天然气运输方式的经济性比较,到底哪个更好呢?
天然气有多种输送方式,主要包括管道运输(PNG)、液化天然气运输(LNG)、压缩天然气运输(CNG)、天然气合成油运输(GTL)、吸附储运(ANG)及天然气水合物储运(NGH)等。目前,我国天然气长输管道蓬勃发展,全国性管网逐步形成;同时,用LNG与CNG公路罐车运输天然气已经遍及全国管道供气尚未覆盖的城镇。3种主要天然气运输方式各有优缺点:PNG是天然气输送最稳定、有效的方式,但管道投资巨大,当输气规模小而运输距离长时,单位体积天然气输气成本较高;CNG罐车运输是城镇燃气供应的有效方式,尤其适于小规模市场,但由于CNG罐车单车运气量小,受规模和运输距离的限制较大;与CNG罐车相比,LNG罐车运输单车运气量增大,但液化流程复杂,LNG工厂建设投资大,液化费用高。 Sydney Thomas等对比分析几种输气方式得出:CNG成本低、操作简单,相比LNG有一定的竞争力,尤其是小规模市场,如油田伴生气和小储存量气田。Khalipour等分析了LNG、CNG及GTL以海运的方式从天然气开采到运输再到输配给用户的整个过程,计算了净现值,并分析了不同的气田储气规模下运输距离对净现值的影响。董丽分析了CNG及LNG供气工艺的经济性,分别比较运输成本和储配站固定资产投资,但没有将二者进行
综合比较,且这种比较是在一定的运输规模与运输距离下进行的,适用范围小。陈显冬以供气规模为2×104户和5×104户为例,比较了不同距离时CNG及长输管道这两种供应方式的成本,得出了CNG供气的启动规模及最大规模。刘健辉建立了PNG、LNG与CNG的经济模型,并进行比较分析,但在这些经济模型中,单位体积天然气的输气成本只是运输距离的函数,忽略了输气规模的影响。 因此,为了研究3种主要运输方式各自的适用范围,需要对其分别进行成本分析并作比较。在成本分析中以高压管道气或气田气为气源,只考虑从气源地到用气地的工程费和运行费,不考虑气源成本。1 3种主要运输方式成本分析
1.1 PNG 由于长输管道分输站或气田气的天然气压力一般较高,天然气利用自身压力,降压输送到用气地门站,不需要加压站。根据以往经验,一般输送距离在500~600 km时,可以不加压输送。因此,输送费用只包括管道及其附属设备的折旧费、管道维护与巡检费。 根据国内小管径(200~300mm)、短距离(500 km以下)输气管道建设经验,管道工程平均造价按200×104 元/km计算。采用等额分付的方法进行动态折旧,投资折旧公式为:
式中:行业基本投资收益率i=0.12,管道使用年限t=30年,由此计算得到年综合折算系数I=0.124。 由于不需要加压,管道的运行成本主要体现在维护和巡检上,每年运行
成本按1.5×104 元/km计算,得到PNG单位体积天然气的输气费用为: 式中:WPNG为PNG单位体积天然气运输成本,元/m3;L为运输距离,km;q为日输量,104 m3/d。 1.2 LNG LNG 公路运输需先将天然气液化,然后用LNG罐车运送至气化站。费用包括液化工厂、气化站及罐车的折旧费,罐车的运行费,LNG的液化及气化费。液化工厂与气化站使用寿命为20年,罐车为10年。液化工厂投资较大,投资情况较复杂,与很多因素有关,如厂址、原料气气质与产品标准、生产规模、材料成本以及现场劳动力成本等。为了便于建立经验公式,做简化处理,液化工厂的投资按下式计算:
式中:CLNG,1为LNG液化工厂投资,104元。 LNG气化站的建设投资中,工程直接费约占项目总造价的70%,设备费占工程直接费的48%~50%。设备费中储罐占较大比例,因此将设备费分为储罐费和其他设备费。根据相关设备价格及资料分析,得到设备费与输气量的关系: 式中:Cs为LNG气化站设备投资,104元。 则气化站的总投资为:
式中:CLNG,2为LNG气化站总投资,104 元。 LNG罐车(其水容积为53 m3)一次可充气3.286×104 m3(LNG体积约为标准状况下同质量天然气的1/620)。为满足用气量,每天需要的车次为q/3.286。罐车每次往返一次充装LNG和
卸气的时间为3.5h,行驶速度为70km/h,一天按21h计算,需要罐车车数n为:
购置罐车费用为150×104元/辆,考虑到罐车使用寿命只有10年,第11年要重新购置新罐车,为方便计算,将购买罐车的费用一次性算到建设初期,相当于一次性购买的罐车数量为2n,20年折旧。罐车总投资:
式中:CLNG,3 为LNG罐车投资,104元。 运行费包括液化费、气化费及罐车运行费(表1)。液化费与气化费分别按0.5 元/m3和0.1元/m3计算。
式中:WLNG,yx 为LNG罐车运输单位体积天然气的运行费,元/m3。 LNG罐车运输的总投资为: 式中:CLNG为LNG运输总投资,104 元。 根据式(9),可得单位体积天然气初始建设投资折旧费为: 由此可得单位体积天然气运输成本经验公式: 式中:WLNG为LNG公路罐车运输单位体积天然气的运输成本,元/m3。 1.3 CNG
CNG公路运输需要将天然气加压至25MPa,体积压缩为标准状态下同质量天然气的1/300,然后用CNG罐车运送至CNG调压站。费用包括CNG加压站、调压站及罐车的折旧费,罐车的运行费和CNG的加压费。加压站及调压站的使用寿命为20年,CNG罐车为10年。 加压站的费用主
要包括土建费用、安装费用、设备费用及其他费用。其中设备费主要是压缩机费用。假定选用2000 m3/h 的压缩机,其价格为100×104元/台,至少一台备用。一台压缩机的排气量为4.8×104 m3/d。则加压系统的投资为:
式中:Cjy为CNG加压系统投资,104 元。 基础费用(与供气量无关)按400×104元计算。总的设备费用以及安装土建费用约为加压系统投资的2倍。则加压站的总投资为:
式中:CCNG,1为CNG加压站总投资,104元。 调压站的主要设备有调压换热系统、储罐、加热系统等,其中储罐一般采用球罐。调压换热系统价格约为100×104元/套。一个2000 m3的球罐价格约为300×104元,其压力为1.6 MPa,储气量32000 m3。储存3天的用气量,需储罐的数量为3q /3.2。其他设备费用共100×104元,土建安装等费用为100×104元。则调压站的总投资为:
式中:CCNG,2为CNG调压站投资,104元。 CNG罐车一次可充气4550m3。为满足用气量,每天需要的车次为q /0.455。罐车每往返一次充装CNG和卸气的时间为3.5 h,行驶速度为70 km/h,一天按21 h计算,则需要罐车数量为: 购置罐车费用为100×104元/辆,将购买罐车的费用一次性算到建设初期。那么,罐车总投资:
加压费按0.2元/m3计算。CNG 罐车的运行费用与LNG