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南方能源观察
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文 | 江伟欢
2月得克萨斯州遭遇寒潮导致该州部分地区的气温降至历史最低水平，得州遭遇了大规模停电、限电。联邦能源监管委员会（FERC）和北美电力可靠性委员会（NERC）表示将会对本次停电事故进行调查。目前已公开的各类信息显示，天然气供应不足和发电基础设施受到寒潮影响减供是得州大停电的原因之一。
得州是个能源大州，天然气产量占全美产量的1/4，天然气也是该州第一大发电来源。其实每年冬天美国的天然气产量都会受到天气的影响，但这次寒潮对得州影响尤其显著，因为地处温带和亚热带的得州，通常不必应对如此寒冷的天气，该州的天然气生产设备防冻标准也没有那么高。相比之下，欧洲的天然气发电则更具坚韧性，毕竟欧洲的天然气来自挪威和西伯利亚等温度通常低于-10摄氏度的地区，可谓“见惯”这种场面。
根据BTU Analytics的数据，北达科他州每年通常会有20天发生天然气设备被冻住的情况，而世界上产量最高的油田之一、得克萨斯州西部的二叠纪盆地(Permian Basin)每年通常只有4天会因为冰冻中断天然气的生产。当其他州投入更多的资金来防止天然气设备结冰时，得州电力可靠性委员会ERCOT在2013年的一份报告却指出，墨西哥湾沿岸的得州天然气生产商在天然气价格较低且储气充足的情况下，愿意承担每隔几年就可能被冻住2-3天的风险。
另外，得克萨斯州也不像其他州有那么多的天然气储气设施，因为这个资源丰富的州在需要的时候可以轻松地从地下开采。得州的天然气发电厂通常不会储备太多的燃料，它们依赖的是天然气管道源源不绝地供气。这些管道贯穿整个得州，从二叠纪盆地将天然气输送到休斯顿和达拉斯等主要需求中心。
寒潮导致得州的天然气井被冻住，从地下抽取天然气的电动泵被冻住，天然气管道被冻住，天然气净化厂的设备也无法正常工作。净化厂负责将气体从流体和杂质中分离出来，当设备被冻住时，工厂必须加热设备或者等温度上升后才能恢复工作。
这不是得州第一次因为极端天气导致大停电，该州在2011年就因为寒潮闹过电荒。有专家表示，即使在2011年冬季风暴之后对发电设备进行了升级，但许多得州发电厂仍未投入必要的资金，以防止再次因低温发生此类供应中断的情况。
与此同时，得州电力可靠性委员会（ERCOT）并不拥有自己的发电资产和任何输配电网资产，也不具备对任何发电设施的强制执行权。2011年德州大停电后，ERCOT根据NERC和FERC调查报告的建议，做了适应极端天气的改进。从2月24日ERCOT发布的董事会会议信息看，这些适应性措施主要集中在“软”的方面，比如，执行季节性发电资源充裕性评估报告、加强信息通报、增加人员、组织发电设施防寒措施检查、修改采购规则以便能应急采购电力，以及还建立了“气-电工作组”，以便在天然气可能供应不足时通知电力系统运营商等。ERCOT负责人在接受媒体采访时表示，寒潮前ERCOT告知发电商做好防护措施，但效果不佳。
那么，先放下ERCOT的角色和机制不说，具体到技术层面，防止天然气管道、发电设备被冰冻的措施有哪些？
据不完全统计，天然气生产商根据设施类型的不同，可以在以下方面做好天然气设备防冻工作：
01注入甲醇
注入甲醇是天然气井筒和管道防冻保护的一种常见做法。生产、运输天然气的过程常常会伴随水合物，通过注入甲醇防冻剂，可以有效降低凝固点，防止产生冻堵。此外，分离器（从天然气中分离石油等液体的装置）可以装有加热的防冻剂，防止结冰。
甲醇的熔点是–97 ℃，可溶，可燃，易挥发。甲醇可以起到防冻和解冻的效果，在工业上经常用作防冻/解冻液。当甲醇混合在其他熔点高（即凝固点高并且易凝固）的液体中时，可以降低参有甲醇的混合液的整体凝固点，使混合液在低温时不易凝固，这是甲醇作为防冻液的工作原理。
02清管
清管是指在管道内使用管道检查仪表或“清管器”在不阻碍气体流动的情况下执行各种操作。清管作业根据需要全年进行，以使管道保持在正常工作状态。在寒冷的天气中，可以增加“清管器”的部署，去除天然气管道内易于结冰的液体。
03防风墙
在天然气输气管道、阀门、供水管线、发电设备和其他位置围竖起防风墙是一种相对简单的预防措施，用于阻挡凛冽寒风和液体流动防止结冰。
04加热
使用包括加热毯、催化加热器、管道加热器或蒸汽系统等方式为天然气设备加热可以非常有效地解决局部结冰的问题。在寒冷的气候条件下，将加热装置和隔热材料相结合是保护管道的常用技术。但这涉及到昂贵的设备，同时需要额外的燃料。热量也是一个潜在的危害，因为它可以为气体提供一个着火点。
05喷洒热水
油罐车装满热水后，直接喷洒到结冰的管线上，用以解冻管线。
天然气净化厂则需要在暴风雪来临前确保伴热设备已经打开并能正常运行，竖起防风墙，盖上防水布，利用隔热材料对设备进行保温。同时需要排出冷却系统中的水和管道低压处的流体，安装热油加热器，增派24小时值班工作人员检查设备。
联邦能源监管委员会FERC和北美电力可靠性公司NERC在2011年针对当年2月寒潮停电事件的分析报告中指出，随着得州越来越依赖天然气发电，得州的立法者应与州监管机构及天然气行业的所有部门讨论是否制定一个统一的最低过冬标准，能有效且经济地缓解极端寒冷天气带来的天然气生产和供应短缺。
不过，采用统一的天然气设施防冻标准是否能提高天然气供应的可靠性是一个复杂的问题。需要在增加防冻成本和提高可靠性的需求之间取得平衡，确定谁应该最终承担这部分的额外成本，以及决策者是否愿意将增加可靠性的成本转嫁给消费者。当然也需要确定这些防冻标准的设计在极低的温度下是否可行，毕竟这种温度可能需要数年甚至数十年才会遇到一次。
即使制定了防冻标准后，州委员会是否有足够的资源或权力来颁布和执行这些标准？是否为行业制定可能的激励措施，以便在无需政府监管的情况下也能提高天然气冬季供应的可靠性？此外，天然气行业的关键设施能否在紧急情况下免于轮流停电？天然气从生产到输送给终端用户整个过程都非常依赖电力公司提供电力，在某些情况下，就算是短暂的电力中断也会导致天然气生产、处理、压缩或者存储设施遭到长期停用，这样又造成了天然气发电厂难以获得运转所需的燃料，进一步加剧电力短缺，恶性循环。
在天然气供应紧缺的情况下，住宅燃气用户的供应优先级是否应排在发电厂前面？在何种情况下应优先于发电厂？轮流停电后，恢复住宅用户电力供应是一个相对简单的过程，但在停电后要重新启动和恢复天然气设施则麻烦和复杂很多，费时又费力。
类似这样的问题还有很多，随着近年来极端天气的频发，各国的政府和能源企业都需要考虑制定相关政策，提升行业标准，吸取得州教训，防范于未然。
参考资料：
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Report on outages and curtailments during the southwest cold weather event of February 1-5, 2011
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Texas’ natural gas production just froze under pressure
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Texas largely relies on natural gas for power. It wasn’t ready for the extreme cold
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