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德国的天然气输配状态研究

更新时间:2015-11-2 来源:新疆燃气设备网  [收藏此信息]

德国的天然气输配状态研究范文

德国是全球第4大天然气消费国和第2大天然气进口国,天然气作为一次能源在其能源消费结构中占据举足轻重的地位。此外,德国因其地理位置特殊而成为欧洲大陆最重要的天然气运输中转国之一。上述两个因素直接决定了天然气管网在德国能源输配系统中的重要作用。经过几十年的发展,德国的天然气管网已经基本成熟,总长度接近40×104km,同时配套建设了储气库等设施,形成了庞大而复杂的管道网络系统。随着市场自由化进程的不断深入,德国天然气市场已经开始逐步摆脱自然垄断,渐渐进入自由化市场阶段。

1消费结构

过去10年,德国每年的天然气消耗量均维持在920×108m3以上,2005年超过了1000×108m3。最新统计数据显示[1],2010年其用气量为962.6×108m3。根据2009年的统计数据[2],天然气在德国的一次能源消费中所占比例仅低于石油,为21.8%(图1)。鉴于2011年的日本福岛核电站事故,德国联邦政府决定逐渐关闭国内核电站,利用天然气和可再生绿色能源替代核能。因此,未来几年,天然气在德国一次能源消费中所占的比例将进一步提高。

虽然德国拥有欧洲第3的天然气探明储量,但是,德国本土生产的天然气仅能满足其年消耗量的15%左右,且这一数字呈逐年下降趋势。因此,目前德国消耗的天然气中有85%来源于国外(图2),未来也不得不更加依赖进口。俄罗斯、挪威和荷兰是德国天然气的主要进口国,2009年德国从这3个国家进口的天然气分别占进口天然气总量的37%、27%和17%[2]。随着2011年12月NordStream“北溪”海底管道的投产通气,未来德国从俄罗斯进口天然气的比例将会进一步增加。天然气能源在德国的生产生活中用途极为广泛,主要包括居民用气(一般指独立的供暖式房屋)、工业用气及其他行业用气(商业、公共服务设施、渔业)等。

根据德国联邦能源和水资源协会(BDEW)的统计数据[3],德国天然气消费以居民用气和工业用气为主,各占总消耗量的35%左右;其次是天然气发电用气,占总消耗量的15%;最后是商业用气和社区供暖,亦占总消耗量的15%(图3)。可以预见,在德国逐步关闭核电站的同时,以天然气为原料的火力发电作为替代核电站的相对理想方案,将得到大力发展。因此,未来几年,天然气在德国发电领域的消耗比例会显著升高。

2市场结构

德国的天然气市场结构比较复杂[4],在天然气生产、进口和最终用户之间,存在3个中间环节,由此形成天然气输配市场结构(图4)。在下游,即第三层次,约有700家城市配气公司Stadtwerke(城市公共事业部门),负责为城市居民和部分中小型工业用户供气。城市配气公司大多数归当地政府所有,并由当地政府组织运营。城市配气管网主要由分布在城市内的中低压管道组成,管径相对较小,管材大多选用聚乙烯材料。在城市配气公司的上游,是区域性输配气公司,约有30家,例如:GasUnion、Bayerngas及SaarFerngas。

区域性输配气公司组成了天然气输配市场的中游,即第二层次,其管网一般分布于某个州内或者几个州的部分地区。需要注意:某些大中型城市的Stadtwerke或者大型用户可能越过该层次而直接与位于第一层次(上游)的天然气进口商或者生产商直接签订供气合同,例如:杜塞尔多夫、汉诺威、基尔、柏林等城市及当地的某些大型企业。在某些天然气进口商的传统市场区域内,以前不存在所谓的中游企业,例如:莱茵河-鲁尔地区直接由RWE/Thyssengas和E.ON鲁尔气公司负责供气;然而,近些年这些进口商纷纷成立相应的企业,例如:E.ONAvacon、E.ONHanse及RWERheinRuhr,以便更灵活地进行天然气贸易,更好地为下游配气公司服务。位于第一层次的上游公司,负责进口或生产天然气,供给中下游公司或直接为大型城市(如汉堡、慕尼黑、斯图加特)和特大型工业用户(如BASF)供气,其管网大多为大管径高压长输管道,贯穿整个德国或者多个州。当前主要有7家相对大型的企业位于市场的这一层次:E.ON鲁尔气、VerbundnetzGasAG(VNG)、Wingas、GasunieDeutschland、RWE/Thyssengas以及两家在德国本土拥有生产能力的国际公司,埃克森美孚和壳牌。另外,还有少数外国公司在德国通过合资方式部分参与天然气输配业务,例如:法国燃气公司(GDFsuez)、丹麦DONG公司,BP英国石油和意大利Eni能源集团等。

德国当前的天然气输配市场结构是在20世纪90年代因Wingas公司的进入而建立的。Wingas由德国化工巨头BASF的油气领域子公司Wintershall与俄罗斯天然气工业股份公司Gazporm合资成立,各持50%股份。由于掌握气源,Wingas公司可直接修建管道为用户供气。该模式打破了之前其他公司在传统市场区域内的自由垄断,制造了竞争,例如:某些中型工业用户可以脱离之前的城市配气网络,直接与上游或中游公司签订供气合同。因此无论是第一层次还是第二层次的天然气企业,都可以直接为最终用户供气。

从1998年开始,德国着手建立、健全以天然气市场自由化为目标的法律法规。德国联邦卡特尔局(Bundeskartellamt),又称企业联合管理局,负责在联邦政府颁布的竞争法令框架内对天然气公司之间的竞争进行监管,避免垄断的发生。之前德国天然气市场普遍存在的长达二三十年的供气合同被认定为非法,从而为更多公司提供了进入市场的机会,也为用户提供了选择供气商的机会。

当前,德国政府主要通过两个方面的工作,使天然气市场逐步走向开放。其一,为第三方提供公平进入市场的机会。在德国,管道公司普遍为大型能源公司所拥有,其有能力通过不对外开放自身的管道设备,使潜在的有竞争关系的天然气贸易商无法参与到市场中来。因此,需要将管道公司从能源企业中剥离出来,形成独立的、只提供运输服务的管道企业。这些独立出来的管道公司需要对市场公开其管道的输送能力(订单量和剩余量),并对所有用户开放相关信息,从而为其他贸易商提供公平的机会使用其管网设施,从而能够参与到天然气输配市场中来。但是,由于历史原因,通过法律强制剥离出来的管道公司与其前母公司普遍存在千丝万缕的联系,因此,在一些管道公司公布的管道输气能力信息中,经常可以看到“某些管道已经被其前母公司预定了全部的输气量,无法为其他公司提供输气能力”的信息,而事实上该管道尚有剩余输气能力。其二,使更多的天然气在市场中流动。2006年4月,联邦卡特尔局规定下游公司不得与单一的供气商签订长期合同。举例说明:如果一个供气商提供给下游公司的气量超过了该公司全年用气量的80%,则只能签订最长不超过两年的合同;如果一个供气商提供给下游公司的气量超过了该公司全年用气量的50%,则最多签订为期4年的合同。通过此方法,可以将更多的天然气释放到市场中。从企业的角度出发,德国的能源公司普遍认为上述两点措施会影响上游和中游管道企业对管网进行投资建设的积极性,同时也会影响供气的稳定性。不过无论如何,未来的德国天然气市场都在向着更加开放、更加自由化的方向前进,这一点毋庸置疑。

3天然气管网

德国拥有5家大型长输管道运营公司(图5[5])以及近40×104km管道组成的复杂管网,其中包括超过10×104km(27%)的0.1MPa以上的输气管道、15×104km(35%)的1000Pa~0.1MPa的输气管道以及约15×104km低于1000Pa的城市配气管网。

3.1管道运营公司

(1)OpenGridEurope:其位于德国埃森,2010年8月成立,其前身是E.ON集团天然气输送公司。该公司是目前德国最大的天然气管道公司,管辖超过11466km的天然气管网,其中包括一些重要的长输管道(MEGAL、TENP、NETRA等),管网覆盖德国除东北部的多数地区,年输量超过600×108m3。

(2)WingasTransport:是Wingas公司旗下的长输管道公司,总部位于德国卡塞尔。该公司拥有总长度2303km的天然气管网,绝大多数为DN800以上的大管径高压管道,年输量超过150×108m3。

(3)GasunieDeutschland:是荷兰Gasunie公司的全资子公司,总部位于德国汉诺威。2008年Gasunie收购德国BEBTransport公司的管道业务,组建了GasunieDeutschland,随后成为德国西北部最重要的天然气管道公司。其在德国境内拥有总长度约3200km的天然气管道,年输量超过130×108m3。同时,该公司与OpenGridEurope和VNGOntras共同运行德国北部的重要输气干线NETRA,为柏林供气。

(4)VNGOntras:是德国第3大天然气进口厂商VNG的下属管道公司,是原东德地区最主要的天然气管网运营商,总部位于德国莱比锡。其拥有总长度为7228km的天然气管道,年输量超过150×108m3。

(5)Thyssengas:总部位于多特蒙德,运营管网主要位于德国西部的莱茵河-鲁尔工业区,管道总长度超过4200km,年输量约60×108m3。由于进口天然气的原产地不同,在德国市场内存在两种热值的天然气,即根据燃气的沃泊指数区分为高热值气(12.8~15.7kW?h/m3)和低热值气(10.5~13.0kW?h/m3)。高热值气主要由俄罗斯、挪威、北海气田的进口气组成,低热值气则为德国本土生产以及从荷兰进口的天然气。因此,德国的天然气管网也被分成了两个独立的系统分别输送不同热值的天然气。高热值天然气管网广泛分布于德国大部分地区,而低热值天然气管网则主要集中在西北部地区,靠近德国和荷兰边境。以上5家管道公司中,位于东部地区的VNGOntras和以输送俄罗斯进口天然气为主的WingasTransport公司的管网完全用于输送高热值天然气,而其他3家公司则各自管理运营两套管网以输送不同质量的天然气。

3.2现有和在建长输管道

(1)MEGAL管道:MEGAL是德语MittelEurop-ischeGasleitung的缩写,即中欧天然气管道。该管道是自东至西贯穿德国南部的天然气动脉,包括贯穿德国南部的干线管道MEGALNord和连接奥地利与德国边境的南部支线管道MEGALSüd,始建于1975年,1980年投产,总投资3.34×1012欧元。干线管道为两条平行铺设的长度分别为459km和448km的埋地管道,上游管径DN1100~DN1200,下游管径略有缩小,为DN900[6],起点为捷克和德国的边境城市瓦德豪斯(Waidhaus),终点为德国和法国的边境城市梅德斯海姆(Medelsheim),沿途设置3座压缩机站,设计压力8MPa,年输送能力220×108m3。南部支线MEGALSüd则是一条管径DN800、长度167km的输气管道,起于奥地利和德国的边境城市欧博卡佩尔(Oberkappel),并与干线管道交汇于德国城市施万多夫(Schwandorf)和罗森施塔特(Rothenstadt)附近,沿途设置有两座压缩机站,设计压力6.75MPa。德国OpenGridEurope公司拥有该管道51%的所有权,法国燃气公司和奥地利OMV公司分别拥有该公司44%和5%的所有权,目前法国燃气公司的子公司GRTgazDeutschlandGmbH负责其日常的运行管理。

(2)TENP管道:德国西南部地区的一条主要长输天燃气管道,始建于1972年,负责将北海气田生产的天然气经过荷兰输送至德国,随后沿德法边境向南输送至德国和瑞士边境,最后进入意大利。德国境内的管道全长500km,采用两条DN900管道平行铺设,沿途设置4座压缩机站,设计输量155×108m3/a[7]。该管道与MEGAL管道交汇于德国米特尔布鲁恩(Mittelbrunn)地区,E.ON鲁尔气公司和意大利Eni公司合资组成的TENP管道公司(所有权分别为51%和49%)负责其日常的运行管理。

(3)NETRA管道:NETRA是德语NorddeutscheErdgasTransversale的缩写,即北德天然气横贯线。该管道1995年投产,全长408km,起于德国西北部海岸城市埃姆登(Emden)和道努姆(Dornum),负责将北海产天然气输送至柏林和沿线其他城市,设计输量214×108m3/a。管道所有者分别为德国OpenGridEurope(41.7%)、GasunieDeutschland(29.6%)以及挪威国家石油公司Statoi(l28.7%)。(4)OPAL和NEL管道:近年来,俄罗斯和乌克兰在天然气收费和过境问题上频频出现摩擦,对一些欧洲国家的天然气供应造成影响。因此,俄罗斯建设了穿越波罗的海的NordStream(北溪)海底天然气管道,直达德国东北部。“北溪”管道的建成开通使俄罗斯首次实现不必经过第三国领土,直接向西欧国家输气。德国境内则建造了OPAL管道(Ostsee-Pipeline-Anbindungsleitung波罗的海管道联络线)和NEL管道(NorddeutscheErdgasleitung北德天然气管道),由“北溪”管道进口的天然气可进一步向南和向西输送(图6[8])。OPAL管道始于“北溪”管道的终点——格赖夫斯瓦尔德的Lubmin小镇,沿德国东部边境向南直至德国和捷克边境小镇奥尔本豪(Olbernhau),全长470km,管径DN1400,在柏林附近的莱德兰(Radeland)设置一座压缩机站,设计压力10MPa,年输量350×108m3。NEL管道从Lubmin起始至德国西北部的Rehden,全长440km,管径DN1200,设计压力10MPa,年输量200×108m3[9]。OPAL管道已于2011年12月通气,NEL管道目前尚处于建造阶段,预计2012年投产;未来这两条管道均将与WingasTransport公司的管网相连。此外,WingasTransport公司拥有的天然气管道也基本上是德国比较重要的输气干线,例如:JAGAL、STEGAL、MIDAL和WEDAL等。

4地下储气库

德国一直比较重视储气库设施,尤其是地下储气库的发展。储气库不但可以实现调峰的目的而且对于德国这样的天然气进口大国,发展储气库,在保证供气安全方面具有重要的现实意义。德国目前拥有近50座储气库,能够提供超过200×108m3的工作气量,如果将正在建造和未来几年计划建造的储气库考虑在内,可供使用的工作气量将达到300×108m3[10],占其全年天然气消耗量的30%以上,按最大日采气量计,其有效气量可供采气约50d(表1)。如果按照德国天然气全年平均消耗量计算,在全部进口和生产断绝的情况下,可确保全国供气近100d,可以有效地保证供气安全。德国的大型能源企业普遍涉及储气库的建造和运营,如E.ON鲁尔气、Wingas、VNG和RWE及其子公司。同时,这些企业还组建独立的储气库公司对部分储气库进行专门管理,如E.ONGasStorage公司。另有些储气库由当地的燃气公司负责,主要负责城市供气调峰,如柏林的GASAGBerlinerGaswerke公司和汉诺威的GHG-GasspeicherHannover公司等。

综上所述,德国的天然气输配设施经过多年发展已经进入相对成熟的阶段,拥有遍布全国的管网和储气库设施。与此同时,德国积极开拓新的进口气源,加强与俄罗斯等欧洲主要天然气出口国的直接联系,很大程度上保障了供气的可靠性与安全性。另一方面,德国积极涉足可再生能源在燃气领域的应用、沼气开发、风力发电系统与天然气系统的整合等课题,均将为未来德国的能源战略提供更有效的保障。在天然气市场方面,德国从20世纪末开启了市场自由化进程,虽然当前还存在一些不足,但已经基本建立了相对完善的市场准入机制和相对开放的天然气贸易市场;在未来,德国将继续其促进天然气市场自由化的努力,最终建立公平开放的天然气市场。

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