2023年中国天然气调峰特性及2024年市场供需展望

为了助推天然气在中国新型能源体系建设中发挥更大的作用,回顾了2023年中国天然气市场调峰需求的主要特点,展望了2024年中国天然气市场的发展趋势。研究结果表明:(1)2023年,中国天然气供需总体宽松,天然气季节性调峰量为212×10^(8)m^(3),占该年全国天然气消费总量的5.4%,较2022年有所下滑;(2)2023年中国高月天然气不均匀系数为1.34,低月不均匀系数为0.85,月峰谷比为1.57,消费量月度波动幅度在年初市场异常和淡季需求量增长的影响下有所收窄;(3)2023年中国高峰天然气日消费量在历史性寒潮的刺激下直线攀升,峰值达到15.7×10^(8)m^(3)/d,同比增长18.9%;(4)城市燃气和发电用气成为2023年中国天然气调峰需求的主力,工业燃料和化工原料用气在一定程度上平抑了天然气消费量的季节性波动;(5)2023年中国储气设施顶峰能力再上新台阶,经营品种更加丰富;(6)在诸多有利条件叠加的情景下,预计2024年中国天然气需求量将有望达到4264×10^(8)m^(3),同比增长8.8%,新增需求量以工业燃料和发电用气为主;(7)2024年中国天然气调峰需求量预计为227×10^(8)m^(3),同比增长7.0%;(8)预计2024年中国天然气供应能力增长将超过需求量增长,整体上继续保持供应宽松的格局,并且在积极情景下LNG现货需求将保持旺盛;(9)建议国内天然气进口企业高度关注国际市场供应侧风险,销售企业提前做好冬季资源储备,城市燃气企业利用改革红利及时补齐相关短板,设施经营企业积极拓展市场化经营模式。

胜利探区油气共/伴生资源综合利用前景

胜利探区发现了多种油气共/伴生资源,部分为关系国防、农业、高科技等行业安全的战略资源,极具开发利用价值。针对目前研究较深入、已经工业化生产的氦气、卤水(钾盐)、铀矿等,分析了其在中国的勘探开发现状、在胜利探区的赋存特征、成矿条件及综合利用前景。研究结果表明:①氦气高异常主要分布在济阳坳陷、柴达木盆地的10余个地区,元古界—新生界的多个层位,具有与常规天然气、非烃气、页岩气等伴生的多种赋存类型。②济阳坳陷、柴达木盆地在古近纪—第四纪均具有发育卤水(钾盐)的古气候、古环境,其中东营凹陷油田水含有丰富的溴、锂、钾等,柴达木盆地的油田水中钾、锂较高,部分地区含量值达工业品位。③铀矿的主要类型为砂岩型,车排子凸起的多口井在白垩系、新近系呈现高异常自然伽马值,为最有利的伴生铀矿远景区;吐哈盆地、柴达木盆地及济阳坳陷的部分胜利探区也具有发育铀矿的铀源、构造、岩相、水文地质等成矿条件,部分井的自然伽马测井数据表现出高异常值。整体上胜利探区油气共/伴生资源具有类型多、分布层位多、异常区域广的特点。若充分利用胜利油田在勘探基础资料、地质基本认识、工程设施等方面的天然优势,尽快系统开展油气共/伴生资源成藏(矿)规律研究、资源潜力评价、提取工艺技术攻关等工作,有望将其发展成为新的业务增长极。

吉林油田CCUS-EOR技术攻关与实践新进展

CO_(2)捕集、埋存与提高原油采收率(CCUS-EOR)技术可大幅度提高原油采收率并实现CO_(2)有效埋存,同时兼具减碳、增油两大功能,是落实“双碳”战略和保障能源安全的重要技术手段。中国石油高度关注CO_(2)资源化利用问题,在系统研究原始油藏、中高含水、高含水及特高含水油藏CO_(2)驱油机理与埋存潜力的基础上,研发了关键技术和工艺装备,形成了集CO_(2)捕集、输送、注入、采出、驱油、埋存、防腐等为主体的CCUS-EOR全产业链一体化技术体系,并率先在中国石油吉林油田开展了CO_(2)捕集埋存与提高采收率矿场实践。研究结果表明:①矿场试验证实CO_(2)驱油可提高采收率20%以上,现已累计注入CO_(2)达320×10^(4) t;②矿场实践系统揭示了陆相低渗透油藏CO_(2)驱油与埋存规律,验证了CO_(2)捕集输送、注入采出、驱油埋存与循环利用全流程技术的适应性,实现了CCUS-EOR减排增效一体化。结论认为:①吉林油田建成了国内首个全产业链、全流程CO_(2)捕集、驱油、埋存与循环利用示范工程,实现了陆相沉积低渗透油藏CO_(2)驱油采收率的大幅提高和CO_(2)的安全埋存;②系统总结了吉林油田近年来在CCUS-EOR方面的最新研究进展和矿场实践认识,指明了油气田CCUS-EOR应用前景,并提出了以新质生产力推动相关企业产业化发展的具体建议。

中深层水热型地热资源集群式开发井位部署参数研究与应用——以HTC地热田为例

在中国“双碳”战略背景下,清洁能源的高效开发利用逐渐成为各行业关注的焦点,而中深层水热型地热资源是一种储量丰富、运行稳定、绿色环保的清洁能源。近年来,随着地热资源开发利用程度逐渐增加,开发模式逐渐向集群式发展,相比以往的分布式开发模式,集群式开发具有经济、稳定、抗风险能力高、改扩建能力强等优点。但开发模式、采灌井网、采灌井距等关键参数仍在探索阶段,这些参数对集群式开发影响明显,亟须对此开展机理研究、优化关键参数。以HTC地热田作为研究对象,利用数值模拟技术,耦合地下温度场、压力场、水流场建立数学模型,分析不同开发模式、采灌井网、采灌井距条件下地下温度场、压力场、水流场变化规律,确定最优参数,指导矿场生产。实践证实,该方法可有效保障地热开发项目稳定运行,实现地热开发项目经济效益最优化。

济阳坳陷深层地热资源研究进展与下步展望

济阳坳陷地热资源分布范围广、资源潜力大,是胜利油区未来地热资源开发利用的重要方向。为科学、高效地开发利用济阳坳陷地热资源,系统梳理了关于济阳坳陷水热型和干热岩型地热资源的热储层、热盖层、热源等地热地质条件,分别计算了2类地热资源的资源量,揭示其地热资源潜力。研究结果表明,济阳坳陷水热型地热资源主要赋存在馆陶组、东营组及下古生界等,其中馆陶组为水热型地热资源潜力最大的层系,分布广、资源量大,是下步重点勘探开发利用层系。济阳坳陷属于“冷壳热幔型”沉积盆地,具有较高的大地热流值,干热岩型地热资源热储层主要为太古宇的岩浆岩和变质岩,深部地幔热流是其主要热源,热储层分布面积大,温度均较高,其资源丰度为渤海湾盆地中最高。济阳坳陷地热资源丰富,为加快其开发利用步伐,建议水热型地热资源要加强地热资源与油气的关系及资源分区评价2项关键工作;干热岩型地热资源的勘探开发仍处于起步探索阶段,今后需要重点加强其热储层类型的选择与热源机制2个方面的研究。

中深层水平连通地热井取热特性研究

高效取热技术是实现地热效益化开发的关键,建立了水平连通地热井数值仿真模型,计算了连续开采和间歇开采工况下的出口流体温度和换热量,研究了注入温度、注入流量、水平段长度对系统换热性能和岩层温度恢复能力的影响。结果表明,随着注入流量增加,地热井出口水温下降,但整个系统换热量提高;当注入温度较高时,可有效提高出口水温,但系统换热量降低较大;随着水平段长度增加,出口水温和换热量逐渐上升,换热性能提高;岩层温度恢复能力随注入流量和注入温度的增加而提高。综合考虑钻井成本、水泵功耗等因素,适量增加注入流量、降低注入温度、增加水平段长度能有效提高水平连通换热井的换热性能;虽然高的注入温度可提升岩层温度恢复能力,但不利于提高系统换热性能。

地热储能技术研究进展及未来展望

地热储能技术是以地下流体为热载体,利用地下多孔介质空间存储能量,在必要时将其采至地面进行综合利用的一类技术。该技术从20世纪六十年代至今不断发展,针对不同行业的取能及减排需求,形成了基于不同热载体、不同规模、不同储能方式的技术体系,在技术创新过程中,在地热储能理念上实现了从“地球电池”的单一储能形式向“地球充电/热宝”多能互补储/供能系统的转变,充分利用地热储能技术“规模大、应用广、跨季节以及成本低”的特点,具有储热空间大、热利用效率高、安全性好以及绿色低碳等优点,目前全球范围内已经有多个项目试验了工业余热以及可再生能源的地热化存储并取得了良好的效果,展现了较好的技术实用性和广阔的发展空间。对能源的稳定供应和高效利用意义重大。地热储能与热提取的主要机理有热传导、对流换热、热弥散、热虹吸效应以及物理化学作用等,同时通过流体与岩石之间的热—流—固耦合作用实现能量在地下的储存、传递与转换,因此地热储能的效果取决于流体—岩石相互作用以及地热储能的方式等,且储热层内流体类型越多,所涉及到的机理越复杂。本文首先阐述了地热储能技术在国内外的发展历程,归纳总结了地热储能过程中基于流体—岩石相互作用的传热与储能机理,在总结前人工作的基础上对地热储层过程中储热层选址、含水层深度选取以及储能载体选择等关键技术难题及其研究现状进行了分析,同时对全球范围内主要的地热储能项目概况及运营现状进行了梳理和总结。研究认为,储热层的孔隙度、渗透率、厚度、各向异性及非均质性等参数对其储热效率及规模有较大影响,在选址过程中应当综合考虑储热层性质、热载体性质以及与地面热源的匹配程度。在此基础上,本文对地热储能技术的应用前景进行了展望,同时从储热机理上指出了该技术可能面临的一系列挑战,认为未来地热储能技术的研究突破点在于与碳捕集、利用与封存技术以及风、光、电等可持续能源的联合存储与利用,寻找隔热性能好的地下空间,研发和利用高性能的热能载体以及防堵塞与腐蚀技术的攻关等。作为对现有能源体系的进一步高效利用方式以及有益补充,地热储能以其在削峰填谷、节能减排以及能源综合利用等方面的独特优势,具有巨大的潜在资源量与市场潜力,是未来低碳地质能源发展方向。

西南油气田CCUS/CCS发展现状、优势与挑战

中国石油西南油气田公司(以下简称西南油气田)是中国西南地区首个天然气年产量超400×10^(8) m^(3)的油气生产企业,其天然气新建产能、产量的增量分别占到全国增量的1/4和1/3,预计2030年天然气开发的碳排放量将突破500×10^(4) t。为解决天然气高质量上产过程中碳排放量刚性增长的问题,西南油气田主动围绕“天然气+CCUS”的战略规划,积极部署CCUS/CCS工作,以期打造“绿色能源西南模式”,助力实现“双碳”目标。为此,系统阐述了西南油气田在CCUS/CCS业务规划、标准体系、技术系列等方面的发展现状,梳理了其CCUS/CCS业务在资源、技术方面的优势,并分析了面临的技术成熟度不高、经济效益缺乏、社会接受度不高等挑战,最后作出了展望并有针对性地提出了下一步建议:①攻关形成具有气田特色的CCUS/CCS技术体系,打造气田CCUS/CCS原创技术策源地;②建立气田CCUS/CCS标准体系,推广应用气田CO_(2)驱气提高采收率(CCUS-EGR)和CO_(2)埋存技术;③依托西南油气田自有碳捕集、输送、驱气、封存等技术,进一步延伸拓展传统油气主营业务产业链,建立西南片区CCUS/CCS产业集群和碳库,助力中国石油成为CCUS/CCS产业链链长;④探索页岩气注CO_(2)及混合气体提高采收率技术,支撑在页岩气领域开辟新的CCUS方向。

地下渗流场对中深层水平井同轴套管取热性能的影响

为提高中深层地热井取热效率,设计了一种水平井同轴套管换热器,考虑地下渗流场作用,研究了渗流速度、渗流方向、水平段长度等因素对水平井同轴套管换热器取热性能的影响。结果表明:水平井同轴套管换热器的出口温度和取热功率比传统垂直井同轴套管换热器提高了12.6%和42.9%;间歇开采工况下取热系统的出口温度降幅较小,且地层温度恢复更好;当含水层的渗流速度大于5×10^(-8)m/s时,系统出口温度高于无含水层,渗流速度过低不利于地热井取热;渗流方向垂直于水平段,对系统取热性能的提升效果强于与水平段同向工况;适量增加注入流量、降低注入温度、增加水平段长度,可有效提高地热井取热量。

驱动源及低温热源双向梯级利用热泵工艺研究

为提高一次能源利用效率,针对大庆油田吸收式热泵余热提取工艺进行了改进,采用驱动源和低温热源双向梯级利用热泵工艺,提高了能源利用效率。传统热泵工艺COP为1.7,采用双效梯级利用工艺COP达到2.7。双向梯级利用热泵工艺为耦合蒸汽直拖离心式热泵和蒸汽驱动吸收式热泵对余热余压梯级利用的工艺流程,利用中温中压蒸汽梯级驱动两级热泵,充分发挥了蒸汽的做功能力;同时梯级提取含油污水低温余热,使含油污水温度从35℃降至21℃,传统热泵工艺从35℃降至25℃。综合能源利用效率较传统热泵工艺提高了50%。

面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域

燃气机组调峰的灵活性有助于提升可再生能源消纳水平,但所造成的管道压力剧烈波动却为天然气管网引入新的安全风险。该文提出一种面向燃气机组调峰的天然气管网动态安全域,以表征满足动态管流安全的燃气机组有功调整量的集合。首先,分析以时域连续的气负荷质量流率作为注入空间的天然气管网动态安全域难以实用化的原因。为此,提出将燃气机组进气口质量流率转化为有功调整量的函数,定义以初始运行点为基准、以各燃气机组有功调整量为注入空间的天然气管网动态安全域。为兼顾计算精度和效率,基于时空正交配置法对管网连续变量进行近似离散,建立安全域边界搜索优化模型。并进一步揭示天然气管网稳态安全域可通过松弛该优化模型中部分约束条件求解得到,为动态安全域的一种退化形式。算例结果表明,所提方法克服天然气管网稳态安全域对于日内安全分析过于乐观的局限性,有助于增强电力-天然气耦合系统的协同态势感知能力。

针状焦在不同领域中的应用

针状焦是人造石墨的重要原材料之一,具有结晶度高、热膨胀系数小、取向性好、导电性能及导热性能优异等特点,被广泛应用于电炉炼钢的超高功率石墨电极、特种炭素制品、锂离子电池负极等领域。基于针状焦材料,从材料合成、结构设计和性能优化等角度,详细讨论了针状焦在不同领域中的应用场景和面临的挑战,并提出优化改进方案。

国有大型油气企业新能源发电项目经济评价探讨

国有大型油气企业基于减排降碳和可持续健康发展考量,积极探索新能源发电业务,投资项目经济评价方法和参数,成为影响新能源发电业务投资决策和高质量发展的决定性因素。基于经济评价基本原理,根据新能源发电项目技术经济特征,构建新能源发电项目经济评价方法和参数体系。折现现金流法仍然是新能源发电项目经济评价的主要方法,内部收益率和平准化度电成本是衡量项目盈利能力的重要指标。不同类型新能源发电项目经济评价方法具有较高的一致性,但应在投资构成、成本费用估算、收入与税金估算等方面体现差异,重点在营业收入估算中体现项目真正价值。在规制性配置储能要求以及储能收益政策有待落实的情况下,新能源发电项目效益有待提高,建议现阶段适当降低投资回报要求,尤其是出于市场拓展和协同发展目的的战略性新能源发电项目。项目电价和有效利用小时数对新能源发电项目的影响至关重要,应视情况合理选取参数。风光气电融合项目应分业务估算成本。国有大型油气企业应积极开展宏观配套政策和商业模式创新研究,以支撑新能源发电业务的高质量发展。

中国油田地热开发利用现状与发展方向

基于中国地热发展现状、地热资源赋存和分布特点、不同地热开发方式对比,分析了油田地热资源开发利用潜力,并探讨了中国地热产业,尤其是油田地热未来的发展方向。研究结果表明:(1)中国的地热资源较为丰富,以中低温地热资源为主。浅层地热资源分布全国;中低温地热资源分布于沉积盆地、东南沿海和隆起山区,在不同深度形成了大面积分布的含地热水的热储层,为水热型地热资源;高温地热资源集中分布在西藏南部、四川西部、云南西部和台湾地区。中国浅层地热能资源(浅于200 m)年可开采量折合7×10^(8)t标准煤。(2)由于浅层地热能开发利用的环境与效率问题、深井直接换热的效率问题,以及干热岩开发利用的技术瓶颈问题,中深层水热型地热资源将是当今中国地热资源开发利用最主要和最现实的领域。(3)油田地热开发中形成了地热资源勘查与评价、砂岩地层回灌、废弃井改造为地热井、高温钻完井等一批关键技术,均在大型地热开发项目中得到成功应用。油田拥有丰富的采出水资源,可以直接利用,大量的废弃井或低效油井可以通过工艺改造为地热井进行地热资源开发,从而降低地热开发成本,提高地热项目的经济性。(4)油田地热除用于油田生产用能替代和清洁供暖外,中低温地热发电、氦气等伴生资源的开发、废弃油气藏储热和CO_(2)封存等领域的发展潜力巨大,地热综合开发利用是油田地热未来发展的主要方向。

FLNG船舶能量管理系统设计与性能优化

浮式液化天然气生产储卸装置(floating liquefied natural gas system,FLNG)特种液货船作为开发海上天然气田的新式装置,极大的方便了对处于深海的气田的开发利用,该文以“Prelude”号FLNG作为母船,提出一种新型FLNG低温能量管理系统。该系统主要利用液态空气作为媒介储存和释放能量,通过液态空气冷能与混合制冷循环相结合实现天然气液化过程,在提高LNG生产性能的同时集成了CO_(2)液化循环和电力的生产,通过CO_(2)液化和剩余冷能发电提高系统的输出性能,实现了FLNG船舶冷能的多级利用,也为FLNG船舶冷能利用提供新方法,新途径。所提系统相较于基准模型具有更好的性能,在7.04年可实现成本回收。最后采用多目标性能优化,进一步提高系统㶲效率达60.67%,同时降低约2.3%的成本。该FLNG低温能量管理系统有高效、低耗、稳收益、低碳化等特点,可更好优化海上LNG供应链,促进航运业“双碳”发展。

电气化甲烷重整技术研究进展

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO_(2)排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO_(2)排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。

“双碳”目标下氢能发展机遇、难点与路径选择

从我国能源消费现状入手,介绍了碳排放"双控"进展,分析了水电、核电、风光电等作为主力能源的短板以及氢能的主要特性。从国内外视角出发,着重阐述了氢能发展的机遇和加快替代化石能源的紧迫性。以案例法对电解水制氢主要成本组成、相互关系以及不同电价、不同年利用小时数对制氢成本影响的敏感性进行研究,对化石能源制氢增加"碳捕捉与封存技术"后成本变化进行比较,针对性地提出降低绿电制氢成本、开辟氢能生产新渠道、破解关键技术、扩大氢能化改造等解决方案。结论认为,以政策扶持为动力、以多方联动加快试点示范为方法、以"绿电+储能+氢能"组合弥补清洁能源的短板是实现"双碳"目标和绿色发展的首选路径。

山东武城地热供暖项目建设与实践

“双碳”目标下,2021年冀东油田在山东省德州市武城县建设了首个中国石油域外清洁能源地热供暖项目,建成集中供暖面积235×10^(4)m^(2),后期扩建至310×10^(4)m^(2)。文章从地面工程建设布局、抽水回灌试验及实施效果、地质资源评价体系、“6类18项”地热能开发技术运用,以及管理经验等方面进行分析,认真分析武城县地热地质情况,通过地热资源评价,合理制定及实施采灌试验,依托中国石油勘探开发、地质评价及工程建设等地热能开发利用技术优势,进行地热开发工程建设,达到项目建设运行效果,实现政府民生供暖项目保障要求,满足各项地热开发利用规范标准。该项目每年供热量55.656×10^(4)GJ,折合标准煤5.417×10^(4)t/a,减排CO_(2)量3.7919×10^(4)t/a,为成功实施城区集中供暖清洁替代探索出一条可行路径。

大庆喇嘛甸油田低碳示范区建设探索与实践

“双碳”背景下,大庆油田全力构建清洁高效的能源体系,打造千万千瓦级新能源基地。喇嘛甸油田结合特高含水开发及整装油田典型特点,依托资源优势,探索建设喇北北块低碳示范区。以全面能源调查为基础,明确将灰电与天然气作为替代目标,确定了“节能降碳、清洁替碳”两步走建设思路。结合油田用热特点,整体部署油田余热、地热、光热及电热多能互补方案,全面实施工艺流程再造、立体化节能、清洁热能替代、清洁电能替代。根据油田中部地区管网密度大、周边可利用土地多的特点,以最大发电量、最小弃电量为目标,整体优化风光发电建设布局和规模,以实现区域多能互补、供用能平衡及高替代率。低碳示范区将新能源技术与现有生产工艺深化融合,开展了先导性的储能、制氢、微电网、能源管控技术研究。低碳示范区预期2025年全面建成,清洁能源替代率将达到46.4%,将有力推动油田能源变革、绿色低碳转型。

基于FLACS的氢气站场泄漏扩散模拟研究

氢能作为一种清洁能源将被大规模开发利用,氢气长输管道和沿线站场建设也随之增加。为研究不同条件下氢气泄漏扩散规律,建立了氢气站场FLACS三维模型。在障碍物存在下,对不同泄漏压力、泄漏孔径和泄漏温度下氢气的泄漏扩散进行了模拟,对比了可燃气云的扩散范围,分析了不同因素的影响规律。结果表明,障碍物使氢气泄漏方向发生改变,可燃气云的扩散范围快速增大,工况7中,7 s内(8~15 s)可燃气云面积快速增加至整个站场面积的73.3%。泄漏压力和泄漏孔径增加均可使可燃气云的扩散范围增加:对于4 MPa低压泄漏,泄漏孔径变化影响更加显著;对于100 mm大孔泄漏,泄漏压力变化影响更加显著。泄漏温度从293 K增加到353 K,氢气分子热运动加快,但泄漏温度变化对气云扩散范围的影响并不明显。本研究可为氢气站场泄漏事故的防治提供参考。