎng)）采用SPS軟件進(jìn)行聯(lián)合建模（圖2）。其中包含5個(gè)氣源點(diǎn)（3座LNG接收站、2個(gè)海氣終端）、管道模塊P1～P25、典型用戶下載點(diǎn)模塊T1～T7、配套出站閥組V1～V5。結(jié)合國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局下達(dá)的保供任務(wù)，上述模型的約束條件為：(1)2018—2019年供暖季，中國(guó)海油通過(guò)置換中國(guó)石油廣東省內(nèi)部分市場(chǎng)量、廣東管網(wǎng)與西氣東輸二線互聯(lián)互通反輸氣量?jī)煞N方式，最大保供輸送能力需達(dá)到125×102.2與現(xiàn)場(chǎng)scad系統(tǒng)對(duì)比通過(guò)對(duì)SPS模型設(shè)置邊界條件，仿真計(jì)算得到了GL分輸站的進(jìn)站壓力、AT分輸站的出站壓力，將其與現(xiàn)場(chǎng)SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（圖3）?？梢?jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與SPS模型仿真數(shù)據(jù)的最大偏差在5%以內(nèi)，誤差符合精度要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)工程需要，從而驗(yàn)證了模型的可靠性。3優(yōu)化和效率3.1天然氣管網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)分析中國(guó)海油廣東地區(qū)“南氣北送”供氣方案發(fā)現(xiàn)：互聯(lián)互通至中國(guó)石油西氣東輸二線的部分氣量需沿西氣東輸二線廣深支線南下，經(jīng)QYL分輸站、DCD分輸站分別供給中國(guó)石油在深圳、香港地區(qū)的用戶。在該供氣方案中，供給深圳、香港地區(qū)的天然氣是通過(guò)廣東管網(wǎng)數(shù)百千米管道北上，輸送至西氣東輸二線，再沿廣深支線南下供應(yīng)至深圳（與深圳燃?xì)庀螺犎細(xì)夤艿涝赒YL分輸站對(duì)接）、香港地區(qū)，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，同時(shí)也使廣東地區(qū)天然氣管網(wǎng)在整個(gè)供暖季一直保持在最高允許操作壓力上限運(yùn)行，增大了管網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，需對(duì)該供氣方案進(jìn)行優(yōu)化，在降低廣東地區(qū)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行壓力的同時(shí)，避免不必要的能源浪費(fèi)，提高管輸效率。3.2深圳lng接收站與港港地區(qū)間的水力仿真通過(guò)對(duì)中國(guó)海油廣東地區(qū)LNG接收站實(shí)際情況及管網(wǎng)互聯(lián)互通建設(shè)狀況的梳理發(fā)現(xiàn)，深圳LNG具備直供中國(guó)石油在深圳、香港地區(qū)用戶的通道與能力，故提出深圳LNG接收站直供深圳、香港地區(qū)的優(yōu)化方案（圖4）。深圳LNG接收站通過(guò)與深圳燃?xì)庀螺牫鞘腥細(xì)夤艿赖囊呀?lián)絡(luò)線直供深、港地區(qū)的天然氣，流量為37.5×10通過(guò)上述模型進(jìn)行該方案的水力仿真計(jì)算得到DCD站的出站壓力約為3.3MPa，基本滿足用戶需求。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：(1)可利用中國(guó)海油深圳的LNG接收站為港深地區(qū)用戶就近供氣，縮短管輸距離、降低成本，同時(shí)可為港深地區(qū)用戶增加新的保供通道，提升供應(yīng)穩(wěn)定性；(2)可降低廣東管網(wǎng)、廣東管道保供季的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高廣東地區(qū)保供季的安全性和可靠性；(3)進(jìn)一步促進(jìn)了深圳LNG的產(chǎn)能釋放。經(jīng)過(guò)綜合分析，深圳LNG接收站通過(guò)現(xiàn)有深圳燃?xì)夤艿老蚋凵畹貐^(qū)供氣37.5×103.3保障設(shè)施和保供場(chǎng)景基于中國(guó)海油在廣東建立的相對(duì)完善的天然氣“產(chǎn)供儲(chǔ)銷”體系優(yōu)勢(shì)，并與全國(guó)性天然氣“產(chǎn)供儲(chǔ)銷”體系相融合，借助為廣東地區(qū)管網(wǎng)剩余能力“南氣北送”保供北方用氣提供的水力仿真解決方案，中國(guó)海油參與“南氣北送”工程兩個(gè)保供季（2017—2018年保供季、2018—2019年保供季）累計(jì)新增供氣量約28×10隨著省域管網(wǎng)與國(guó)家級(jí)管網(wǎng)對(duì)接的實(shí)現(xiàn)，消除了天然氣供應(yīng)保障的設(shè)施瓶頸，實(shí)現(xiàn)了天然氣基礎(chǔ)設(shè)施高可靠性的建設(shè)目標(biāo)，提高了全國(guó)冬季保供的安全性。該工程不僅可以增強(qiáng)天然氣資源調(diào)配的靈活性、保障供需平衡，同時(shí)確保廣東地區(qū)天然氣資源在冬季發(fā)揮“南氣北送”的市場(chǎng)保供作用，保障了港深地區(qū)的供氣安全，緩解了北方天然氣供應(yīng)緊張，社會(huì)效益顯著。4基于互聯(lián)互通的天然氣交通調(diào)峰技術(shù)冬季“南氣北送”保供工程的實(shí)施，不僅實(shí)現(xiàn)了省級(jí)管網(wǎng)與國(guó)家級(jí)管網(wǎng)在流向、壓力、分時(shí)流量、調(diào)度技術(shù)等方面的對(duì)接，而且促進(jìn)了中國(guó)海油海氣、LNG接收站等基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)能的釋放，同時(shí)對(duì)于保障國(guó)家的天然氣供應(yīng)安全具有顯著的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。(1）通過(guò)互聯(lián)互通可以增強(qiáng)管網(wǎng)調(diào)氣能力及靈活性，充分發(fā)揮LNG的調(diào)峰保供作用。將中國(guó)海油在廣東地區(qū)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施（深圳LNG接收站、珠海LNG接收站、大鵬LNG接收站、大鵬管道、廣東管道、廣東管網(wǎng)）互聯(lián)互通，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行瞬態(tài)調(diào)峰水力仿真分析，在滿足AT分輸站中國(guó)石油要求的5.5MPa交氣壓力的前提下，完成“南氣