近年来我国天然气主干网络逐步完善，华北地区以京津两市为中心的区域形成了经陕京输气系统为主力气源的供应格局；华东地区以沪宁杭为中心的区域形成了西气东输一线、国际LNG贸易等多气源供应的格局。随着全国天然气主干网络的延伸，进一步提高天然气供应保障水平，增加天然气应急储备成为当前面临的问题，对不同地域的天然气用气结构、用气规律进行对比分析，能够为天然气基础设施规划提供参考。
近年来，为了改善城市大气环境质量，华北地区京津等地发展了大量天然气采暖用户，包括大型燃气电厂、燃气锅炉房、居民壁挂炉采暖等，冬季天然气用量迅猛增长，以北京市为例采暖季(每年1月~3月、11月~12月)总用气量占年累计用气量的比例达到76%左右。
为解决用户季节用气不均衡等问题，陕京系统采用储气量大、储气成本低的地下储气库作为这一地区的主要调峰手段[1]。在我国输气管网日臻完善的形势下，利用长输管道气源、地下储气库与LNG应急储备联合调峰是未来天然气系统的发展趋势，在建设应急储备设施的同时发展LNG汽车和可中断工业用户，对于降低调峰成本、天然气综合利用有重要意义。
上海市、南京市和浙江省等地天然气用户结构，主要有城市民用燃气、发电厂、化工厂、大型工业燃料企业、汽车用户等五大类[2]。虽然华东地区冬季未实行居民采暖，但天然气需求的季节性波动明显，天然气供需基本处于以供定销的紧平衡状态。目前，液化天然气储备是华东地区天然气调峰的主要手段，受液化天然气站库容及局部管网输送能力不足的制约，在极端天气和特殊情况下，仍有可能出现短暂供气紧张。
对于华北、华东地区来说，天然气调峰或应急保障需要综合考虑当地实际用气结构、地理条件、经济状况等诸多因素，采用地下储气库、液化天然气互补措施。在国家各项保障工程建设的基础上，下游燃气企业若能够承担日调峰和部分月度调峰任务，也将进一步提高我国城市天然气调峰和应急能力。
由图 1可以看出，华北地区日用量随气温波动尤为明显，冬夏季峰谷比达12.5:1，夏季负荷平稳，冬季负荷在11月骤增一直持续至3月底，在应急储备设施的建设问题上，“季节性气温影响”具有紧迫性；华东地区日用量发展平稳，但也显现季节性特征，峰值出现在夏季炎热期，季峰谷比1.6:1。
利用能源工程管理中负荷持续曲线的分析方法进行分析，将时序负荷曲线按照负荷大小顺序重新排列后得到新的曲线，即负荷持续曲线(Load Duration Curve, LDC)。它包含了最大负荷、最小负荷、负荷累积持续时间、负荷出现的概率等大量信息，常被用于电力系统规划和发电系统可靠性评估中[3-4]。由图 2可以看出，华北地区与华东地区相比存在明显的尖峰状态，在今后的发展当中尖峰状态的应对成为这一地区天然气供应保障的重点。此外低谷状态延续时间较长、负荷相对较低，是制约此地区天然气系统经济运行水平的关键因素。
对季节调峰气量的需求，以各月用气量为基本数据，在假设各月均匀供气的基础上计算理论调峰气量。为了平衡一年中的不均匀用气，需要设置储气设施(华北、华东地区各月用气不均匀性如图 3、图 4所示)，气源按月平均供气量均匀地供气，用气量低时，多余天然气存储在储气设施内，以补充用气高峰时用气高于供气的不足部分。
华北、华东地区供气曲线、用气曲线、储气设施工作曲线合成图分别如图 5、图 6所示，图中供应曲线、用气曲线对应左侧纵坐标，储气曲线对应右侧纵坐标。用气曲线代表负荷的逐月变化情况，供气曲线代表气源在一年内连续均匀供气，储气曲线代表自计算开始时算起，天然气供应量累计值与用气量累计值之差[8]。
根据图 5可以看出，华北地区4至10月份供气量大于月平均气量，假设按月平均气量均匀供气(供气曲线)，供气量大于用气量，由储气设施存储多余供应的部分；其它月份供气量小于用气量，由储气设施供气以补充气源不足的部分。以华北地区为例，所需理论储气量的计算办法见表 1，每月用气量如表 1第二列所示，第三列为计算开始时算起的天然气用气量累计值，第四列所示为每月平均供气量，第五列与第三列之差即为月末天然气的存储量(天然气供应量累计值与用气量累计值之差)。第六列中最大值和最小值的绝对值之和即为所需要的储气量，即：华北地区平衡年中各月不均匀用气所需的储气量为24.6×108 m3。用同样的计算方法得到华东地区季节调峰理论储气量为2.3×108 m3。
华北、华东理论季节调峰量与用气量之比分别为0.31和0.04，也就是说华北地区最多要存储年用气量的31%才能满足季节调峰的需要，而华东地区只需要4%。
季节调峰需求量表明，华北、华东地区每1×108 m3年用气量需理论季节调峰储气量分别为0.31×108 m3、0.04×108 m3。地下储气库有效工作气量与投资如表 2所示。回归分析表明(见图 7)，每增加地下储气库有效工作气量1×108 m3大约需要投资1.2亿元，据此计算华北、华东地区每1×108 m3年用气量的季节调峰成本约为0.38亿元、0.05亿元，按此种方法计算的调峰成本华北地区为华东地区的7.8倍。
通过对理论季节调峰气量的计算，华北地区天然气季节调峰成本远高于华东地区，负荷持续曲线表明，华北地区增加夏季用气低谷时期的用量和持续时间对于降低调峰成本具有重要作用，在建设地下储气库群的同时，在此地区发展夏季燃气调峰电厂和季节性调峰LNG液化工厂[9]，以提高天然气综合利用水平，对于天然气供应系统的成本控制具有重要意义。
2012, Vol. 41 Issue (5): 488-490
2012, Vol. 41 Issue (5): 488-490