注水管道发电系统的制作方法

1.本发明涉及管道余压发电领域，具体而言，涉及一种注水管道发电系统。


背景技术：

2.水轮机是一种将水流能量(势能和动能)转换成旋转机械能的动力装置。能量的转换是借助转轮叶片与水流相互作用来实现的。根据转轮内水流运动的特征和转轮转换水流能量形式的不同，现代水轮机分为反击式和切击式两大类。反击式水轮机利用了水流的势能和动能。水流充满整个流道，整个流道是有压封闭系统，水流是有压流动。切击式水轮机仅利用了水流的动能。借助特殊的导水装置(如喷嘴)，把高压水流变为高速的自由射流，通过射流与转轮的相互作用，将水流能量传递给转轮。
3.目前国内外余压利用工艺主要分为石油输水管道余压、城市天然气高压管网、锅炉蒸汽余压等。英国、俄罗斯、美国在余压能发电方面处于技术的前列，2008年10月北美enbridge公司将膨胀机与燃料电池组在一起形成dfc-erc系统，并在加拿大多伦多门站进行多次试验，发电量达2.2mw；2009年英国将透平膨胀机与生物燃料结合，在伦敦的天然气输管网上安装了发电量为20mw的机组；2012年美国兰森能源有限公司利用螺杆膨胀机技术发明生产了燃气压降发电装置。
4.国内从1987年开始研究存在余压发电研究，天津大学热能研究所成功研制出了我国第一台气液两相地热发电双螺杆膨胀机小型试验装置(5kw),此后继续对双螺杆膨胀机的性能、调节方法、设计、加工及组装技术进行系统的理论和实验研究，并于90年代初进行了400kw机型的工业试验研究；近年来，哈尔滨工程大学研究的余压发电系统，通过对供热系统一级网前端支路余压余能的转换，将低品位能源转换为高品质电能。
5.油田注水系统功率损失主要环节为站内机组和配套管网，占总损失功率的60％以上，为注水系统关键工艺指标的主要制约因素。配套管网由于地层层间差异性大、非均质强、注水井分布散等特点造成了注水井的注水量、压力及位置分布不均匀，为满足高压注水井压力需求，周边部分井降压注水导致了能量浪费严重，某油田注水区块平均节流压降5.26mpa，最大节流压降19.5mpa。
6.通过整体降压局部增压、优化注水泵及注水管线调整、分压分层注水等一系列措施提高了注水系统效率，但仍无法避免单井注水节流问题。同时随着物联网技术的发展，现场工艺的改进，注水井的数据采集、远传、恒流配水装置等都需要用到电能，其负荷很低(《180w)，引电力线投资较高，经济性差。
7.此外油田地层层间差异性大、非均质强、注水井分布散等特点造成了注水井的注水量、压力及位置分布不均匀，为满足高压注水井压力需求，周边部分井降压注水导致了能量浪费严重。
8.所以，如何有效利用注水系统的余压能来进行能量转化，发出满足需要的电能，非常有必要研究。现需开展新疆油田注水系统余压发电技术可行性研究，并评价其技术的安全性和经济性，为进入现场提供依据。
9.现有余压发电装置的背压为常压设计，原理跟水力发电机组相同，小装置的余压发电设备通常应用于如自来水发电等场合。以自来水发电为例，装置一般包括壳体、与自来水管道连通的进水管、出水管，小型水轮以及小型发电机，发电装置壳体下部串接于自来水管道中，壳体中间设置密封层。小水力管道发电由于压力、流量波动等原因，通常发出的电为不稳定的交流电，不便使用，通过导线将发电机所发电与蓄电装置连接，蓄电装通常包含变压、整流、滤波和稳压设备，提供稳定直流电，也可通过转换输出交流电。
10.在实际的生产工艺中，为保证支线终端压力需求，干线管道起始压力较高，针对各个终端实际压力需求，根据调压阀调节，能量损失较大。现有余压发电装置背压为常压设计，其只能应用在出口为常压的管道中，例如自来水管道，以及常见的水力发电等，而无法应用于对终端压力有需求的生产工艺。
11.因此，现有技术中存在注水管线压力损失大、节流损失大的问题。


技术实现要素：

12.本发明的主要目的在于提供一种注水管道发电系统，以解决现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题。
13.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种注水管道发电系统，包括：发电结构，发电结构与注水管道的注水井口的入水口连接；监测结构，监测结构设置在发电结构和注水井口之间；调节结构，调节结构与发电结构远离监测结构的一端连接；控制部，控制部分别与发电结构、监测结构、调节结构连接，监测结构能够向控制部发送监测信息，控制部根据监测信息向调节结构发送调节信息，以控制发电结构的发电量。
14.进一步地，发电结构是水轮发电机。
15.进一步地，监测结构包括流量监测部和压力监测部。
16.进一步地，调节结构是电动调压阀。
17.进一步地，控制部包括信号连接的控制中心和控制柜，控制中心分别与发电结构、监测结构、调节结构连接，控制柜与调节结构连接。
18.进一步地，控制中心包括整流稳压部，发电结构发出的电能通过整流稳压部进入控制中心。
19.进一步地，控制中心还包括蓄电部，蓄电部与整流稳压部连接，发电结构发出的电能通过整流稳压部调节成直流电后储存在蓄电部。
20.进一步地，蓄电部分别与控制柜、监测结构、调节结构电连接，以为控制柜、监测结构、调节结构供电。
21.进一步地控制柜与监测结构信号连接，控制柜在接收到监测结构发送的监测信号后，根据监测信号对调节结构进行调节。
22.应用本发明的技术方案，本技术中的注水管道发电系统包括发电结构，监测结构，调节结构及控制部。发电结构与注水管道的注水井口的入水口连接；监测结构设置在发电结构和注水井口之间；调节结构与发电结构远离监测结构的一端连接；控制部分别与发电结构、监测结构、调节结构连接，监测结构能够向控制部发送监测信息，控制部根据监测信息向调节结构发送调节信息，以控制发电结构的发电量。
23.使用上述的注水管道发电系统时，发电结构设置在注水井口管道内，管道内的水
流在进入注水井口前先通过发电结构进行发电，水流在由发电结构排出后，经过监测结构进入注水井口。并且，控制部通过监测结构发送的监测信息对调节结构进行控制，从而通过调节结构对进入和排出发电结构的水流的压差进行调节，进而能够有效地保证整个系统的平稳运行。因此，本技术中的注水管道发电系统有效地解决了现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1示出了根据本发明的一个具体实施例的注水管道发电系统的结构示意图。
26.其中，上述附图包括以下附图标记：
27.10、发电结构；20、监测结构；30、调节结构；40、控制中心；50、控制柜。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
31.为了解决现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题，本技术提供了一种注水管道发电系统。
32.如图1所示，本技术中的注水管道发电系统包括发电结构10，监测结构20，调节结构30及控制部。发电结构10与注水管道的注水井口的入水口连接；监测结构20设置在发电结构10和注水井口之间；调节结构30与发电结构10远离监测结构20的一端连接；控制部分别与发电结构10、监测结构20、调节结构30连接，监测结构20能够向控制部发送监测信息，控制部根据监测信息向调节结构30发送调节信息，以控制发电结构10的发电量。
33.使用上述的注水管道发电系统时，发电结构10设置在注水井口管道内，管道内的水流在进入注水井口前先通过发电结构10进行发电，水流在由发电结构10排出后，经过监测结构20进入注水井口。并且，控制部通过监测结构20发送的监测信息对调节结构30进行控制，从而通过调节结构30对进入和排出发电结构10的水流的压差进行调节，进而能够有效地保证整个系统的平稳运行。因此，本技术中的注水管道发电系统有效地解决了现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题。
34.在本技术的一个具体实施例中，发电结构10是水轮发电机。
35.具体地，监测结构20包括流量监测部和压力监测部。通过这样设置，监测结构20能够同时对水流的流量和压力同时进行监测，并将监测结果发送至控制部，控制部在接收到监测信息后，通过调节结构30对水流的流量和压力进行调节。
36.并且，根据不同注水井实际所需要的压降配置水轮发电机的发电能力，来保证发电机前后水流压降，满足注水井需求。
37.具体地，调节结构30是电动调压阀。
38.具体地，控制部包括信号连接的控制中心40和控制柜50，控制中心40分别与发电结构10、监测结构20、调节结构30连接，控制柜50与调节结构30连接。
39.具体地，控制中心40包括整流稳压部，发电结构10发出的电能通过整流稳压部进入控制中心40。
40.具体地，控制中心40还包括蓄电部，蓄电部与整流稳压部连接，发电结构10发出的电能通过整流稳压部调节成直流电后储存在蓄电部。
41.在本技术的一个具体实施例中，发电结构10发出的电通过整流稳压部的整流、稳压电路形成稳定的直流电储存在蓄电部的电池内，电池输出电力为监测结构20的监测仪表、控制柜50及电动调压阀供电，控制柜50根据监测结构20的监测数据和蓄电部的电池电能容量调节进入发电结构10前水流的压力，进而通过调节压差调整发电结构10的发电能力，实现整个系统用电量及发电量平衡。该系统还可方便拆卸，当所用注水井关停时，可将系统移动安装到其他注水井使用。对于油田边远注水井，合理利用介质本身能量用来发电实现注水压力调节控制、生产参数远传，可大幅降低因配电所产生的投资和运行成本。
42.可选地，蓄电部分别与控制柜50、监测结构20、调节结构30电连接，以为控制柜50、监测结构20、调节结构30供电。
43.具体地，控制柜50与监测结构20信号连接，控制柜50在接收到监测结构20发送的监测信号后，根据监测信号对调节结构30进行调节。
44.并且，在本技术中，注水管道发电系统模块化设计，根据不同注水井实际所需要的压降配置发电装机能力，来保证发电结构10前后水流压降，满足注水井需求。
45.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
46.1、有效地解决了现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题；
47.2、结构简单，性能稳定；
48.3、方便装卸。
49.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
50.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
51.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
52.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。