天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(zhǎng)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(guó)外地下儲(chǔ)氣庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀
世界上第一座地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，長(zhǎng)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(fèi)需求量的季節(jié)、日、小時(shí)不均衡性的固有矛盾進(jìn)一步加劇。為解決這一矛盾，國(guó)外主要采取的解決措施是建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)，因而這幾十年來地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(bào)道：目前全世界共有地下儲(chǔ)氣庫(kù)500多個(gè)，主要集中在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，其儲(chǔ)存能力達(dá)到了5020×108m3，總工作氣量達(dá)到2434×108m3，儲(chǔ)氣能力已相當(dāng)于全世界每年消耗天然氣量的11%。美國(guó)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)為最多，到1989年底，其儲(chǔ)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(dāng)于年耗氣量的1/5左右；加拿大地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣量相當(dāng)于年用氣量的11%；獨(dú)聯(lián)體國(guó)家的地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚，但發(fā)展很快，目前它的地下儲(chǔ)氣庫(kù)有效工作氣量相當(dāng)于年消耗量的10%。法國(guó)通過天然氣的進(jìn)口，其天然氣儲(chǔ)備量相當(dāng)于110天的平均耗氣量，西歐地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣量相當(dāng)于45天的平均耗氣量，德國(guó)有47天的天然氣儲(chǔ)備量，英國(guó)有17天的天然氣儲(chǔ)備量，因其具有大量的天然氣氣田。可見，各國(guó)對(duì)天然氣的儲(chǔ)備都很重視。
二、各類地下儲(chǔ)氣庫(kù)的特點(diǎn)
目前世界上已有的地下儲(chǔ)氣庫(kù)類型主要包括：枯竭油氣田型地下儲(chǔ)氣庫(kù)、多孔含水構(gòu)造地下儲(chǔ)氣庫(kù)、鹽層、鹽丘地下儲(chǔ)氣庫(kù)、廢棄礦井或礦坑地下儲(chǔ)氣庫(kù)。
表1 各類地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(dòng)。 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(chǔ)氣場(chǎng)所。 在地下鹽層中通過溶解鹽形成的空洞來儲(chǔ)存天然氣。 利用礦物采完后留下的廢礦對(duì)其充水后，用氣體給水加壓，并把水?dāng)D出。對(duì)于已采礦的洞穴，則對(duì)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(dòng)性相結(jié)合。 氣體壓縮膨脹，液體的不可壓縮性和可流動(dòng)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(chǔ)量大，原有的裝置已重復(fù)利用。成本低。 結(jié)構(gòu)完整，儲(chǔ)量大，鉆井可以一步到位。 儲(chǔ)氣空間為洞穴，物性極好，壓縮性好，可擴(kuò)大儲(chǔ)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(diǎn) 枯竭油藏比較復(fù)雜，要考慮多相流體流動(dòng)問題。密封性要求高。氣體不能全部回收。 勘探風(fēng)險(xiǎn)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(duì)于廢礦，易漏氣。對(duì)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(guó)320座，獨(dú)聯(lián)體國(guó)家32座，西歐25座，東歐及其它國(guó)家：48座。 全世界共約80多座，其中：美國(guó)47座，獨(dú)聯(lián)體國(guó)家13座，法國(guó)13座，德國(guó)8座。 全世界共約44座，其中：美國(guó)18座，德國(guó)13座，加拿大13座，法國(guó)3座，其它國(guó)家3座。 全世界僅有3座。
從國(guó)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看：選擇地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址的順序?yàn)椋菏走x目標(biāo)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(shí)，可選擇含水層及鹽穴作為儲(chǔ)氣庫(kù)。
三、地下儲(chǔ)氣庫(kù)的性質(zhì)
地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(kù)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(xiàng)目可行性研究報(bào)告中選擇的儲(chǔ)氣庫(kù)深度為1500m，目前世界上儲(chǔ)氣庫(kù)的平均深度在1000m左右。
地下儲(chǔ)氣庫(kù)的規(guī)模大小取決于供氣需求和儲(chǔ)氣體積，一般情況下，儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣就不存在混合帶）。
儲(chǔ)氣庫(kù)距用戶的距離在考慮兩個(gè)因素安全因素和經(jīng)濟(jì)因素的基礎(chǔ)上加以確定，地下儲(chǔ)氣庫(kù)與用戶的距離不能太近，否則不安全。有關(guān)資料報(bào)道，前蘇聯(lián)認(rèn)為距離超過200km就不經(jīng)濟(jì)了，而羅馬尼亞認(rèn)為50km最合適。
地下儲(chǔ)氣庫(kù)的壽命一般在50年以上。
運(yùn)行費(fèi)用隨著年循環(huán)次數(shù)而減低。不同的國(guó)家建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的投資費(fèi)用不同，美國(guó)相對(duì)較低，歐洲較高。由有關(guān)資料提供，枯竭油氣田型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的開發(fā)費(fèi)用平均為12.37×10-6美元/m3（以有效工作氣量計(jì)），年運(yùn)行費(fèi)用平均為：1.41×10-6美元/m3；多孔含水層地下儲(chǔ)氣庫(kù)單位成本平均為：33.55×10-6美元/m3（以有效工作氣量計(jì)），年運(yùn)行費(fèi)用均為：1.41×10-6美元/m3；鹽層地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(jì)）。四、天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(duì)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(duì)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?bào)告，長(zhǎng)度為4000公里的預(yù)計(jì)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(dāng)然西氣東輸工程可行性研究報(bào)告中提到將在江蘇金壇建立地下儲(chǔ)氣庫(kù)，其建設(shè)投資為11.34億，有效工作氣量將達(dá)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(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)同供應(yīng)末端相通時(shí)，才對(duì)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(chǔ)氣庫(kù)，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(yuǎn)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(wàn)立方米/天，是于1999年4月開始供氣的。二期規(guī)劃為100萬(wàn)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(wàn)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(jìn)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(shí)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(shí)期內(nèi)將產(chǎn)量提高到30×108—35×108立方米。第二期工程預(yù)計(jì)至2007年?yáng)|海的天然氣產(chǎn)量可達(dá)到50×108—60×108立方米。2008年實(shí)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(zhǎng)慶氣區(qū)天然氣為啟動(dòng)、補(bǔ)充和調(diào)節(jié)氣源。根據(jù)《全國(guó)城市天然氣利用規(guī)劃》和《西氣東輸工程可行性研究報(bào)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(yùn)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(shì)，世界LNG資源供應(yīng)近十年平均增長(zhǎng)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(gè)國(guó)家和地區(qū)出口LNG，進(jìn)口LNG的主要有日本、韓國(guó)、臺(tái)灣省、美國(guó)及歐洲。
液化天然氣的接受終端內(nèi)建有專用碼頭，用于運(yùn)輸船的靠泊和卸船作業(yè)；儲(chǔ)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(xiàng)目具有買賣合同嚴(yán)格、投融資額大、建設(shè)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)性大的特點(diǎn)。同時(shí)LNG也具備可調(diào)節(jié)能力大，靈活性強(qiáng)，有利于平衡負(fù)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(jìn)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(yuǎn)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(bǔ)性和可靠性。
五、上海的儲(chǔ)氣規(guī)模預(yù)測(cè)及供氣平衡
天然氣市場(chǎng)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(duì)城市燃?xì)?、發(fā)電、化工等天然氣用戶用氣量的預(yù)測(cè)，作了一些初步統(tǒng)計(jì)。城市燃?xì)庥脩舭ň用?、營(yíng)業(yè)、團(tuán)體、工廠以及燃?xì)饪照{(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?jìng)爭(zhēng)力的天然氣供應(yīng)體系，在歐洲的許多天然氣市場(chǎng)里，每個(gè)天然氣市場(chǎng)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(yùn)輸設(shè)施相連接。根據(jù)上海市場(chǎng)的需求情況，同時(shí)考慮到氣源的發(fā)展情況及各氣源之間的可靠性和互補(bǔ)性，天然氣的多氣源平衡控制比例如下： 2005年?yáng)|海平湖天然氣與西氣東輸天然氣比例約是1：2；2010年?yáng)|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?yáng)|海平湖天然氣停止供應(yīng)，這是上海已引進(jìn)LNG，東海西湖凹陷天然氣、西氣東輸天然氣和進(jìn)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(chǔ)氣庫(kù)。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(shí)，及時(shí)予以補(bǔ)充的氣源有西氣東輸天然氣和5號(hào)溝的LNG。如西氣東輸天然氣發(fā)生意外事故而造成停氣時(shí)，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(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)與西氣東輸天然氣工程配套進(jìn)行。如金壇儲(chǔ)氣庫(kù)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(shí)降低供應(yīng)量制度：當(dāng)發(fā)生意外斷氣事故時(shí)，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(xué)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(hào)溝的LNG可給予必要的補(bǔ)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(bǔ)充。如西氣東輸天然氣發(fā)生意外事故，此時(shí)的金壇儲(chǔ)氣庫(kù)的總有效工作氣量已達(dá)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(jìn)口LNG，三者比例為1：1：1.125，由于存在多氣源，可以互補(bǔ)，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(shí)斷氣事故?！ 】梢姡烊粴鈨?chǔ)氣庫(kù)對(duì)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(shí)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(chǔ)氣庫(kù)起著不可忽視的作用。上述的分析與前所述的國(guó)外天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)發(fā)展現(xiàn)狀相比，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，而且是作了樂觀的分析，以金壇地下儲(chǔ)氣庫(kù)的1/3儲(chǔ)量作為上海的事故用氣儲(chǔ)備量。畢竟金壇地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(zhǔn)備。
