摘 要

随着经济的发展以及环境保护意识的增强，天然气作为清洁能源，在我国的需求量越来越大，然而由于某些原因，我国北方冬季频繁出现“气荒”现象，造成巨大的损失，解决此问题刻不容缓。

本文运用系统分析法、综合比较法、文献法从天然气供需、储运条件、相关政策三个方面对我国天然气冬季短缺的原因进行分析，得出我国天然气行业现存问题，并针对上述问题，运用了综合比较法、文献法提出相关的解决措施，对促进天然气行业的发展、缓解我国天然气短缺的现状具有重要的指导意义。

论文主要研究了天然气行业现状、天然气行业发展趋势、天然气需求情况、天然气政策情况、天然气技术现状，比如调峰技术、储存技术、管网技术等。并运用sps软件进行了调峰仿真模拟，并使用秩和比法对模拟结果进行评价分析，得到了最优方案。

研究结果表明：调峰能力不足、天然气管网设施落后、供需失调是造成冬季“气荒”的主要原因，针对上述的原因提出了改进措施，比如促进天然气供应链的发展、促进管网的互连互通，并用秩和比较法得出调峰方案中应该优先重视管网储存量、实际的供气量和供需失衡户数等评价指标。

本文的特色：从不同方面进行原因分析，如天然气供需方面、天然气的储运条件和天然气的相关政策等方面，分析较为全面；不仅提出了许多文字类型的解决措施，还通过sps软件进行了模拟调峰，对于模拟调峰的结果，运用秩和比法得出一个选择调峰方式的方法，较为科学，而且实践性高。

关键词：气荒；调峰；原因分析；措施；sps仿真

Abstract

In this paper, the causes of winter shortage of natural gas in China are analyzed from three aspects: supply and demand of natural gas, storage and transportation conditions and related policies, and the existing problems of natural gas industry in China are  obtained by using system analysis method, comprehensive comparison method and literature  method.Furthermore,the solving measures are put forward ,which is of great guiding significance to promote the development of natural gas industry and alleviate the present situation of natural gas storage in China.

This paper mainly studies the present situation of natural gas industry, the development trend of natural gas industry, the situation of natural gas demand, the situation of natural gas policy, the present situation of natural gas technology, such as peak shaving technology, storage technology, pipe network technology. The peak shaving simulation is carried out by sps software, and the optimal scheme is obtained.In view of the above reasons,some improvement measures are put forward ,such as promoting the development of natural gas supply chain.To promote the interconnection and inter working of the pipe network,and the rank sum comparison method is used to obtain the evaluation indexes such as the storage capacity of the pipe network,the actual gas supply and the number of households with imbalance between supply and demand in the peak shaving scheme.

 The characteristics of this paper are as follows: the causes are analyzed from different  aspects, and not only the text solutions are put forward, but also the peak  shaving is simulated  by sps software, and a method to select the peak shaving mode is  obtained by combining the  rank sum ratio method.

Key Words：gas shortage;peak shaving;analysis of cause ;measure；sps simulation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.3 研究的基本内容及方法 4

第二章 气荒原因分析 5

2.1 天然气需求量劲增 5

2.2 储运条件分析 12

2.3 相关政策 19

2.4 本章小结 20

第三章“气荒” 综合改进措施研究 22

3.1 天然气供应链改进措施 22

3.2 天然气相关政策改进措施 24

3.3 天然气管网改进措施 26

3.4 调峰能力优化措施 28

3.5 本章小结 34

第四章 sps调峰模拟计算及评价 35

4.1 储气调峰能力工艺计算 35

4.2 调峰模拟计算结果分析与评价 36

4.3 评价结论及反馈措施 39

4.4 本章小结 40

第五章 总结与展望 41

5.1 总结 41

5.2 展望 41

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1目的及意义

1.1.1研究目的

在工业革命之后，煤炭、石油等化石燃料作为我国主要的供应能源，然而在它为我国提供基本能源需求时，其带来的污染也日益严重。近几年，在国家和媒体的宣传之下，我们更加注重环境的保护，污染严重的化石燃料无法为我们所满足。而天然气价格低廉、污染较小，满足我国现代的需求，天然气的使用量正在日渐增加。然而，随着我国对天然气的需求量日益增加，同时面临了天然气供应短缺、供应不足的问题。

本研究通过文献法，注重对相关、基础文献的阅读、研究了解我国天然气行业发展现状，并分析天然气冬季短缺原因，反应目前我国天然气行业发展现状及不足之处，并阅读国外相关文献，分析可借鉴之处，运用探索性研究、归纳、总结、对比等不同的方法，提出关于储气调峰、地下储库、天然气管网、政策等方面的应对措施，对我国进一步加强天然气行业的技术研究、完善相关制度、使用更为先进的技术等方面有参考作用，从而应对天然气短缺的现状。

1.1.2研究意义

现在环境污染这个问题变得越来越严重，成为大家关注的重点。我国的主要消耗的能源是煤炭，而煤炭燃烧以后产生的二氧化碳，导致越来越严重的温室效应，所以环境的问题是刻不容缓的。当前在工业燃料、城市燃气等很多行业, 天然气都是首选的用于替代的能源，使用天然气来代替其他能源，不仅可以帮助我国摆脱对石油、煤等污染性的化石能源的依赖的现状，也可以减少二氧化碳的排放，有助于缓解我国的环境问题，也有助于改变我国的经济发展模式，有利于我国进一步实现绿色发展。故我国着重于天然气管道的建设，为我国人民提供廉价、清洁、充足的天然气能源，我国的天然气消耗量以每年15%的速度剧增，日后天然气有望成为我国的主要供应能源。

当前，需求量剧增和供应量不足的矛盾尤为突出，在过去的几年，天然气供应面临巨大的挑战。冬季的天然气需求量为全年最旺，政府的“煤改气”的措施更是使天然气的使用量进一步增加，很多地区出现了供气不足的现象。供气不足为人民带来了诸多的生活不便，也相应带来了许多经济损失，负面影响非常严重。故当务之急便是分析天然气短缺原因，分析我国如今天然气行业的形式和短缺成为对当务之急，分析原因后提出应对措施对于保证天然气的顺利供应，推动天然气行业在我国的发展，促进我国的经济转型，进一步促进我国实现绿色发展有重要的意义。

1.2国内外研究现状分析

1.2.1天然气需求量

天然气是一种低成本的低碳环保的能源，它的需求是迅速增长的。在过去10年，天然气在全球范围内的总的消费量一共增长了25%，此增长量共占全球的初级能源消费的23%。在2017年，天然气在全球的范围内的消费增长了3%，这个增量量是自从2010年以来的最快的增长速度，此增长占了一次能源的消费增长的33%，是全球最大的能源来源。对于欧盟，其对低碳能源的需求量非常大，对于天然气的消费量连续三年都在稳步增长，2017年比2016年多增加了4.3%;对于美国，因为电的使用量的增加，故天然气得消费量有小幅度下降，但过去10年的增长率一直保持在20%左右。日本虽然不具备天然气资源的生产能力，但也通过进口液化天然气保持了相对稳定。对于中国，天然气的消费量一直都呈现着直线上升的趋势，在2017年一年中增长了15%。如图1.1。^[1]

图1.1全球的主要经济体的天然气消费的趋势

1.2.2调峰建设

我国的天然气行业正在快速发展,天然气供气调峰的问题也日益显著。在我国，大部分的地区都属于四季分明的，即冬季冷，夏季热，故城市燃气 用户用量也是冬天多，夏天少，然而每周的节假日以及工作日用气量也是不同，每日的早、中、晚也不同。由于供需量的变化很大，故需要进一步调节。^[2]调峰方式包括：储罐储气调峰、高压管道的储气调峰、低温液化储存调峰、高压管束的储气调峰。^[3]

当今世界，一些国家天然气的使用比发达，他们一般把天然气消费管理和调峰设施相结合，可以提高调峰能力。但各国的调峰方式也有一些差异:北美、欧洲、前苏联等国家，他们的天然气资源丰富，主要以陆上管道天然气为主。一般考虑调峰型LNG装置和地下储气库。美国48个州有415个地下储藏库，总工程量约1100亿立方米。日本、韩国等国家，他们的天然气资源不足，所以其资源主要来自海上LNG的进口，天然气的供应几乎没有调峰问题。它们一般都是增加短期和现货LNG贸易、建设 LNG 储罐，并使用中断天然气供应，天然气峰价格。到2016年为止，韩国已经占据了6个接收站和80个储罐，总容量为76亿立方米，总消费量的17%。日本已经有42个码头和184个储罐，总容量为115亿立方米，次容量共占总消费量的9%。^[4]

1.2.3天然气管网

我国的主干管网的干线是陕京一线和二线和三线、川气东送、西气东输一线和二线和三线等，联络线是兰银线、冀宁线、中贵线、淮武线等。他的总的输气能力超过了2 000 × 10⁸ m³／a。在2016年底之前，我国的天然气长输管道的长度是6.8 × 10⁴ km，其中，中国石油公司共投资建设了5.96 × 10⁴ km，一共占了总里程的88 %；中海油公司宫投资建设了900 km，一共占了约总里程的1 %；中国石化公司共投资建设了0.75 × 10⁴ km，一共占了总里程的11 %。除此之外，我国已经有了3条投运的进口天然气管道，分别为中亚跨境天然气管道系统，管输能力510 ×10⁸ m³／a ；中缅天然气管道，管输能力为52 × 10⁸ m³／a；以及广汇哈萨克斯坦天然气管道。管输能力为5.5× 10⁸ m³／a。^[5]

1.3研究的基本内容及方法

1.3.1研究的基本内容

作为清洁、廉价的能源，天然气逐渐成为中国的主要使用气源之一，而其发展仍然存在很多问题，本文主要针对京津地区冬季天然气短缺这一现象，研究中国天然气行业现状、发展趋势，进而分析造成冬季天然气短缺的原因，并提出措施，具体分为：

（1）阅读文献，熟悉研究背景，了解天然气行业现状、天然气行业发展趋势；

（2）了解并分析我国天然气需求情况、政策情况；

（3）了解并分析现阶段我国天然气技术现状，如调峰技术、储存技术、管网技术；

（4）通过综合分析，从等调峰、管网、政策等方面寻找我国天然气短缺原因，并提出解决措施；

（5）使用sps进行工况仿真，得出多个调峰方案，并研究如何得出最佳调峰方案。

1.3.2研究方法

（1）对于国内外天然气行业发展现状，运用文献法，注重于对基础、共性的文件进行筛选、阅读、研究、分析、总结，从而了解国内外天然气发展现状；

（2）对于气荒原因，运用系统分析的方法，确定天然气行业存在的核心问题，然后通过阅读文献了解国外发展现状，通过比较、分析得出可以借鉴之处，再通过分析、比较、综合，提出基础设施的改进方案；

（3）使用sps软件模拟永清-唐山-秦皇岛段输气管二号线工况，得出调峰方案；

（4）使用秩和比法对多个调峰方案进行比较，得出最优的调峰方案。

第2章 气荒原因分析

作为清洁能源的天然气在我国需求量日益上升，出现了冬季短缺的现象，本章节运用文献法、系统分析法，从天然气需求、储运条件、相关政策等方面出发，研究“气荒”出现的原因。

2.1天然气需求量劲增

2.1.1天然气供需现状

（1）我国天然气供应供应来源

1）国内来源

国内的天然气资源主要有常规天然气和非常规天然气。在国内，储量的常规天然气的量不大，我国2017年矿产资源情况显示，2016年低前，我国的常规天然气的地质资源（包括致密气）达到了90万亿立方米，可以开采的资源量有50万亿立方米，剩余技术得可采的储量有5.4万亿立方米，一共占了世界得总储量的2.8%，排在世界的第九位。2017年，我国的常规天然气的产量是1368亿立方米，这样来计算，储采比是40年。中国的非常规天然气的资源的潜力很巨大，其中页岩气得储量相对较高。根据美国能源信息局环境影响评价统计数据，我国的页岩气技术的可采资源占了世界的20%，排世界第一位。我国非常规天然气勘探尚处于起步阶段。随着勘探工作的进一步深入，我国非常规天然气资源潜力将进一步释放。^[1]

2）国外来源

在2017年中国进口了916亿立方米的天然气（包括3家天然气龙头公司），相比2016年，一年中增加了27%的进口量以及9.9个百分点。在2017年，相比2016年同时期，中国天然气净进口量一年中增加了195亿立方米（110亿立方米）。

对于月进口量来说，在12月达到了进口量的顶峰，其达到103亿立方米，比2016年的进口量增加了19%。为了保障天然气冬季的有效供应，天然气公司要加快各自的进口的速度。在12月，其进口量达到了789万吨，是2016年423万吨的1.9倍。如图2.1。^[6]

图2.1 2016年和2017年进口量变化

天然气产量与消费量

1）天然气产量

近几年，我国天然气的供应能力在不断提升，在2017年，我国的天然气的产量达到了1453.2亿立方米，此年的产量比2016年上升了9.4%，比改革开放初期的产量增加9.7倍，其中，常规天然气的产量为1339亿m³，非常规天然气的产量为141.6亿m³。合成天然气的产量达到21.6亿立方米，比2016年以高了33.9%；管道进口气和天然气输出量分别达到425.8亿立方米和494.1亿立方米，分别比之前上升11.1%和46.4%。如表2.1。

表2.1 2017年中国天然气生产与需求

截止2018年8月，天然气的产量共达到了1036亿m3，此产量比2017年的增长了6%；而进口量是789亿m3，此进口量比2017年增长了38.6%；而天然气的表观消费量是1804亿m3，比2017年增长18.2%；天然气对进口的依存度也第一次从40%增加到42.68%。

2）天然气消费量

而2017年天然气的消费量达到2386亿m³，比2016年增加363亿立方米，增长率为18.2%，天然气消耗量达到全球第三，见图2.2。^[8]我国的天然气需求量的增长主要来自下面几个方面:自然增长、天然气发电、工业煤改气、居民煤改气等。在其中:对于自然增长，按照GDP增速6.5%和2017年2386亿方的量来推算，大约为155亿方;天然气发电的增量约90亿方；对于工业煤改气，2018年增量预计约为100亿方;对于居民煤改气增量，假设新增的壁挂炉的数量是300万台, 而每户的用气量是1500方，新增的需求为45亿方，见图2.3。2018年，我国天然气需求增长预计约为390亿方, 比2017年增加16.35%。^[7]

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