天然气降压发电系统研究综述

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1、石油机械一124一CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷增刊●专题综述天然气降压发电系统研究综述信石玉高文金沈珍平(江汉石油机械研究院)摘要随着天然气使用范围的扩大，将会有大量的压力损失可被用来发电。由于长途输运的需要，从气井输出到终端用户，降压级别分为好几个层次逐级递减，在压力逐级递减时存在巨大的压差能量。气体通过节流阀降压，会产生巨大冷量，在阀口产生霜冻，堵塞管道。传统的解决方案压降能量全部浪费，采用降压发电系统，在节流阀处安装透平或往复式引擎来吸收压降能量用以发电。介绍了天然气降压发电系统的构成

2、及工艺流程，从技术因素、管理因素和经济性等方面分析了系统的可行性。介绍了加拿大的降压发电试点项目，该项目的最大发电功率为1MW。最后指出业内要对管道降压发电项目的经济性和应用潜力进行周期性评估。关键词天然气降压发电透平膨胀机统的使用潜力引。0引言1系统概况天然气已经成为石油和煤炭的重要补充能源，许多国家都建设了天然气长途输运管网，2007年目前，美国和加拿大试运行的天然气降压发电全球天然气消费量达3．2万亿In。。随着天然气使系统布置在高压管线和低压管线之间(图1)。主用范围的扩大，将会有大量的压力损失可被用来发要设备包括涡轮

3、膨胀机、发电机、燃料电池以及备电¨。中国和美国都有许多座降压站。由于长途输运的需要，从气井输出到终端用户，降压级别分换热器。●非燃烧热能为好几个层次逐级递减，基本上距离在100km以备用燃气锅炉上，管道压力在5～10MPa；超过20km的，压力预热高涡轮膨胀机；在2—5MPa，在城市的分输管网内只需1MPa压压气体力，送至家庭用户只需略高于大气压即可J。稳压闯厦在压力逐级递减时存在巨大的压差能量。气体哪通过节流阀降压，会产生巨大冷量，在阀El产生霜稳压阀出口，舞出Il管雾道蘩内天耄然气气从低压气体冻，堵塞管道。传统的解决方案是

4、通过燃烧锅炉或日低压气体4换热器，提前对高压气体加热，这需要消耗燃气，并且会释放污染物，压降能量全部浪费J。采用图1天然气降压发电系统工作流程降压发电系统，在节流阀处安装透平或往复式引擎用燃气锅炉、换热器、电能适配器、稳压阀等配套来吸收压降能量用以发电。气体通过涡轮时膨胀，设备。涡轮膨胀机将高压气体膨胀做功转换成机械结合气流推力所产生的压力推动涡轮旋转，涡轮带能，带动发电机运转，产生电能；燃料电池根据实动感应发电机运动，气体压力降低，从低压侧管道际情况可有可无，主要是将天然气的化学能转换成排出；产生电力可直接并人输电线路以供使

5、用，具电能，并将产生的大量热能通过换热器传递给膨胀备一定的经济价值和社会效益，这为降压发电系统机人口高压气体，避免在涡轮膨胀机内的温度骤降提供了广阔的使用空间。只要有天然气管网长距离中产生霜冻损坏设备。备用燃气锅炉用于膨胀机停输运至城市区域或其他消费单位，就有压降发电系机检修时为膨胀阀人口气升温，稳压阀用于调节气2011年第39卷增刊信石玉等：天然气降压发电系统研究综述一125一流，在部分季节不适于使用涡轮膨胀机时采用传统降压站内必须有足够的场地容纳透平膨胀机发方式降压。电系统及其附属的控制、换热设备，并且透平膨胀机需要与输气

6、管线尽量靠近以减小能量损失。2系统可行性分析2．2．2环境条件当地温度和气压条件对发电效率和透平膨胀机2．1技术因素出口气体均有影响。温度越高，效能越低。2．1．1压力比2．2．3入网条件压降是透平膨胀机的动力来源，压力比是高、电力运营的准人许可；降压站与输电管网的距低压管网内压力的比值，能量回收潜力与压力比的离会影响入网连接成本，特别是需要安装输电线路自然对数成比例。压力比越高，可回收的能量越和附属设备时(如变压器等)。这些成本可能非常多，产生的电能就越多。标准的管网操作压力比一高昂，直接影响项目的经济性。般小于透平膨胀机允

7、许的最大压力比，同时为了使2．3经济性透平膨胀机正常工作，需要满足一个最小压力比2．3．1安装成本(约1．3：1)¨。项目的全部成本包含：透平膨胀机、变速箱、2．1．2气流量及其稳定性发电机、预热器、连接设备、控制设备、管网连接发电量也是气流量的函数，对项目经济性来设备成本和工程安装费用。表1列举了20世纪8O说，气流量的波动是一个非常重要的考虑因素。通年代的部分项目，其成本从每千瓦600～2300美常在城市降压站中，气流量会受到季节性和每日需元不等。最大的系统每千瓦成本最低，表明该系统求的影响而变化。透平膨胀机发电系统要能在

8、波动有一定的规模经济性。气量条件下维持相对稳定的压力比。透平膨胀机的经验表明，系统安装具有选址特殊性，并需要运行能力因制造商而异，但一般能在设计流量范围针对性的工程设计，很难实现压缩成本的打包或标的50％～140％内工作。这能对难以评估的设备安准化设计。装规模提供优化结果。一