天然气可以通过管网运输,或者液化为液化天然气。

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为了提高能源输送密度,通常天然气是通过高压管道运输(80bar)。由于天然气密度增加,在管道直径和流量不变的情况下,相同时间内管道可以输送更多的天然气。在长距离运输过程中存在压力损失的情况,因此天然气每输送100~200公里需要再次压缩。而压缩站是通过燃气轮机来给天然气增压,而燃气轮机的燃料则是直接使用管道运输的天然气,因此在长距离运输中,这些压缩站将消耗掉管道运输中非常多的天然气。据估计,从西伯利亚至欧洲(距离约为5,000km)的天然气管道运输中压缩站将消耗掉10%的天然气。

过去十年间,分散在各地的天然气市场由于液化天然气(LNG)的普及变得越来越融合。而为了运输液化天然气,必须要有以下三个运输链要素。

  • 天然气液化厂,一般位于液化天然气出口国的海港,主要功能是天然气液化与储存;
  • LNG轮船;
  • 天然气气化厂,位于天然气进口国,用于将液化天然气气化,同时送入至管道系统。

液化天然气出口国和进口国越多,供应商的灵活性和天然气的需求量也越高。例如,如果欧洲天然气价格偏低,液化天然气出口国可以向价格更高的日本供应天然气。 LNG的日益增长引发了天然气的套利交易,也导致世界各地的天然气价格出现大幅度上涨。 欧洲近20%的天然气市场被LNG进口国占有。

由于液化天然气能量密度相对较低,只有当远距离传输的时候管道运输成本才会高于LNG。这不仅体现在投资成本,也体现在运营成本。从图1可以看出,单位能量的天然气比石油或煤的输送成本更高。

图1:远距离输送能源的成本比较

LNG与管道运输天然气的成本高低会随着生产者和消费者之间的距离发生变化。一般而言,2000~4000公里的运输距离适合以液化天然气的形式运输。而俄罗斯的天然气仍通过5000公里的管道输送至德国,这是由于西伯利亚气田远离无冰海域,无法以液化天然气的形式运输。

天然气存储

与电相比,天然气更易于存储。一般而言天然气存储量受温度和季节的影响,冬季天然气的消耗量是夏季的6倍。因此在夏季存储天然气,能保证冬季的供应安全。

天然气的存储分为地下存储和地面存储。一般说来,地下存储的容量更大。地下存储又分为:

  • 多孔岩层存储
  • 洞穴存储

在德国,天然气被存储在盐层中。盐层包括枯竭的油气田或所谓含水层。

岩洞是通过浸出盐矿产生的(如图2):将水(通常是海水)送入未开采的盐层,除去盐层中的盐。然后将饱和盐溶液送回大海,同时再次将淡水送入盐层中,如此循环往复,越来越多的盐从盐层中释放,洞穴容积不断的增加。这个过程将持续几个月到几年,最后可以形成高到300米直径接近50米的存储洞穴。

图2:洞穴存储的示意图

图3所示,在德国南部多孔岩层存储较为普遍。这里有充满水的多孔岩层。如果在这些岩石层之上存在透气层,则可以通过给天然气加压,将水挤入透气层,以此在多孔岩层中存储天然气。在岩层中存储天然气的前提是气体无法渗透进岩层,这样天然气就无法横向泄露。这些存储岩层的钻探深度可达1500米。

图3:多孔岩层存储的示意图

在岩层中会被抽出利用的天然气存称为工作气体。 在常规存储操作期间,有一部分天然气则是用于保持储存岩层的压力并不会被抽出,这部分天然气也被称为缓冲气体。

多孔岩层存储有较大的工作气体体积和缓冲气体体积,但是由于进出料速度慢,其效率较低。完全填满或清空存储需要40到100天。这些特性(较大的工作气体体积和较慢的进出料速度)使得多孔岩层存储适用于季节性存储:在夏季填满存储空间(因为天然气夏季消耗量很少,因此存储天然气),以满足冬季对天然气的高需求。

由于天然气消耗的季节性较为明显,天然气储存和运输基础设施(管道)也是参与市场及成为终端客户供应商的重要前提。 因此,天然气的存储空间的获取也受到相关规范的约束,存储库所有者有义务无歧视地向第三方提供存储空间。

德国天然气储藏库可以吸纳超过20亿立方米的工作气体,数量接近德国每年天然气消费量的四分之一。

与地下储存相反,地面储藏的体积较小,大多是球形或管道存储器。 地面存储库可以平衡每天天然气的消费波动。 此外,管网本身也可以通过改变传输管道的压力来平衡天然气消耗的部分波动。 然而,由于管网的消耗设备的调节范围有限,因此使用天然气管网来当做存储器的能力是有限的。