天然氣地下儲氣庫是天然氣管道輸送系統(tǒng)的重要配套工程，其主要解決城市用氣的季節(jié)調(diào)峰和長輸管道意外故障而不能正常供氣的應(yīng)急供氣問題，平衡城市用氣，協(xié)調(diào)供求關(guān)系，優(yōu)化輸配管網(wǎng)，確保供氣的安全性和可靠性。
一、國外地下儲氣庫的發(fā)展現(xiàn)狀
世界上第一座地下儲氣庫在1915年建于加拿大的韋林特，五十年代以來，隨著天然氣氣田的相繼開采和天然氣國際貿(mào)易的發(fā)展，長距離輸氣干線的大批建設(shè)，存在的安全、平衡、連續(xù)供氣與消費需求量的季節(jié)、日、小時不均衡性的固有矛盾進一步加劇。為解決這一矛盾，國外主要采取的解決措施是建設(shè)地下儲氣庫，因而這幾十年來地下儲氣庫在類型和數(shù)量上都有了飛速的發(fā)展。據(jù)有關(guān)方面的報道：目前全世界共有地下儲氣庫500多個，主要集中在工業(yè)發(fā)達國家，其儲存能力達到了5020×108m3，總工作氣量達到2434×108m3，儲氣能力已相當于全世界每年消耗天然氣量的11%。美國的地下儲氣庫為最多，到1989年底，其儲存的天然氣已能滿足其同期天然氣總需求量的1/3，工作氣量相當于年耗氣量的1/5左右；加拿大地下儲氣庫的工作氣量相當于年用氣量的11%；獨聯(lián)體國家的地下儲氣庫建設(shè)起步較晚，但發(fā)展很快，目前它的地下儲氣庫有效工作氣量相當于年消耗量的10%。法國通過天然氣的進口，其天然氣儲備量相當于110天的平均耗氣量，西歐地下儲氣庫的工作氣量相當于45天的平均耗氣量，德國有47天的天然氣儲備量，英國有17天的天然氣儲備量，因其具有大量的天然氣氣田?？梢姡鲊鴮μ烊粴獾膬涠己苤匾?。
二、各類地下儲氣庫的特點
目前世界上已有的地下儲氣庫類型主要包括：枯竭油氣田型地下儲氣庫、多孔含水構(gòu)造地下儲氣庫、鹽層、鹽丘地下儲氣庫、廢棄礦井或礦坑地下儲氣庫。
表1 各類地下儲氣庫的比較
枯竭油氣田型 多孔含水層型 鹽層、鹽丘型 廢棄礦井或礦坑型 形成方式 利用已枯竭的或半枯竭的油氣田改建而成的，注入氣體把原始液體加壓并驅(qū)動。 將巖層空隙中的水排走，并在非滲透性的含水層蓋層下直接形成儲氣場所。 在地下鹽層中通過溶解鹽形成的空洞來儲存天然氣。 利用礦物采完后留下的廢礦對其充水后，用氣體給水加壓，并把水擠出。對于已采礦的洞穴，則對洞穴加內(nèi)襯，注入氣體。 操作原理 氣體壓縮膨脹，液體的不可壓縮性和流動性相結(jié)合。 氣體壓縮膨脹，液體的不可壓縮性和可流動性結(jié)合。 壓縮與膨脹，鹽水平衡 壓縮與膨脹 優(yōu)越性 很好的構(gòu)造圈閉，有較大的構(gòu)造閉合度，儲量大，原有的裝置已重復利用。成本低。 結(jié)構(gòu)完整，儲量大，鉆井可以一步到位。 儲氣空間為洞穴，物性極好，壓縮性好，可擴大儲集體積。提取量與工作氣之比高。 提取量與工作氣之比高。 缺點 枯竭油藏比較復雜，要考慮多相流體流動問題。密封性要求高。氣體不能全部回收。 勘探風險較大，氣水界面較難控制，墊底氣不能完全回收。成本較高。 鉆井難度較大，溶洞形態(tài)難控制。鹽水排放、滲漏可能造成氣體損失。成本較高。 對于廢礦，易漏氣。對于已采礦的洞穴，成本較高。 數(shù)量 全世界共有425座，其中：美國320座，獨聯(lián)體國家32座，西歐25座，東歐及其它國家：48座。 全世界共約80多座，其中：美國47座，獨聯(lián)體國家13座，法國13座，德國8座。 全世界共約44座，其中：美國18座，德國13座，加拿大13座，法國3座，其它國家3座。 全世界僅有3座。
從國外實踐經(jīng)驗來看：選擇地下儲氣庫庫址的順序為：首選目標是枯竭油氣藏；一般在沒有合適的枯竭或近枯竭的油氣藏時，可選擇含水層及鹽穴作為儲氣庫。
三、地下儲氣庫的性質(zhì)
地下儲氣庫的地質(zhì)要求較高，上覆蓋層和斷層必須具有良好的封閉性，庫址的構(gòu)造要可靠，封閉條件、物性和連通性要好。
在西氣東輸工程的項目可行性研究報告中選擇的儲氣庫深度為1500m，目前世界上儲氣庫的平均深度在1000m左右。
地下儲氣庫的規(guī)模大小取決于供氣需求和儲氣體積，一般情況下，儲氣庫采用惰性氣體作為墊氣，工作氣量占50%，墊氣量占20%，30%為混合帶（如為氣藏儲氣就不存在混合帶）。
儲氣庫距用戶的距離在考慮兩個因素安全因素和經(jīng)濟因素的基礎(chǔ)上加以確定，地下儲氣庫與用戶的距離不能太近，否則不安全。有關(guān)資料報道，前蘇聯(lián)認為距離超過200km就不經(jīng)濟了，而羅馬尼亞認為50km最合適。
地下儲氣庫的壽命一般在50年以上。
運行費用隨著年循環(huán)次數(shù)而減低。不同的國家建設(shè)地下儲氣庫的投資費用不同，美國相對較低，歐洲較高。由有關(guān)資料提供，枯竭油氣田型地下儲氣庫的開發(fā)費用平均為12.37×10-6美元/m3（以有效工作氣量計），年運行費用平均為：1.41×10-6美元/m3；多孔含水層地下儲氣庫單位成本平均為：33.55×10-6美元/m3（以有效工作氣量計），年運行費用均為：1.41×10-6美元/m3；鹽層地下儲氣庫的單位建設(shè)成本約為51.2×10-6美元/m3（以有效工作氣量計）。四、天然氣地下儲氣庫與安全供氣平衡 隨著西氣東輸天然氣在2004年初登陸上海，對氣源的安全輸送供應(yīng)也提到了議事日程上，平衡城市用氣，協(xié)調(diào)供求關(guān)系，優(yōu)化輸配管網(wǎng)，確保供氣的安全性和可靠性，這是對城市天然氣管網(wǎng)的基本要求。為解決用氣的不均衡性和突發(fā)斷氣事故的發(fā)生，根據(jù)西氣東輸?shù)墓た蓤蟾?，長度為4000公里的預計事故率為1.66次/年，可見管線發(fā)生事故的可能性還是客觀存在的。當然西氣東輸工程可行性研究報告中提到將在江蘇金壇建立地下儲氣庫，其建設(shè)投資為11.34億，有效工作氣量將達到4.64´108立方米，其中第一期2005年建成，有效工作氣量為3.48´108立方米；第二期2008年建成，加上一期工作氣量，其總有效工作氣量為4.64´108立方米。地下儲氣庫應(yīng)同供應(yīng)末端相通時，才對全線安全供氣有意義。陜京輸氣線上已考慮事故中斷供氣的應(yīng)急措施，在天津東南大張坨建設(shè)地下儲氣庫，有效工作氣量為6億立方米，這樣不僅可作為應(yīng)急使用，也可參與調(diào)峰。
1、上海的遠近期氣源（1）東海天然氣
目前上海浦東地區(qū)及浦西小部分地區(qū)使用的是東海平湖天然氣，其一期規(guī)模是120萬立方米/天，是于1999年4月開始供氣的。二期規(guī)劃為100萬立方米/天，也將于2003年投產(chǎn)向上海供氣，至2005年，東海平湖總供氣量為220萬立方米/天。
東海西湖凹陷的天然氣開發(fā)也在緊鑼密鼓地進行著，中石化和中海油攜手開發(fā)東海西湖凹陷的協(xié)議已于2001年6月18日簽署。2004—2006年實施第一、二期開發(fā)工程，第一期工程天然氣產(chǎn)氣能力為15×108—25×108立方米，并可在短時期內(nèi)將產(chǎn)量提高到30×108—35×108立方米。第二期工程預計至2007年東海的天然氣產(chǎn)量可達到50×108—60×108立方米。2008年實施第三期開發(fā)工程，該開發(fā)工程完成后，可使天然氣年產(chǎn)能再增加15×108立方米。
（2）西氣東輸天然氣
西氣東輸工程已拉開序幕，它是以塔里木氣區(qū)天然氣資源為主，以陜甘寧長慶氣區(qū)天然氣為啟動、補充和調(diào)節(jié)氣源。根據(jù)《全國城市天然氣利用規(guī)劃》和《西氣東輸工程可行性研究報告》，西氣東輸天然氣的輸氣與供氣量如下：
2005年 80-90億立方米/年
2008年 120億立方米/年
2013年 200億立方米/年
（3）液化天然氣LNG
隨著LNG海上運輸技術(shù)的不斷成熟，世界LNG的貿(mào)易量占世界天然氣貿(mào)易量的比例呈逐年上升的趨勢，世界LNG資源供應(yīng)近十年平均增長6.2%。LNG的主要用戶是發(fā)電廠、城市居民等，世界現(xiàn)有印尼、阿爾及利亞、馬來西亞、澳大利亞、文萊、阿聯(lián)酋、阿拉斯加、利比亞、卡塔爾等9個國家和地區(qū)出口LNG，進口LNG的主要有日本、韓國、臺灣省、美國及歐洲。
液化天然氣的接受終端內(nèi)建有專用碼頭，用于運輸船的靠泊和卸船作業(yè)；儲罐用于容納從LNG船上卸下來的液化天然氣；再氣化裝置則是將液化天然氣加熱使其變成氣體后，經(jīng)管道輸送到最終用戶
?！ NG項目具有買賣合同嚴格、投融資額大、建設(shè)周期長、風險性大的特點。同時LNG也具備可調(diào)節(jié)能力大，靈活性強，有利于平衡負荷，可靠性比較好等特性。
綜上所述，今后上海市天然氣的氣源有3種：東海天然氣（包括平湖天然氣和西湖凹陷天然氣）、“西氣東輸”天然氣和進口LNG。在近期和中期為西氣東輸天然氣和東海平湖天然氣，中期和遠期根據(jù)三種氣源的具體發(fā)展情況，充分考慮氣源之間的互補性和可靠性。
五、上海的儲氣規(guī)模預測及供氣平衡
天然氣市場是天然氣發(fā)展最基本的基礎(chǔ)之一，也是天然氣工程贏利的基本保證。通過對城市燃氣、發(fā)電、化工等天然氣用戶用氣量的預測，作了一些初步統(tǒng)計。城市燃氣用戶包括居民、營業(yè)、團體、工廠以及燃氣空調(diào)、鍋爐、CNG等用戶；發(fā)電用戶包括調(diào)峰電廠、新建電廠及熱電聯(lián)供用戶；化工用戶包括以天然氣作為原料的新建或改建的用戶；大工業(yè)生產(chǎn)用氣用戶
?！ ∥覀儽仨毥踩煽亢途哂懈偁幜Φ奶烊粴夤?yīng)體系，在歐洲的許多天然氣市場里，每個天然氣市場至少有三種氣源，其中任何一種氣源供應(yīng)量最多不超過50%，而且所有的氣源應(yīng)通過公用運輸設(shè)施相連接。根據(jù)上海市場的需求情況，同時考慮到氣源的發(fā)展情況及各氣源之間的可靠性和互補性，天然氣的多氣源平衡控制比例如下： 2005年東海平湖天然氣與西氣東輸天然氣比例約是1：2；2010年東海平湖天然氣依然保持正常供應(yīng)的情況下，這是東海西湖凹陷天然氣也將陸續(xù)供應(yīng)上海，西氣東輸天然氣、東海西湖凹陷天然氣和東海平湖天然氣的供氣比例為4：2.5:1；2020年東海平湖天然氣停止供應(yīng)，這是上海已引進LNG，東海西湖凹陷天然氣、西氣東輸天然氣和進口LNG三者的比例為1：1：1.1。
鑒于上海地理位置的特殊性，無法在上海建立相應(yīng)的儲氣庫。2005年，上海使用的天然氣類型為東海平湖天然氣和西氣東輸天然氣，如東海平湖天然氣出現(xiàn)意外事故而造成停氣時，及時予以補充的氣源有西氣東輸天然氣和5號溝的LNG。如西氣東輸天然氣發(fā)生意外事故而造成停氣時，由于西氣東輸?shù)挠脷饬渴菛|海平湖天然氣的2.1倍，2005年金壇儲氣庫已建成，其有效工作氣量為3.48×108立方米，那么其含量的三分之一能保證上海維持3周的用氣量，所以必須確保金壇儲氣庫與西氣東輸天然氣工程配套進行。如金壇儲氣庫的建設(shè)滯后于西氣東輸天然氣工程，在上海只能采取用戶分類供應(yīng)的保障制度，即建立臨時降低供應(yīng)量制度：當發(fā)生意外斷氣事故時，第一步：切斷可中斷用戶。第二步：中斷有其它燃料使用的客戶。第三步：其它的工業(yè)用戶。第四步：確保家庭用戶、醫(yī)院和學校的用氣。
2010年氣源種類有三種：東海平湖天然氣、東海西湖凹陷天然氣和西氣東輸天然氣三者的比例為1：2.5:4，如東海平湖天然氣發(fā)生意外事故，東海西湖凹陷天然氣、西氣東輸天然氣和5號溝的LNG可給予必要的補充。如西湖凹陷天然氣發(fā)生意外事故，則可由西氣東輸天然氣予以補充。如西氣東輸天然氣發(fā)生意外事故，此時的金壇儲氣庫的總有效工作氣量已達到4.64×108立方米，那么其含量的三分之一能保證上海維持約二周的用氣量。
2020年氣源的種類有三種：東海西湖凹陷天然氣、西氣東輸天然氣和進口LNG，三者比例為1：1：1.125，由于存在多氣源，可以互補，再加上調(diào)峰靈活的LNG，基本可以解決其中一氣源意外發(fā)生事故所引起的臨時斷氣事故?！ 】梢?，天然氣儲氣庫對平衡城市用氣，協(xié)調(diào)供求關(guān)系，優(yōu)化輸配管網(wǎng)，確保供氣的安全性和可靠性方面確實非常的重要，為解決用氣的不均衡性和突發(fā)斷氣事故的發(fā)生，天然氣儲氣庫起著不可忽視的作用。上述的分析與前所述的國外天然氣儲氣庫發(fā)展現(xiàn)狀相比，遠遠低于工業(yè)發(fā)達國家，而且是作了樂觀的分析，以金壇地下儲氣庫的1/3儲量作為上海的事故用氣儲備量。畢竟金壇地下儲氣庫還要考慮其它鄰近城市的用氣平衡和用氣安全。因此有必要在西氣東輸天然氣到來之際做好這方面的技術(shù)分析和技術(shù)準備。
