天然气调压站与太阳能综合发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种天然气调压站与太阳能综合发电系统。其中，该综合发电系统由太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统、自动化控制等系统组成。本实用新型将太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统有机地结合在一起，形成联合循环发电系统。这种联合发电系统既能调整电负荷，以满足电力供应的需求，缓解电网供电压力，又解决了槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中温度急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁等问题，并且降低了成本投入，同时，本联合发电系统还可以常年连续运行，从而提高项目的整体经济效益。
【专利说明】
天然气调压站与太阳能综合发电系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及发电系统领域，具体而言，涉及长输管线分输站、接收门站、调压站等战场内的管道压力能和太阳能的回收及利用，提高能源利用率的一种天然气调压站与太阳能综合发电系统。
【背景技术】
[0002]能源问题是关乎国家经济命脉和民生的大计，2009年哥本哈根峰会提出低碳经济的概念，低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP。太阳能、地热、废热、天然气调压站压力能等都是可以回收利用的能源。
[0003]太阳能是一种遍布全球取之不尽用之不竭的最好的可再生能源，1981年，美国等9个国家在西班牙的Tabernas试验基地建成了一座槽型抛物面太阳能发电装置，采用矿物油作为传热和蓄热介质，验证了太阳能发电以及高温显热蓄热的可行性。由于受到季节、气候、昼夜、地理玮度和海拔高度等的影响，太阳辐射是间断且不稳定的，要使太阳能能够持续稳定地被利用，就必须很好地解决蓄能和能量转换问题，这也是太阳能利用的薄弱环节之一O
[0004]太阳能光热发电简称CSP，指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。
[0005]太阳能光热发电目前主流的几种技术路线都是按着太阳能采集方式来划分的，主要有塔式、槽式、菲涅尔式和蝶式等四类。目前全球范围内已建成或者在建项目，已槽式太阳能热发电技术最成熟，也是目前唯一实现商业化运行的太阳能热发电技术。。
[0006]随着天然气需求量的不断增大，中亚管线、西气东输、川气东送等管道的相继建设，我国天然气长输管道事业得到了迅猛的发展。目前，我国长输天然气大多数采用高压管输方式，输送高压天然气经调压站降至中压标准进入城市燃气管网，再借助于调压箱将压力降至低压后供给用户使用。
[0007]当前世界上天然气的长输管道均采用高压，国内外多数天然气长输管道压力都在1MPa以下。各地区的天然气接收站和调压站，根据下游用户的供气压力要求将主干管道天然气进行调压后供应给城市燃气户。天然气在调压过程中释放出大量的压力能，这些压力能可以用于发电、制冷、液化、加热等方面的回收利用。
[0008]天然气在调压过程中将损失大量的压力能，还会因为急剧降温对调压及管道设备运行安全机构威胁。如果能采用余压发电技术可回收利用压力能，将提高能源的利用率，减少资源浪费，对提高天然气管网运行的经济性具有重大意义。
[0009]针对相关技术中槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型实施例提供了一种天然气调压站与太阳能综合发电系统，以至少解决相关技术中槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁的技术问题。
[0011]根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种天然气调压站与太阳能综合发电系统，将太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统有机地结合在一起，形成联合循环发电系统。
[0012]进一步地，原减压计量站管线与差压发电系统管线之间采用并联布置;差压发电系统工艺过程是阀门、电动调节阀、透平膨胀机、天然气后端换热器、超声波流量计依次相互连通。
[0013]进一步地，太阳能集热系统工艺过程是槽式太阳能反射镜光场出口，高温储罐，ORC换热器，ORCORC预热器，低温导热油储罐，导热油栗，槽式太阳能反射镜光场进口依次相互连通;透平膨胀机出口、ORC冷凝器、工质栗、ORCORC预热器、ORC换热器、透平膨胀机，依次相互连通。
[0014]进一步地，导热油加热蓄热系统工艺过程是低温储罐的导热油，经循环栗进入电加热器，加热后的高温导热油输送到高温储，经ORC换热器，ORC预热器，返回到低温储罐，依次相互连通。
[0015]进一步地，天然气差压发电系统工艺过程是阀门。调节阀，透平膨胀机，天然气换热器，超声波流量计，依次相互连通。
[0016]进一步地，太阳能集热系统管线与ORC发电系统管线之间选用并联布置。
[0017]进一步地，所述电加热器也可以是工业加热炉、蒸汽锅炉和导热油炉等各种加热
目.ο
[0018]根据本实用新型实施例的另一个方面，提供了一种天然气调压站与太阳能综合发电系统，包括:天然气差压发电系统，与天然气传输管道相连接，用于利用天然气调压过程中的压力变化进行发电；以及太阳能发电系统，包括太阳能集热系统和ORC发电系统，其中，太阳能集热系统用于利用导热油吸收并存储太阳能的热量，ORC发电系统用于利用太阳能集热系统的存储的热量进行发电，其中，ORC发电系统与天然气差压发电系统相连接，用于利用ORC发电系统发电过程中产生的热量对天然气调压过程中降温后的天然气进行加热。
[0019]进一步地，太阳能集热系统包括:太阳能吸收装置，用于吸收天阳能，太阳能吸收装置处设置有导热油管道;高温导热油储罐，通过导热油管道与太阳能吸收装置相连接，用于储存吸收天阳能的热量之后的高温导热油；ORC换热器和ORC预热器，与高温导热油储罐相连接，用于对从高温导热油储罐输出的高温导热油进行换热，高温导热油经由ORC换热器和ORC预热器后变为低温导热油；低温导热油储罐，与ORC预热器相连接，用于储存流经ORC换热器和ORC预热器后的低温导热油，其中，低温导热油储罐通过导热油栗与太阳能吸收装置相连接。
[0020]进一步地，太阳能发电系统还包括:导热油加热蓄热系统，用于在无光照的情况下对低温导热油储罐中的导热油进行加热得到高温导热油，其中，导热油加热蓄热系统包括:导热油循环栗和导热油加热设备，其中，导热油循环栗分别与低温导热油储罐和导热油加热设备相连接，用于将低温导热油储罐中的低温导热油输送至导热油加热设备进行加热，导热油加热设备分别与导热油循环栗和高温导热油储罐相连接，用于对经由导热油循环栗输送的低温导热油进行加热，并将加热后得到的高温导热油输送至高温导热油储罐。
[0021 ]进一步地，ORC发电系统包括:ORC透平膨胀机，与ORC换热器相连接，其中，ORC换热器中的有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，ORC透平膨胀机用于对气态工质进行膨胀降压产生机械能;ORC发电机，与ORC透平膨胀机相连接，用于将ORC透平膨胀机产生的机械能转化为电能。
[0022]进一步地，ORC发电系统还包括:0RC冷却器，与ORC透平膨胀机相连接，用于对气态工质进行冷却得到液态工质，其中，ORC冷却器经由工质栗与ORC预热器相连接，ORC预热器分别与工质栗和ORC换热器相连接，用于对经由工质栗输送的液态工质进行加热，并将加热后的液态工质输送至ORC换热器，其中，加热后的液态工质在ORC换热器中吸收高温导热油的热量汽化为气态工质。
[0023]进一步地，天然气差压发电系统包括:透平膨胀机，通过电动调节阀与天然气传输管道相连接，用于对来自高压管网中的高压天然气进行膨胀降压产生机械能;发电机，与透平膨胀机相连接，用于将透平膨胀机产生的机械能转化为电能。
[0024]进一步地，天然气差压发电系统还包括:天然气换热器，分别与透平膨胀机和ORC冷却器相连接，用于利用ORC冷却器输出的介质的热量对膨胀降压后的低温天然气进行换热处理，其中，ORC冷却器中的介质在对气态工质进行冷却后温度升高，在天然气换热器中对膨胀降压后的低温天然气换热后温度降低返回至ORC冷却器;流量计，与天然气换热器相连接，用于计量经由天然气换热器换热后的天然气，并将换热后的天然气传输至低压管网。
[0025]进一步地，该综合发电系统还包括:冷却塔，与ORC冷却器相连接，用于对从ORC冷却器输出的介质进行冷却，并将冷却后的介质输送至ORC冷却器，其中，ORC冷却器用于利用经由冷却塔冷却后的介质对气态工质进行冷却，其中，冷却塔与天然气换热器并联。
[0026]进一步地，该综合发电系统还包括:除尘系统，与高压管网连接，用于对来自高压管网中的高压天然气进行除尘;过滤加热系统，一端与除尘系统相连接，另一端与天然气差压发电系统相连接，用于对除尘后的高压天然气进行过滤和加热处理;减压计量系统，一端与过滤加热系统相连接，另一端与低压管网相连接，其中，减压计量系统与天然气差压发电系统并联。
[0027]进一步地，天然气差压发电系统与太阳能发电系统并联。
[0028]本实用新型的目的在于提供一种节能型调压站与太阳能综合电技术，将天然气调压站的压力能和槽式太阳能光热有效地回收，利用可再生的清洁能源进行联合发电。同时，利用一部分太阳光热能供给调压站天然气换热使用，解决了天然气在调压过程中热量损失，减少天然气资源的消耗，降低运营成本。
[0029]在本实用新型实施例中，天然气调压站与太阳能综合发电系统包括:天然气差压发电系统，与天然气传输管道相连接，用于利用天然气调压过程中的压力变化进行发电；以及太阳能发电系统，包括太阳能集热系统和ORC发电系统，其中，太阳能集热系统用于利用导热油吸收并存储太阳能的热量，ORC发电系统用于利用太阳能集热系统的存储的热量进行发电，其中，ORC发电系统与天然气差压发电系统相连接，用于利用ORC发电系统发电过程中产生的热量对天然气调压过程中降温后的天然气进行加热，通过将太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统有机地连接形成了一种联合循环发电系统，达到了满足电力供应需求，缓解电网供电压力的目的。同时设置太阳能集热系统利用导热油存储太阳能的热量，能够解决相关技术中槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能的问题，通过利用ORC发电系统发电过程中产生的热量对天然气调压过程中降温后的天然气进行加热能够解决天然气在调压过程中急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁的问题。该综合发电系统能够实现提高发电效率，降低投入成本和经济效益的技术效果。
【附图说明】
[0030]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0031]图1是根据本实用新型实施例的一种节能型调压站与太阳能综合电技术工艺流程的不意图；
[0032]图2是根据本实用新型实施例的一种太阳能集热系统工艺流程的示意图；
[0033]图3是根据本实用新型实施例的一种天然气差压发电系统工艺流程的示意图；以及
[0034]图4是根据本实用新型实施例的一种可选的天然气调压站与太阳能综合发电系统的示意图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0036]需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。
[0037]实施例1
[0038]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种节能型调压站与太阳能综合电技术，是将调压站差压发电系统、槽式太阳能发电系统、导热油储热系统、天然气换热系统有机地结合在一起，形成联合循环发电系统。这种联合发电系统既能调整电负荷，以满足电力供应的需求，缓解电网供电压力，又解决了槽式太阳能发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中温度急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁等问题，并且降低了成本投入，同时，本联合发电系统还可以常年连续运行，从而提高项目的整体经济效益。
[0039]为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0040]请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种节能型调压站与太阳能综合电技术工艺流程的示意图。本实用新型的技术方案适用于天然气调压站。在图1中1-阀门，2-电动调节阀，3-透平膨胀机，4-发电机，5-天然气换热器，6-流量计，8-太阳能反射镜光场，9-导热油栗，10-高温储罐，11-循环栗，12-低温储罐，13-电加热器，14-0RC换热器，15-0RC预热器，16-0RC透平汽轮机，17-0RC发电机，18-0RC冷却器，19-工质栗，20-冷却塔。
[0041]如图1所示，该综合发电技术由太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统、自动化控制等系统组成。
[0042]其中太阳能集热系统由太阳能发射镜光场、导热油储能、ORC发电、天然气换热组成。其工艺过程结合下面图2说明如下:
[0043]1.太阳能集热系统工作过程
[0044]太阳能直接辐射槽式发射镜光场8，导热油吸收太阳能，经高温储罐10，ORC换热器14，0RC预热器15，导热油栗9，低温导热油储罐12，返回到槽式发射镜光场8形成导热油循环系统。
[0045]低温储罐12的导热油经循环栗11进入电加热器13，加热后的高温导热油输送到高温储罐10，经ORC换热器14，0RC预热器15，返回到低温储罐12形成导热油储能循环系统。
[0046]2.0RC发电系统
[0047]ORC换热器14的有机工质经高温导热油换热后气态工质进入ORC透平汽轮机16，进行做功发电，透平汽轮机16排出的气态有机工质经ORC冷却器18冷却降温转为液态，液态工质经过工质栗19，0RC预热器15，0RC换热器14重新加热升温，形成ORC发电循环系统。
[0048]天然气换热器5和冷却塔20属于ORC冷却器18辅助设备，在ORC发电系统和差压发电系统共同发电运行时，ORC冷却器18换热后产出的热水供给天然气换热器5，用来加热透平膨胀机3做功后的低温天然气。当差压发电系统运行发生故障时，天然气换热器5通过阀门自动切换到冷却塔20管路上，冷却塔20替代天然气换热器5运行。
[0049]在ORC透平汽轮机16的做功下驱动发电机17，产出的动力电能供给城市电网或工厂使用。
[0050]本实施例的技术方案，太阳能直接辐射到槽式太阳能发射镜光场，经集热系统的槽式反射镜反射并聚焦到真空集热管上，真空集热管内的导热油吸收太阳能，太阳能转化为热能;吸收太阳能后的高温导热油进入ORC发电系统与有机工质换热，液态工质被高温导热油加热成气体进入汽轮机进行做功发电。有机蒸汽在汽轮机中做完功排出后以气体的形式进入余热回收设备，冷却后的液态工质经过工质栗重新进入换热器加热升温，形成循环，此过程循环是将有机工质从气态转变成液态，在从液态转变成气态。
[0051]在夜间、阴天或者其他无太阳光照的情况下，主系统自动切换到导热油储能子系统，太阳能热发电系统可以依靠热储能系统储存的能量维持系统正常的运行。
[0052]利用ORC发电系统中换热后的中温导热油进入调压站，加热天然气在调压过程中热量损失，避免低温天然气对管道和设备造成严重的损坏。
[0053]3.天然气差压发电系统。
[0054]其中天然气差压发电系统由调节阀、透平膨胀机、换热器、流量计组成。其工艺过程结合下面图3说明如下:
[0055]天然气差压发电系统工作过程
[0056]I)开启进气口球阀I和出口球阀，高压天然气2.5MPa?4.0MPa进入差压发电系统，经过电动调节阀2、将高压天然气导入透平膨胀机3作功转换成机械能，带动发电机4运转，产生电能。释放能量后的天然气0.3MPa?1.6MPa进入天然气交换器5换热，换热后的天然气进入流量计6进行计量，计量后天然气外输到下游门站中压管网。
[0057]2)发电机4发出电能，输送到城市电网或工厂，为城市电网提供连续稳定的电能源。
[0058]本实施例的技术方案，天然气差压发电系统工艺与原有调压站调压管道并联，取代了原有天然气调压计量系统工艺，回收了白白浪费的压力能，利用余压进行发电。一旦某一工艺装置出现问题等状况发生，自控系统会自动将介质切换至原有的工艺官道上，保证了系统的安全性。
[0059]该综合发电技术优点:
[0060]本实用新型将太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统有机地结合在一起，形成联合循环发电系统。这种联合发电系统既能调整电负荷，以满足电力供应的需求，缓解电网供电压力，又解决了槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中温度急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁等问题，并且降低了成本投入，同时，本联合发电系统还可以常年连续运行，从而提高项目的整体经济效益。
[0061 ] 实施例2
[0062]根据本实用新型实施例，提供了一种天然气调压站与太阳能综合发电系统。该综合发电系统可以包括:天然气差压发电系统，与天然气传输管道相连接，用于利用天然气调压过程中的压力变化进行发电；以及太阳能发电系统，包括太阳能集热系统和ORC发电系统(0RC发电系统也即有机朗肯发电系统)，其中，太阳能集热系统用于利用导热油吸收并存储太阳能的热量，ORC发电系统用于利用太阳能集热系统的存储的热量进行发电，其中，ORC发电系统与天然气差压发电系统相连接，用于利用ORC发电系统发电过程中产生的热量对天然气调压过程中降温后的天然气进行加热。
[0063]需要说明的是，太阳能发电系统利用太阳能发电，天然气差压发电系统利用天然气调压过程中的压力变化进行发电，将太阳能发电系统和天然气差压发电系统有机地结合在一起，能够形成联合循环发电系统，能够调整电负荷以达到满足电力供应的需求，缓解电网供电压力。同时，太阳能发电系统设置太阳能集热系统和ORC发电系统，且ORC发电系统与天然气差压发电系统相连接，能够解决相关技术中槽式太阳能光热发电系统夜间不易储能和天然气在调压过程中急剧降温对调压及管道设备运行安全构成威胁的技术问题，进而达到维持该综合发电系统常年连续运行，提高发电效率，减低成本投入的效果。
[0064]下面分别对该综合发电系统中的各个子系统，包括太阳能发电系统和天然气差压发电系统进行详细介绍，具体地:
[0065]太阳能发电系统可以包括:太阳能集热系统和ORC发电系统，其中，太阳能集热系统太阳能集热系统用于利用导热油吸收并存储太阳能的热量，ORC发电系统用于利用太阳能集热系统的存储的热量进行发电。太阳能集热系统可以在有光照的情况下利用导热油收集天阳能产生的热量，导热油沸点较高，能够最大程度低吸收太阳能产生的热量。如图4所示，太阳能集热系统可以包括:一次相连接的太阳能吸收装置8、高温导热油储罐10、0RC换热器14、0RC预热器15、低温导热油储罐12以及导热油栗9。具体地:太阳能吸收装置8用于吸收天阳能，太阳能吸收装置8处设置有导热油管道，导热油在导热油管道中流动，在经过太阳能吸收装置8处时吸收太阳能产生的热量温度升高。需要说明的是，该实施例并不对太阳能吸收装置做具体限定，其可以是利用太阳能反射镜光场，此处不再一一举例说明。高温导热油储罐10通过导热油管道与太阳能吸收装置8相连接，用于储存吸收天阳能的热量之后的高温导热油。需要说明的是，用于存储高温导热油的高温导热油储罐具有很好的保温特性，以能够达到较好地保存高温导热油的热量的目的。ORC换热器14和ORC预热器15，与高温导热油储罐10相连接，用于对从高温导热油储罐10输出的高温导热油进行换热，高温导热油经由ORC换热器14和ORC预热器15后变为低温导热油。需要说明的是，ORC换热器14可以利用有机工质吸收高温导热油的热量，其中，有机工质在吸收高温导热油的热量后汽化为气态工质。低温导热油储罐12与ORC预热器15相连接，用于储存流经ORC换热器14和ORC预热器15后的低温导热油，其中，低温导热油储罐通过导热油栗9与太阳能吸收装置8相连接。
[0066]该综合发电系统中的太阳能发电系统通过设置太阳能集热系统利用导热油吸收并存储太阳能的热量，能够达到较长时间地存储太阳能的热量的目的，进而能够延长利用该热量进行发电的时长，解决了现有技术槽式太阳能光热发电系统不易储能的问题。
[0067]考虑到在夜间、阴天等无光照时太阳能吸收装置无法吸收天阳能，且在无光照的持续时间较长时高温导热油储罐中存储的高温导热油的热量会相应地减少，不足以维持较长时间连续不断地供ORC发电系统发电。为了解决这一问题，该实施例的太阳能发电系统优选地设置导热油加热蓄热系统在无光照的情况下对导热油进行加热得到高温导热油，以供ORC发电系统利用高温导热油的热量持续发电。需要说明的是，该实施例并未对导热油加热蓄热系统200做具体限定，其可以是工业加热炉、蒸汽锅炉和导热油炉等各种加热装置。如图4所示，导热油加热蓄热系统可以包括:导热油循环栗11、导热油加热设备13，具体地，导热油循环栗11分别与低温导热油储罐12和导热油加热设备13相连接，用于将低温导热油储罐12中的低温导热油输送至导热油加热设备13进行加热，导热油加热设备13分别与导热油循环栗11和高温导热油储罐10相连接，用于对经由导热油循环栗11输送的低温导热油进行加热，并将加热后得到的高温导热油输送至高温导热油储罐10。该实施例可以设置导热油加热蓄热系统与高温导热油储罐10相连接，可以将加热后的高温导热油输送至高温导热油储罐10进行存储，以便于供ORC发电系统利用高温导热油的热量持续地进行发电。
[0068]该实施例的太阳能发电系统中的ORC发电系统可以利用高温导热油的热量进行发电，如图4所示，ORC发电系统可以包括:ORC透平膨胀机16和ORC发电机17，其中，ORC透平膨胀机16与ORC换热器15相连接，其中，ORC换热器15中的有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，ORC透平膨胀机16用于对气态工质进行膨胀降压产生机械能。ORC发电机17与ORC透平膨胀机16相连接，用于将ORC透平膨胀机16产生的机械能转化为电能。需要说明的是，高温导热油储罐10中的高温导热油经由导热油导管传输至ORC换热器15后，ORC换热器15中的有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，同时高温导热油降温变为低温导热油通过导热油导管继续吸收太阳能吸收装置8吸收到的太阳能的热量变为高温导热油或者由导热油加热蓄热系统进行加热变为高温导热油返回至高温导热油储罐10，继而完成导热油循环。此处还需要说明的是，该实施例对ORC换热器15中的有机工质不做具体限定。ORC透平膨胀机16还可以用活塞透平膨胀机代替。有机工质吸收热量后汽化为气态工质进入ORC透平膨胀机16进行膨胀降压处理以产生机械能，该机械能供ORC发电机17转化为电能，以实现ORC发电系统利用高温导热油的热量发电的目的。可选地，ORC发电机17产生的电能可以传输至城市工厂中进行再利用，以达到提高资源利用率的效率的效果。可选地，ORC发电系统还包括:ORC冷却器18，与ORC透平膨胀机16相连接，用于对气态工质进行冷却得到液态工质，其中，ORC冷却器18经由工质栗19与ORC预热器15相连接，ORC预热器15分别与工质栗19和ORC换热器14相连接，用于对经由工质栗19输送的液态工质进行加热，并将加热后的液态工质输送至ORC换热器14，其中，加热后的液态工质在ORC换热器14中吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，进而完成有机工质的循环。该实施例的太阳能发电系统中的ORC发电系统通过循环利用高温导热油的热量进行发电，能够达到维持该太阳能发电系统常年持续运行发电的，进而提高太阳能发电系统发电效率的效果。
[0069]通过该实施例的天阳能发电系统，利用太阳能集热系统在有光照的情况下利用导热油收集太阳能产生的热量得到高温导热油，利用导热油加热蓄热系统在无光照的情况下对导热油进行加热得到高温导热油，利用ORC发电系统利用高温导热油的热量进行发电，达到了在有光照和无光照的情况下进行连续发电的目的，从而实现了提高发电效率的技术效果O
[0070]如图4所示，本实用新型实施例中的太阳能发电系统的工艺流程具体描述为:
[0071]在有光照的情况下，太阳能吸收装置8吸收天阳能，太阳能吸收装置8处设置有导热油导管，导热油导管中的导热油吸收太阳能产生的热量变为高温导热油沿着导热油导管传输至高温导热油储罐10中。高温导热油储罐10中存储的高温导热油传输至ORC换热器14，在ORC换热器14中有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，气态工质传输至ORC透平膨胀机16进行膨胀降压产生机械能，ORC发电机17利用ORC透平膨胀机16产生的机械能发电输出电能供城市工厂再利用。高温导热油经过ORC换热器14后降温变为低温导热油，经由ORC预热器15传输至低温导热油储罐12中，其中，低温导热油储罐12中存储有散热降温后的低温导热油。低温导热油储罐12中的低温导热油可以经由导热油栗9返回至太阳能吸收装置8，继而完成有光照情况下的发电和导热油的循环。
[0072]在无光照情况下，低温导热油储罐12中存储的低温导热油经由导热油循环栗11输送至导热油加热设备13，导热油加热设备13—端通过导热油循环栗11与低温导热油储罐12相连接，另一端与高温导热油储罐10相连接，用于对低温导热油储罐12中的低温导热油进行加热，并将加热后得到的高温导热油输送至高温导热油储罐10。高温导热油储罐10中存储的高温导热油传输至ORC换热器14，在ORC换热器14中有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，气态工质传输至ORC透平膨胀机16进行膨胀降压产生机械能，ORC发电机17利用ORC透平膨胀机16产生的机械能发电输出电能供城市工厂再利用。高温导热油经过ORC换热器14后降温变为低温导热油，经由ORC预热器15传输至低温导热油储罐12中，其中，低温导热油储罐12中存储有散热降温后的低温导热油，低温导热油储罐12中的低温导热油可以经由导热油循环栗11输送至导热油加热设备13继续进行加热，继而完成在无光照情况下的发电和导热油的循环。
[0073]需要说明的是，高温导热油储罐10的两个入口分支处设置有阀门、低温导热油储罐12的两个出口分支处设置有阀门、使得在有光照情况下利用太阳能加热导热油对应的通路与在无光照情况下利用导热油加热设备13加热导热油对应的通路并联，利用控制系统灵活地选择使用哪个通路，在保证ORC发电系统连续发电的基础上，还能够在一条通路故障时立即切换至另一条通路维持正常工作，进而达到提高太阳能发电系统工作稳定性的效果。还需要说明的是，该实施例还可以在高温导热油储罐10的出口处和低温导热油储罐12的入口处还设置阀门，进而能够达到灵活地控制ORC发电系统的发电过程的效果。
[0074]针对有光照和无光照情况下ORC发电系统的发电过程，此处还需要说明的是，在ORC换热器14中有机工质吸收高温导热油的热量汽化为气态工质，气态工质传输至ORC透平膨胀机16进行膨胀降压产生机械能，同时，ORC透平膨胀机16排出的气态工质进入ORC冷却器18进行冷却得到液体工质，其中，ORC冷却器18与ORC透平膨胀机16相连接，用于对气态工质进行冷却得到液态工质。液态工质经过工质栗19进入ORC预热器15，0RC预热器15—端通过工质栗19与ORC冷却器18相连接，另一端与ORC换热器14相连接，用于对工质栗19输送的液态工质进行加热，并将加热后的液态工质输送至ORC换热器14中，继续在ORC换热器14中利用高温导热油的热量进行汽化进而推动ORC透平膨胀机16做功，如此完成一个循环。需要说明的是，ORC冷却器18可以与冷却塔20相连接构成一个冷却循环，S卩ORC冷却器18中的冷却介质(比如水)在ORC冷却器18中吸收气态工质的热量之后温度升高，沿着管道流入冷却塔20中进行冷却，从冷却塔20中流出的降温后的冷却介质继续流入ORC冷却器18中对气态工质进行冷却。需要说明的是，该实施例还可以在冷却塔20两端设置阀门，以达到灵活地控制冷却塔20启停的目的。
[0075]在实际应用场景中，在有光照情况下太阳能可以直接辐射到槽式太阳能发射镜光场，经集热系统的槽式反射镜反射并聚焦到真空集热管上，真空集热管内的导热油吸收太阳能，将太阳能转化为热能；吸收太阳能后的高温导热油进入ORC换热器与有机工质换热，液态有机工质被高温导热油加热成有机蒸汽进入ORC透平膨胀机进行做功以供ORC发电机发电。有机蒸汽在ORC透平膨胀机中做完功排出后以气体的形式进入ORC冷却器，冷却后变为液态工质经过工质栗重新进入ORC换热器加热升温，形成循环，此过程循环是将有机工质从气态转变成液态，再从液态转变成气态。在夜间、阴天或者其他无光照的情况下，该太阳能发电系统可以自动切换到导热油加热蓄热系统，通过导热油加热设备加热导热油，太阳能热发电系统可以依靠高温导热油储罐中储存的能量维持系统正常的运行。
[0076]本实用新型实施例的综合发电系统中的天然气差压发电系统可以与太阳能发电系统并联，以保证在一条工艺出现故障时，能够立即切换至另一条工艺上继续发电，进而达到保证该综合发电系统运行稳定性的目的。天然气差压发电系统与天然气传输管道相连接，可以用于利用天然气调压过程中的压力变化进行发电，如图4所示，天然气差压发电系统具体可以包括以下结构:透平膨胀机3，通过电动调节阀2与天然气传输管道相连接，用于对来自高压管网中的高压天然气进行膨胀降压产生机械能;发电机4，与透平膨胀机3相连接，用于将透平膨胀机3产生的机械能转化为电能。
[0077]可选地，电动调节阀2还可以用自力式调节阀代替，透平膨胀机3还可以用活塞透平膨胀机代替。需要说明的是，电动调节阀2和透平膨胀机3的具体型号的选择可以由应用场合和实际需求进行设定，本实用新型实施例并未对其做具体限定。发电机4还可以是其他能够将机械能转化为电能的设备。本实用新型实施例通过透平膨胀机3和发电机4可以实现将高压天然气降压后产生的压力能转变为电能，以达到提高能源利用率，避免资源浪费的效果。该天然气差压发电系统中发电机4生成的电能与太阳能发电系统中ORC发电机17产生的电能一起可以外输至城市或者工厂进行再利用，以达到提高能源利用率的效果。
[0078]可选地，如图4所示，该天然气差压发电系统还可以包括:天然气换热器5和记录设备6，其中，天然气换热器5分别与透平膨胀机3和ORC冷却器18相连接，用于利用ORC冷却器18输出的介质的热量对膨胀降压后的低温天然气进行换热处理，其中，ORC冷却器18中的介质在对气态工质进行冷却后温度升高，在天然气换热器5中对膨胀降压后的低温天然气换热后温度降低返回至ORC冷却器18。流量计6与天然气换热器5相连接，用于计量经由天然气换热器5换热后的天然气，并将换热后的天然气传输至低压管网。需要说明的是，流量计6可以是超声波流量计，也可以是其他能够计量低压天然气的设备，此处不再一一举例，本实用新型实施例并未对流量计17的种类和型号做限定，凡是能够实现气体计量功能的设备均在本实用新型实施例保护范围内。经过流量计6计量后的天然气的压力可以为0.3MPa-1.6MPa，该低压天然气可以外输至下游门站的低压管网中，以供用户使用。此处还需要说明的是，经过透平膨胀机3膨胀降压处理后的低压天然气的温度很低，如果对其不做任何处理就在管道中进行传输，将会对调压或者管道等设备的运行安全造成威胁，本实用新型实施例在透平膨胀机3与流量计6之间串接有天然气换热器5，该天然气换热器5可以用于对经过膨胀降压处理后的低温天然气进行升温处理。为了实现对经过膨胀降压处理后的低温天然气进行升温处理的目的，该实施例中的天然气换热器5可以与太阳能发电系统中的ORC冷却器18相连接，组成一个换热循环，S卩ORC冷却器18中的冷却介质(比如水)在ORC冷却器18中吸收气态工质的热量之后温度升高，沿着管道流入天然气换热器5用来加热透平膨胀机3做功后的低温天然气，与此同时冷却介质本身温度降低继续流入ORC冷却器18中对气态工质进行冷却。可选地，如图4所示，冷却塔20可以与天然气换热器5并联，该实施例可以在天然气换热器5与ORC冷却器18连接的两端、冷却塔20与ORC冷却器18连接的两端均设置有阀门，以达到在天然气差压发电系统故障时能够利用冷却塔20代替天然气换热器5运行，或者在冷却塔20故障时能够利用天然气换热器5代替冷却塔20运行，进而达到维持发电系统稳定运行的效果。
[0079]在实际应用场景中，该发电系统中的天然气换热器5和冷却塔20均属于ORC冷却器18的辅助设备，在太阳能发电系统和天然气差压发电系统共同发电运行时，ORC冷却器18换热后产生的热水供给天然气换热器5用来加热透平膨胀机3做功后的低温天然气。当天然气差压发电系统发生故障时，天然气换热器5能够通过阀门自动切换到冷却塔20的管路上，实现冷却塔20代替天然气换热器5运行。
[0080]该天然气差压发电系统通过设置天然气透平膨胀3将高压天然气降压后产生的压力能转变为机械能，通过发电机4将机械能转变为电能，能够实现利用天然气调压站的压力能进行发电的目的，进而达到了提高能源利用率，减少资源浪费的技术效果。此外，通过在透平膨胀机3和流量计6之间设置天然气换热器5与ORC冷却器18相连接，利用流经ORC冷却器18的气态工质的热量对经过透平膨胀机3膨胀降低处理后的低温天然气进行升温处理，能够避免低压天然气因温度过低对调压或者管道等设备的运行安全造成威胁，进而达到提高发电系统运行安全的效果。
[0081]可选地，如图4所示，该综合发电系统还可以包括:除尘系统，与高压管网连接，用于对来自高压管网中的高压天然气进行除尘;过滤加热系统，一端与除尘系统相连接，另一端与天然气差压发电系统相连接，用于对除尘后的高压天然气进行过滤和加热处理;减压计量系统，一端与过滤加热系统相连接，另一端与低压管网相连接，用于对高压天然气进行降压和计量处理，并将降压后的低压天然气发送至下游门站的低压管网中供用户使用，其中，减压计量系统与天然气差压发电系统并联。
[0082]如图4所示，除尘系统可以包括:至少一组除尘设备(图4所示的发电系统中的除尘系统中包括一组除尘设备)，每组除尘设备，比如旋风分离器22通过阀门21与高压管网连接，其中，来自高压管网中的高压天然气经过至少一组除尘设备进行除尘后通过第一汇管23传输至过滤加热系统，其中，第一汇管23与过滤加热系统相连接。需要说明的是，除尘系统中可以包括一组或者多组除尘设备，多组除尘设备可以采用并联方式，除尘设备可以是旋风分离器，也可以是其他设备，本实用新型实施例对此并不作具体限定。如图4所示，每个旋风分离器均对应有一个阀门，这样能够实现灵活地选择除尘设备的组数，能够达到方便用户使用的效果。该实施例通过对来自高压网管中的高压天然气进行除尘处理，能够提高高压天然气的纯度，不仅能够避免天然气中因混入其他杂质影响使用安全，还能够达到提高用户使用体验的效果。
[0083]如图4所示，过滤加热系统可以包括:至少一组过滤设备24和加热设备25(图4所示的发电系统中的过滤加热系统中包括两组过滤设备24和加热设备25)，每组过滤设备24和加热设备25通过阀门与第一汇管23相连接，其中，除尘后的高压天然气经过至少一组过滤设备24和加热设备25的过滤和加热处理后通过第二汇管26传输至天然气差压发电系统或者减压计量系统，其中，天然气差压发电系统和减压计量系统分别通过阀门I和7与第二汇管26相连接。需要说明的是，本实用新型实施例并不对过滤设备24和加热设备25的种类和型号作限定。如图4所示，每组过滤设备24和加热设备25均对应有一个阀门，这样能够实现灵活地选择接入第一汇管23的过滤设备24和加热设备25的组数，能够达到方便用户使用的效果。该实施例通过对除尘后的高压天然气进行过滤和加热处理，能够进一步提高高压天然气的纯度，达到避免天然气中因混入其他杂质影响使用安全，提高用户使用体验的效果。
[0084]如图4所示，减压计量系统可以包括:第三汇管27，通过阀门7与第二汇管26相连接，其中，天然气差压发电系统通过阀门I与第二汇管26相连接。减压计量系统中包括至少一组流量计和减压设备(图4所示的发电系统中的减压计量系统中包括两组流量计和减压设备)，分别通过阀门与第三汇管27相连接，用于对经过过滤和加热处理后的高压天然气进行计量和减压处理，其中，如图4所示，至少一组流量计和减压设备可以包括依次连接的超声波流量计28、安全切断阀29、监控调压阀30、工作调压阀31，利用上述设备可以进行天然气的减压计量处理。第四汇管32，一端分别与至少一组流量计和减压设备相连接，每组流量计和减压设备通过阀门分别与第四汇管32相连接，另一端通过阀门与低压管网相连接，用于将经过计量和减压处理后的天然气传输至低压管网。需要说明的是，本实用新型实施例并未对流量计和减压设备作具体限定。如图4所示，每组流量计和减压设备均对应有一个阀门，这样能够实现灵活地选择接入第二汇管26的流量计和减压设备的组数，能够达到方便用户使用的效果。该实施例通过对高压天然气进行减压和计量处理，获取低压天然气以达到方便用户使用的效果。
[0085]可选地，减压计量系统与天然气差压发电系统并联，减压计量系统和天然气差压发电系统分别通过阀门与第二汇管26相连接，分别通过阀门与下游门站的低压管网相连接。采用并联连接方式，如果然气差压发电系统或者减压计量系统任意一个出现故障，均可以通过阀门立即进行切换，从而保障了发电系统的正常工作，达到了提高发电系统运行安全的效果。
[0086]本实用新型实施例的发电系统，将天然气调压站的压力能和太阳能光热有效地回收，分别利用天然气差压发电系统和太阳能发电系统利用可再生的清洁能源进行联合发电，这种联合发电既能够调整电负荷，以满足电力供应需求，缓解电网供电压力。同时，该发电系统利用导热油加热蓄热系统能够解决槽式太阳能发电夜间不易储能的问题，使得该发电系统能够持续发电，提高了发电效率。该发电系统利用ORC冷却器换热后产出的热水供天然气差压发电系统中的天然气换热器用来加热透平膨胀机做功后的低温天然气，能够解决天然气在调压过程中温度急剧降温对调压即管道设备运行安全构成威胁的问题，并且降低了成本投入。该发电系统能够持续不断地运行，提高了整个系统的发电效率和整体经济效益。
[0087]上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0088]在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。
[0089]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种天然气调压站与太阳能综合发电系统，其特征在于，将太阳能集热系统、ORC发电系统、天然气差压发电系统有机地结合在一起，形成联合循环发电系统。2.根据权利要求1所述的综合发电系统，其特征在于，原减压计量站管线与差压发电系统管线之间采用并联布置;差压发电系统工艺过程是阀门、电动调节阀、透平膨胀机、天然气后端换热器、超声波流量计依次相互连通。3.根据权利要求2所述的综合发电系统，其特征在于，太阳能集热系统工艺过程是槽式太阳能反射镜光场出口，高温储罐，ORC换热器，ORCORC预热器，低温导热油储罐，导热油栗，槽式太阳能反射镜光场进口依次相互连通;透平膨胀机出口、ORC冷凝器、工质栗、ORCORC预热器、ORC换热器、透平膨胀机，依次相互连通。4.根据权利要求3所述的综合发电系统，其特征在于，导热油加热蓄热系统工艺过程是低温储罐的导热油，经循环栗进入电加热器，加热后的高温导热油输送到高温储，经ORC换热器，ORC预热器，返回到低温储罐，依次相互连通。5.根据权利要求4所述的综合发电系统，其特征在于，天然气差压发电系统工艺过程是阀门，调节阀，透平膨胀机，天然气换热器，超声波流量计，依次相互连通。6.根据权利要求5所述的综合发电系统，其特征在于，太阳能集热系统管线与ORC发电系统管线之间选用并联布置。7.根据权利要求6所述的综合发电系统，其特征在于，所述电加热器也可以是工业加热炉、蒸汽锅炉和导热油炉等各种加热装置。8.—种天然气调压站与太阳能综合发电系统，其特征在于，包括: 天然气差压发电系统，与所述天然气传输管道相连接，用于利用天然气调压过程中的压力变化进行发电；以及 太阳能发电系统，包括太阳能集热系统和ORC发电系统，其中，所述太阳能集热系统用于利用导热油吸收并存储太阳能的热量，所述ORC发电系统用于利用所述太阳能集热系统的存储的热量进行发电，其中，所述ORC发电系统与所述天然气差压发电系统相连接，用于利用所述ORC发电系统发电过程中产生的热量对天然气调压过程中降温后的天然气进行加热。9.根据权利要求8所述的综合发电系统，其特征在于，所述太阳能集热系统包括: 太阳能吸收装置，用于吸收天阳能，所述太阳能吸收装置处设置有导热油管道； 高温导热油储罐，通过所述导热油管道与所述太阳能吸收装置相连接，用于储存吸收天阳能的热量之后的高温导热油； ORC换热器和ORC预热器，与所述高温导热油储罐相连接，用于对从所述高温导热油储罐输出的所述高温导热油进行换热，所述高温导热油经由所述ORC换热器和所述ORC预热器后变为低温导热油； 低温导热油储罐，与所述ORC预热器相连接，用于储存流经所述ORC换热器和所述ORC预热器后的所述低温导热油，其中，所述低温导热油储罐通过导热油栗与所述太阳能吸收装置相连接。10.根据权利要求9所述的综合发电系统，其特征在于，所述太阳能发电系统还包括: 导热油加热蓄热系统，用于在无光照的情况下对所述低温导热油储罐中的导热油进行加热得到所述高温导热油， 其中，所述导热油加热蓄热系统包括:导热油循环栗和导热油加热设备，其中，所述导热油循环栗分别与所述低温导热油储罐和所述导热油加热设备相连接，用于将所述低温导热油储罐中的所述低温导热油输送至所述导热油加热设备进行加热，所述导热油加热设备分别与所述导热油循环栗和所述高温导热油储罐相连接，用于对经由所述导热油循环栗输送的所述低温导热油进行加热，并将加热后得到的所述高温导热油输送至所述高温导热油储触。11.根据权利要求1O所述的综合发电系统，其特征在于，所述ORC发电系统包括: ORC透平膨胀机，与所述ORC换热器相连接，其中，所述ORC换热器中的有机工质吸收所述高温导热油的热量汽化为气态工质，所述ORC透平膨胀机用于对所述气态工质进行膨胀降压产生机械能； ORC发电机，与所述ORC透平膨胀机相连接，用于将所述ORC透平膨胀机产生的机械能转化为电能。12.根据权利要求11所述的综合发电系统，其特征在于，所述ORC发电系统还包括: ORC冷却器，与所述ORC透平膨胀机相连接，用于对所述气态工质进行冷却得到液态工质，其中，所述ORC冷却器经由工质栗与所述ORC预热器相连接，所述ORC预热器分别与所述工质栗和所述ORC换热器相连接，用于对经由所述工质栗输送的液态工质进行加热，并将加热后的液态工质输送至所述ORC换热器，其中，所述加热后的液态工质在所述ORC换热器中吸收所述高温导热油的热量汽化为所述气态工质。13.根据权利要求12所述的综合发电系统，其特征在于，所述天然气差压发电系统包括: 透平膨胀机，通过电动调节阀与所述天然气传输管道相连接，用于对来自高压管网中的高压天然气进行膨胀降压产生机械能； 发电机，与所述透平膨胀机相连接，用于将所述透平膨胀机产生的机械能转化为电能。14.根据权利要求13所述的综合发电系统，其特征在于，所述天然气差压发电系统还包括: 天然气换热器，分别与所述透平膨胀机和所述ORC冷却器相连接，用于利用所述ORC冷却器输出的介质的热量对膨胀降压后的低温天然气进行换热处理，其中，所述ORC冷却器中的介质在对所述气态工质进行冷却后温度升高，在所述天然气换热器中对膨胀降压后的低温天然气换热后温度降低返回至所述ORC冷却器； 流量计，与所述天然气换热器相连接，用于计量经由所述天然气换热器换热后的天然气，并将所述换热后的天然气传输至低压管网。15.根据权利要求14所述的综合发电系统，其特征在于，还包括: 冷却塔，与所述ORC冷却器相连接，用于对从所述ORC冷却器输出的介质进行冷却，并将冷却后的介质输送至所述ORC冷却器，其中，所述ORC冷却器用于利用经由所述冷却塔冷却后的介质对所述气态工质进行冷却， 其中，所述冷却塔与所述天然气换热器并联。16.根据权利要求8至15中任一项所述的综合发电系统，其特征在于，还包括: 除尘系统，与高压管网连接，用于对来自所述高压管网中的高压天然气进行除尘； 过滤加热系统，一端与所述除尘系统相连接，另一端与所述天然气差压发电系统相连接，用于对除尘后的高压天然气进行过滤和加热处理； 减压计量系统，一端与所述过滤加热系统相连接，另一端与低压管网相连接，其中，所述减压计量系统与所述天然气差压发电系统并联。17.根据权利要求8至15中任一项所述的综合发电系统，其特征在于，所述天然气差压发电系统与所述太阳能发电系统并联。
【文档编号】F03G6/06GK205559179SQ201620204185
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】邸建军, 任海涛, 王影辉
【申请人】碧海舟（北京）节能环保装备有限公司