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新型地下储气技术将大有可为
  新闻来源:石油商报 2018-11-19 10:21  

  随着我国天然气需求的日益高涨,对储气设施建设的呼声也越来越高,但是传统类型的地下储气库因为受地质条件限制,发展缓慢,而新型带内衬岩洞(LRC)储气库由于采用人工开凿的洞穴,对地质条件的要求相对低,因此在选址灵活性和库容设定的自由度方面都远远优于传统的地下储气方式。此外,新型的水合物储气技术,其优势在于可实现中温、中压、高密度储气且具有自保护性,气体释放过程高度可控,也将会随着技术的成熟在国内储气领域发挥重要作用。新型的储气库类型和储气技术跳出了原有思路,将为我国储气领域提供新的选择。

  传统的地下储气库无法满足日益增长的调峰需求

  近年来,伴随能源消费的升级,中国对天然气的需求增速明显,而天然气的储备是保障天然气长期稳定供应的基础,也是解决阶段性用气紧张的主要途径。

  地下储气库是集季节调峰、事故应急供气、国家能源战略储备等功能于一身的能源基础性设施。传统的地下储气库形式按照地质条件分为4种,分别是枯竭油气藏型、含水层构造型、盐穴地下储气库型、废弃矿坑型。我国的地下储气库以枯竭油气藏型为主,盐穴型只有金坛储气库。

  目前,我国储气库运营规模较小,无法满足调峰需求,工作气量仅占天然气消费量的4%左右,而全球平均水平超过消费量的10%。近几年我国天然气销售量逐年增加,而储气库的采气量基本不变,因此储气库气量占比还将进一步降低。

  新型储气库类型--LRC储气库不受地质条件约束

  LRC(linedrockcaverns)储气库是一种新型的地下储气库形式。目前商业运行的LRC储气库只有2004年建于瑞典西南部的Skallen储气库。其优势在于地质条件限制小,选址灵活,库容量可按需建设,且工作气比例高,达90%以上,远远高于传统储气库50%的工作气量。

  LRC储气库是在地下挖掘一个或多个岩洞,类似其他几种地下储气库,不同的是在岩洞中布置了一次薄的钢内衬,内衬主要起到密封的作用,不像高压储罐那样承受压力,高压气体产生的载荷主要有围岩承受。

  LRC储气库同样可以分为地上和地下两部分,地上部分和其他类型的地下储气库相似,包括各种气体处理装置。地下部分则有较大的不同,由一个或多个储气洞室组成,储气洞室的大小主要由地质条件决定。

  地下储气洞室的洞壁主要由3个单元组成,分别是钢内衬、滑动层和混凝土层。混凝土层直接与围岩相连接,把钢内衬传递出来的内部压力再传递给围岩,并为内层结构提供一个平整基面;钢内衬是与内部气体直接接触的单元,起到密封作用;混凝土层与钢内衬之间为滑动层,主要作用是减少摩擦,同时为钢内衬提供防腐保护。

  洞壁还分布有排水引流系统,排水系统安装在岩洞洞穴外层,不但起到排水作用,在气体泄漏的时候还可以监测、收集、排除泄漏气体。

  LRC储气库主要有以下几方面优势,首先,其洞穴为人工开挖且通过内衬密封,大大提高了选址的灵活性。建造这种储气库对于地质条件的要求远低于前述的几种传统地下储气库。此外,由于洞穴有内衬将工作气体与外界隔开,所以LRC型储气库对环境的影响很小。最后,LRC型地下储气库扩容灵活,可以根据需要进行扩建以提高供应能力。

  新型储气技术--水合物法储气优势明显

  天然气水合物又称“可燃冰”,是由一种或几种烃类气体在一定温度和压力下和水作用生成的一种非固定化学计量的笼型晶体化合物。天然气水合物的主要气体成分是甲烷,标准状况下1立方米天然气水合物可以储存160立方米左右的天然气。

  水合物法地下储气是指将水和天然气在适合的温度和压力条件下进行反应生成水合物,并将水合物以较温和的条件保存在地下储罐中的储气方法。目前,日本三井造船株式会社(MSE)建造的天然气水合物颗粒批量生产装置,水合物产量达10千克/小时。

  水合物法地下储气中涉及的主要技术环节包括天然气水合物合成、水合物储存和水合物分解(产气)。天然气水合物可以在2~6兆帕、0~20℃下合成,压力、温度条件都不苛刻,合成过程中技术难度较低。水合物储存需要保持水合物的固体状态不分解,早期研究者认为保持水合物不分解需要高压或极低的温度,导致成本过高而制约水合物储运技术运用。

  随着研究的深入,有研究者提出,天然气水合物在常压下大规模储存和运输时不必冷却到平衡温度以下,而是将水合物冷冻到水的冰点以下(-15℃~-5℃),保持绝热,水合物就可以保持稳定。这就使得水合物储气在技术经济上都具有了可行性。同时,天然气水合物本身的热导率较低,约为0.6瓦/(米·开),因此储存容器中不需要特别的绝热措施。水合物的气化过程,可通过加热使天然气水合物分解,放出甲烷气体。

  水合物地下储气的主要优势在于:气体储存密度大,单位体积甲烷水合物可储存160标准立方米左右的天然气;形成水合物的温度和压力条件温和(添加剂存在下0~20℃、2~6兆帕);非爆炸性的极安全的储存方式;保存在水合物中的天然气通过简单的降压或热刺激即可完全利用;添加剂和水可循环使用,对环境无害。

  虽然优点很多,但是水合物法气技术目前还不够成熟,主要问题集中在水合物生成上,如何使水合物快速大量生成、如何高效带走生成过程中产生的热量是两个重点。

  新型地下储气技术未来可期

  中国地下储气库建库地质条件复杂,建库难度较大。考虑储气库筛选条件和整体布局,中国的大型建库资源主要集中在东北、西南和西北地区,东部地区尤其是长三角和东南沿海地区建库资源十分有限。

  根据相关研究,提出以下建议:一是加大新型地下储气技术的研发力度。LRC储气库和水合物地下储气库等新型储气技术具有选址灵活、环境友好的特点,适合于东部沿海人口密集地区的天然气调峰需求。此外,这类储气库尤其适用于我国复杂的地质条件,能够有效克服传统储气库选址的局限性。

  二是提前规划,快速推进储气库建设。由于地下储气库建设周期长,通常需要5~10年,所以应在大型输气管道投入运行前进行储气库建设,从而缓解地区性调峰需求的快速增长与调峰设施不足的矛盾。

  (作者系华南理工大学水合物与天然气技术研究中心研究团队)

 
  【作者: 樊栓狮 王盛龙 徐健 关闭窗口
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