基于压力能涡轮发电的综合能源系统的制作方法

1.本发明属于新能源技术领域，尤其涉及基于压力能涡轮发电的综合能源系统。


背景技术：

2.在油气开采、石化生产及天然气管网运输等行业，均存在有大量的高压气体，当工艺流程变化或接近用户终端时，必须经过减压以达到适宜的使用压力，以确保用户端安全用气。比如：天然气气田的采气初始压力可达10mpa，输气站管线压力4～6mpa，到下游城镇天然气门站的压力降至0.1mpa以下。
3.高压气体在被压缩和输送过程中，存在着大量的高压空气压力能。目前，高压管网普遍采用稳压器来实现高压气体减压，通过该装置内部特殊流道形成的局部阻力、进/出口压差、稳压弹簧刚度等的一系列机械物理作用，实现高压空气流量变化时稳定压力的功能。高压气体在物理作用下减压至低压，压力能通过物理减压的方式调节，高压压力能未能得到充分利用，无形中造成了压力能资源的浪费。
4.因此，如何能够可以有效将压力能资源充分利用的同时成本低廉，并且实现低碳可持续发展以及较高的经济效益与环保效益，是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供基于压力能涡轮发电的综合能源系统，可以有效将压力能资源充分利用的同时成本低廉，并且实现低碳可持续发展以及较高的经济效益与环保效益。
6.为实现上述目的，本发明提供了基于压力能涡轮发电的综合能源系统，所述综合能源系统设置在高压气体管网和低压气体管网之间，所述综合能源系统包括气体预热系统、发电系统、集成控制系统；
7.所述气体预热系统将高压气体管网输出的高压气体进行预先加热后将其传输至发电系统；
8.所述发电系统将预先加热的高压气体的压力能转化为电能，并将由此产生的低压气体传输至低压气体管网；
9.所述集成控制系统用于控制气体预热系统和发电系统的运行；
10.所述高压气体管网、气体预热系统、发电系统、低压气体管网依次连接；
11.所述集成控制系统分别与气体预热系统、发电系统电连接。
12.优选地，所述气体预热系统包括：电加热模块；
13.所述发电系统包括：涡轮模块、发电模块、区域电网和并网开关模块；
14.所述电加热模块与涡轮模块统通过气体管线连接，所述涡轮模块、发电模块、区域电网模块和并网开关模块依次连接；
15.所述并网开关模块将发电系统的电能传输至工业电网。
16.优选地，所述气体预热系统还包括：换热模块；
17.所述发电系统还包括：化学能发电模块，所述化学能发电模块与低压气体管网通过气体管线连接；
18.所述换热模块接收化学能发电模块产生的余热并加热高压气体。
19.优选地，所述气体预热系统还包括：机械稳压模块，所述机械稳压模块分别与电加热模块、涡轮发电系统通过气体管线连接。
20.优选地，所述气体预热系统还包括：燃气锅炉模块，所述燃气锅炉模块对高压气体进行补充供热。
21.优选地，所述发电系统还包括：光伏发电模块、风力发电模块、储能电池模块；
22.所述光伏发电模块、风力发电模块、储能电池模块分别与区域电网电连接。
23.优选地，所述涡轮模块与发电模块一体化设置。
24.优选地，所述集成控制系统包括：手动控制模块、远程遥控模块、中央控制器；
25.所述中央控制器分别与手动控制模块、远程遥控模块连接，所述中央控制器控制气体预热系统和发电系统的运行。
26.优选地，所述中央控制器通过监控综合能源系统中各系统信息，根据预设的数学模型控制发电系统向工业电网提供电能。
27.本发明具有以下有益效果：
28.(1)本发明采用气体预热系统和涡轮发电系统可以将气体的压力能转换为电能，发电过程不需燃料消耗，无污染排放，实现零碳清洁发电，并且充分利用了压力能资源；
29.(2)本发明采用新能源发电系统可以将空间地理资源转化为清洁能源，提高综合能源系统的供电能力和综合效益，并且新能源发电系统和涡轮发电系统采用多能互补分布式能源技术，实现多种电源的匹配变换、协调运行及分配调度，在满足综合能源系统自供电的同时，还可向工业电网输出清洁电能，实现多能互补，提高发电量及减碳综合效益；
30.(3)本发明采用集成控制系统可以针对气、电、热、压等多元系统，采用传感器、数字化、信息化技术及集成控制智能，完成对综合能源系统各部件的状态监测、信息采集、模型分析计算及运行指令给定，实现综合能源系统的高效、可靠、安全运行，并设置远程遥控方式，提高综合能源系统的自动化智能化技术水平；
31.(4)本发明采用机械稳压模块可以在涡轮发电系统故障不能正常发电减压时，切换至减压模式，让高压气体经机械稳压模块进入低压管道，维持管网系统正常运行，大大提高了综合能源系统的可靠性、安全性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明所公开的基于压力能涡轮发电的综合能源系统的结构示意图；
34.其中：
35.1燃气锅炉模块；2换热模块；3电加热模块；4机械稳压模块；5涡轮模块；6发电模块；7区域电网；8化学能发电模块；9光伏发电模块；10风力发电模块；11储能电池模块；12并
网开关模块；13手动控制模块；14远程遥控模块；15中央控制器；16工业电网；17高压气体管网；18低压气体管网。
具体实施方式
36.本发明的核心在于提供基于压力能涡轮发电的综合能源系统，可以有效将压力能资源充分利用的同时成本低廉，并且实现低碳可持续发展以及较高的经济效益与环保效益。
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
38.本发明实施例中基于压力能涡轮发电的综合能源系统可以应用于以下两种情况：
39.1)高压气体管网，尤其是适用于天然气高压、中压管网体系，将高压空气压力能及空间地理资源转换为清洁绿色能源，提升管网运营经济效益，实现低碳可持续发展，
40.2)天然气田开采，通常气田初始压力高于10mpa以上，压力能储量更加丰实，采用该系统可充分回收压力能，降低气田开采能耗，经济效益与环保效益显著。
41.本领域技术人员能够理解，综合能源系统设置在高压气体管网17和低压气体管网18之间，本发明实施例中所公开的综合能源系统包括气体预热系统、发电系统、集成控制系统；
42.气体预热系统将高压气体管网17输出的高压气体进行预先加热后将其传输至发电系统；
43.发电系统将预先加热的高压气体的压力能转化为电能，并将由此产生的低压气体传输至低压气体管网；
44.集成控制系统用于控制气体预热系统和发电系统的运行；
45.高压气体管网17、气体预热系统、发电系统、低压气体管网18依次连接；
46.集成控制系统分别与气体预热系统、发电系统电连接。
47.如图1所示，气体预热系统包括燃气锅炉模块1、换热模块2、电加热模块3和机械稳压模块4，发电系统包括涡轮模块5、发电模块6、区域电网7、化学能发电模块8、光伏发电模块9、风力发电模块10、储能电池模块11和并网开关模块12，集成控制系统包括手动控制模块13、远程遥控模块14和中央控制器15。
48.其中，换热模块2分别与燃气锅炉模块1、涡轮模块5、机械稳压模块4、高压气体管网17通过气体管线连接，并且与电加热模块3一体化设置，机械稳压模块4与涡轮模块5管路并联连接，区域电网7分别与发电模块6、化学能发电模块8、光伏发电模块9、风力发电模块10、储能电池模块11和并网开关模块12电连接，手动控制模块13、远程遥控模块14分别与中央控制器15电连接，中央控制器15接收由手动控制模块13、远程遥控模块14发送的指令控制其他各个模块的运行。
49.气体预热系统利用了气体发电余热及电加热模块3，将管道中的高压气体，通过换热器2加热至稳定的预热温度，并去掉气体冷凝现象，确保涡轮模块5顺利、高效膨胀做功；同时预留了燃气锅炉模块1，以备在余热与供电不能满足需求时进行补充预热，提高机组运
行的稳定性。
50.发电系统通过采用针对高低压气体管线压差及流量定制化设计的涡轮模块5，将高压气体的压力能在一定的温度差、压力差和流量的条件下，通过膨胀做功转化为涡轮的机械能。涡轮模块5与发电模块6同轴设置，同轴运转，实现一体化设置，有效地将机械能转化电能，向区域电网7提供清洁零碳电能。
51.较佳地，发电系统采用航空动力学技术及高效永磁发电系统，保证涡轮发电系统实现稳定、高效的动能转换。
52.发电系统采用化学能发电模块8(如：燃料电池或微型燃料轮机装置)，利用低压气体管网18的低压气体实现辅助发电，并将产生的余热通过管线进入换热模块2以加热高压气体。发电系统还可以利用高压气体管网17的地理空间资源，布置一定数量的光伏发电模块9、风力发电模块10及储能电池模块11，提高清洁能源发电量和供电稳定性，在保持低碳环保特性的同时，进一步提升综合能源系统的经济效益。
53.区域电网7将发电系统的多路电能，进行变压变流和电能分配，在优先满足综合能源系统各部件自供电的同时，多余电能经并网开关模块12，向工业电网输出清洁电能，实现减碳与供电双重收益。
54.集成控制系统通过手动控制模块13、远程遥控模块14发送的指令向中央控制器15发送控制指令，并统一采集综合能源系统各关键部件的运行状态及参数信息，以系统低能耗、高发电量和高效率为控制目标进行统一分析、模拟计算后，向各关键部件发送运行指令，协调控制能源系统各子系统及关键部件，实现可靠、高效、安全运行。手动控制及远程遥控模式，提高了综合能源系统的控制灵活性和自动化、信息化水平。
55.综上所述，本发明实施例具有以下技术优势：
56.1、高效节能，充分利用了压力能资源，产生清洁电能，无燃料消耗，实现综合能源系统电能自给的同时，具备余电上网功能，节能效果显著；
57.2、清洁环保，综合能源系统的发电、供电及能源转换过程无污染排放，真正实现零碳绿色，清洁能源；
58.3、多能互补，供电灵活：将压力能发电、气体发电及新能源多种电源成份集成为局域微电网，实现多能互补，自发自用，余电上网，能源转化灵活方便；
59.4、高可靠性，采用多能互补技术的同时也保障电能稳定及可靠性，并且设置了并联的机械稳压器4，大大提高管网运行的安全可靠性；
60.5、智能运行，在远程控制、机旁控制的基础上，采用icy集成控制技术，实现远程监控，智能控制，自动运行；
61.6、综合效益高，无燃料消耗降低系统运营成本，无污染排放环保性能优异，可再生能源发电提高经济效益，保障最佳综合效益。
62.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。