CN115031152A - 天然气调峰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气调峰系统，所述天然气调峰系统包括储气库、储能单元和第一发电单元，储气库内具有相互独立的第一腔室和第二腔室，第一腔室内填充有天然气，第一腔室适于与天然气源连通，第二腔室内填充有储能介质，储能单元与第二腔室连通，储能单元用于向第二腔室内输送储能介质，第一发电单元与第二腔室连通，第一发电单元适于利用储能介质产生电能。本发明的天然气调峰系统，可以实现电力储能及天然气调峰，还可减小设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及新能源储能技术领域，具体涉及一种天然气调峰系统。
背景技术
天然气储备和调峰系统是解决短期和中期天然气供应短缺，确保天然气安全供应以及天然气市场稳定运行的有效手段。相关技术中的储能系统将天然气储存于地下洞穴或地面储气库，地下洞穴储气库依赖地质条件，资源稀缺，而地面储气库采用压力容器或管道制造，造价高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种天然气调峰系统，可以实现电力储能及天然气调峰，还可减小设备成本。
本发明实施例的天然气调峰系统，包括：储气库，所述储气库内具有相互独立的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内填充有天然气，所述第一腔室适于与天然气源连通，所述第二腔室内填充有储能介质；储能单元，所述储能单元与所述第二腔室连通，所述储能单元用于向所述第二腔室内输送所述储能介质；第一发电单元，所述第一发电单元与所述第二腔室连通，所述第一发电单元适于利用所述储能介质产生电能。
本发明实施例的天然气调峰系统，可以实现电力储能及天然气调峰，还可减小设备成本。
在一些实施例中，所述储能单元包括电动机和压缩机，所述电动机和所述压缩机相连，所述压缩机向所述第二腔室内输送压缩气体。
在一些实施例中，所述第一发电单元包括膨胀机和发电机，所述膨胀机与所述发电机相连，所述膨胀机的进口与所述第二腔室连通，所述膨胀机的出口与外界连通，所述膨胀机利用所述储能介质产生机械能，所述发电机利用所述机械能产生电能。
在一些实施例中，所述天然气调峰系统还包括蓄热单元，所述蓄热单元的一端与所述储能单元相连，所述蓄热单元的另一端与所述第一发电单元相连。
在一些实施例中，所述天然气调峰系统还包括第二发电单元，所述第二发电单元的一端与所述第一腔室连通，所述第二发电单元的另一端与所述天然气管网的下游相连，且所述第二发电单元利用所述第一腔室内的天然气产生电能。
在一些实施例中，所述第二发电单元与所述蓄热单元相连。
在一些实施例中，所述储能单元包括水泵水轮机和蓄水池，所述水泵水轮机的一端与所述蓄水池相连，所述水泵水轮机的另一端与所述第二腔室相连。
在一些实施例中，所述储气库内具有空腔，且所述储气库内设有隔膜，所述隔膜将所述空腔分割成所述第一腔室和所述第二腔室。
在一些实施例中，所述隔膜在所述空腔内可移动或伸缩以调整所述第一腔室和所述第二腔室的大小。
本发明实施例的天然气调峰方法，包括如下步骤：当天然气处于用气高峰时段时，且用电谷段时，由第一腔室向天然气源的下游释放天然气，释放出的天然气可以应对用气高峰，并且储能单元与此同时将储能介质充入第一腔室；当处于用气低谷时段，且用电峰段时，由天然气源向第一腔室储存天然气，与此同时第二腔室向外释放储能介质，第一发电单元利用第二腔室释放的储能介质进行发电，由此应对用电高峰。
附图说明
图1是本发明实施例的天然气调峰系统的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的天然气调峰系统的结构示意图。
图3是本发明又一实施例的天然气调峰系统的结构示意图。
附图标记：
储气库1，第一腔室101，第二腔室102，
储能单元2，水泵水轮机21，蓄水池22，
第一发电单元3，蓄热单元4，第二发电单元5，隔膜6，第一阀门7，第二阀门8，第三阀门9，第四阀门10，天然气管网11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1至图3所示，本发明实施例的天然气调峰系统，包括储气库1、储能单元2和第一发电单元3，储气库1内具有相互独立的第一腔室101和第二腔室102，第一腔室101内填充有天然气，第一腔室101适于与天然气源连通，第二腔室102内填充有储能介质，储能单元2与第二腔室102连通，储能单元2用于向第二腔室102内输送储能介质，第一发电单元3与第二腔室102连通，第一发电单元3适于利用储能介质产生电能。
例如，天然气源可以为天然气管网11或天然气储备库。
具体地，如图1所示，第一腔室101用于储存天然气，第二腔室102用于储存空气，储能单元2为压缩储能单元2，压缩储能单元2的进口与外界连通，压缩储能单元2的出口与第二腔室102连通，压缩储能单元2将外界的空气压缩并储存至第二腔室102内，由天然气源排出的天然气进入第一腔室101。
需要说明的是，当天然气处于用气高峰时段时，且用电谷段时，由第一腔室101向天然气源的下游释放天然气，释放出的天然气可以应对用气高峰，并且储能单元2与此同时将储能介质充入第一腔室101。
当处于用气低谷时段，且用电峰段时，由天然气源向第一腔室101储存天然气，与此同时第二腔室102向外释放储能介质，第一发电单元3利用第二腔室102释放的储能介质进行发电，由此应对用电高峰。
本发明实施例的天然气调峰系统，通过有序控制第一腔室101和第二腔室102的充气和放气，一方面实现电力储能及调峰的作用，另一方面还可以实现燃气调峰的作用，充分利用现有的天然气管网11及储备库资源，还可以发挥燃气调峰和电力储能调峰双重功能可以实现电力储能及天然气调峰，还可减小设备成本。
在一些实施例中，储能单元2包括电动机和压缩机，电动机和压缩机相连，压缩机向第二腔室102内输送压缩气体。
例如，储能单元2为压缩储能单元2，电动机与压缩机相连，电动机与电源相连，压缩机的进气侧与外界连通，压缩机的出气侧与第二腔室102连通，电动机带动压缩机转动，压缩机将外界空气进行压缩后输送至第二腔室102内存储。
本发明实施例的天然气调峰系统，通过设置压缩机可以将外界空气压缩并将压缩后的空气输送至第二腔室102内储存，储能介质可以直接由外界摄取，无需额外增加储能介质，降低了设备成本。
在一些实施例中，第一发电单元3包括膨胀机和发电机，膨胀机与发电机相连，膨胀机的进口与第二腔室102连通，膨胀机的出口与外界连通，膨胀机利用储能介质产生机械能，机械能驱动发电机产生电能。
例如，膨胀机的进气侧与第二腔室102连通，膨胀机的出气侧与外界连通，膨胀机可以利用储能介质的能量产生机械能并驱动发电机转动，第一发电单元3与储能单元2相配合，实现电力储能和电力调峰双重功能。
在一些实施例中，天然气调峰系统还包括蓄热单元4，蓄热单元4的一端与储能单元2相连，蓄热单元4的另一端与第一发电单元3相连。
本发明实施例的天然气调峰系统，通过设置蓄热单元4，可以储存压缩储能单元2压缩空气产生的压缩热，并将压缩热用于第一发电单元3中，压缩热有利于储能介质释放能量，从而提高第一发电单元3的发电效率。
在一些实施例中，天然气调峰系统还包括第二发电单元5，第二发电单元5的一端与第一腔室101连通，第二发电单元5的另一端与天然气源相连，且第二发电单元5利用第一腔室101内的天然气产生电能。
例如，如图1所示，第二发电单元5为余压发电单元，天然气管网11包括高压天然气管网11和低压天然气管网11，高压天然气管网11与第一腔室101的进口连通，第一腔室101的出口与第二发电单元5的进口连通，第二发电单元5的出口与低压天然气管网11连通，第二发电单元5包括膨胀机和发电机，膨胀机利用第一腔室101内排出的天然气中的能量产生机械能并带动发电机发电，膨胀机排出的天然气进入低压天然气管网11内。
优选地，第二发电单元5与蓄热单元4相连。利用蓄热单元4储存的热量提高第二发电单元5的发电效率。
本发明实施例的天然气调峰系统，通过设置第二发电单元5，可以利用第一腔室101内排出的天然气的压力进行发电，提高能源的利用率以及电力调峰的效率。
在一些实施例中，储能单元2包括水泵水轮机21和蓄水池22，水泵水轮机21的一端与蓄水池22相连，水泵水轮机21的另一端与第二腔室102相连。
例如，当储能介质为水时，如图3所示，在储能时水泵水轮机21以水泵模式运行，通过水泵水轮机21将蓄水池22相的水输入第二腔室102内，在释能时水泵水轮机21以水轮机模式运行，第二腔室102内的水向水池输出水，水泵水轮机21利用水能进行发电。
在一些实施例中，储气库1内具有空腔，且储气库1内设有隔膜6，隔膜6将空腔分割成第一腔室101和第二腔室102。
例如，隔膜6的外周面与储气库1的内壁面相连，或者，隔膜6的外周面与储气库1的内壁面相贴合且隔膜6的外周面与储气库1的内壁面之间密封配合。通过设置隔膜6，可以将第一腔室101和第二腔室102分割开，避免天然气进入第二腔室102内造成安全隐患。
优选地，隔膜6在空腔内可移动以调整第一腔室101和第二腔室102的大小。例如，隔膜6在空腔内可伸展或压缩，例如，隔膜6为柔性隔膜6。当第二腔室102内的压力较大时，隔膜6邻近第二腔室102的一侧压缩，当第一腔室101内的压力较小时，隔膜6邻近第一腔室101的一侧伸展。本发明实施例的天然气调峰系统，通过隔膜6在空腔内移动，调整第一腔室101和第二腔室102的大小，从而使第一腔室101和第二腔室102内的压力稳定，还可以使第一腔室101内的天然气和第二腔室102内的储能介质释放的更加稳定，提高系统的安全性。
在一些实施例中，天然气调峰系统还包括第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9和第四阀门10，如图1所示，第一阀门7设在高压天然气管网11与第一腔室101之间，第二阀门8设在第一腔室101与第二发电单元5之间，第三阀门9设在储能单元2与第二腔室102之间，第四阀门10设在第二腔室102与第一发电单元3之间。
如图2所示，第一阀门7设在天然气管线与第一腔室101之间，第三阀门9设在储能单元2与第二腔室102之间，第四阀门10设在第二腔室102与第一发电单元3之间。
本发明实施例的天然气调峰系统，通过控制第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9和第四阀门10的开启和关闭，调整天然气以及储能介质的进出，从而提高系统控制的多样性和灵活性。
下面参照图1至图3描述本发明一些具体示例的天然气调峰系统。
实施例一：依托城市天然气管网11，空气储能介质
电力：峰段10:00-12:00，14:00-19:00，平段8:00-10:00，12:00-14:00，19:00-0:00，谷段0:00-8:00，燃气：早、中、晚用气高峰，其他时段低谷。
早上6:00-8:00，用电谷段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，压缩空气储存至第二腔室102内，天然气输送至0.4MPa(g)的低压天然气管网11，蓄热单元4将部分热量传递给第二发电单元5，第二发电单元5发电，发电量约6000kWh，净耗电量11000kWh。
上午10:00-12:00，用电峰段，用气谷段。高压天然气管网11放出4MPa(g)高压天然气100000Nm3，输入储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放空气，蓄热单元4将热量传递给第一发电单元3，第一发电单元3发电，发电量约12000kWh。
下午12:00-14:00，用电平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时压储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，天然气输送至0.4MPa(g)的低压天然气管网11，蓄热单元4将部分热量传递给第二发电单元5，第二发电单元5发电，发电量约6000kWh，净耗电量11000kWh。
下午14:00-18:00，用电峰段，用气谷段。高压天然气管网11放出4MPa(g)高压天然气200000Nm3，输入储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放空气，蓄热单元4将热量传递给第一发电单元3，第一发电单元3发电，发电量约24000kWh。
晚上18:00-20:00，用电峰段和平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时压储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，天然气输送至0.4MPa(g)的低压天然气管网11，蓄热单元4将部分热量传递给第二发电单元5，第二发电单元5发电，发电量约6000kWh，净耗电量11000kWh。
其他时段，系统待机。
通过上述实施例一，天然气调峰与电力储能调峰互相配合，压缩空气储能效率可达70％，由于回收了高压天然气管网11与低压天然气管网11之间的天然气压差能量，还实现电力的增发，获得更大综合效益。
实施例二：依托天然气管线或储备库，空气储能介质
电力：峰段10:00-12:00，14:00-19:00，平段8:00-10:00，12:00-14:00，19:00-0:00，谷段0:00-8:00，燃气：早、中、晚用气高峰，其他时段低谷。
早上6:00-8:00，用电谷段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时压储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，天然气输送至天然气管线或储备库。
上午10:00-12:00，用电峰段，用气谷段。天然气管线或储备库放出4MPa(g)高压天然气100000Nm3，输入储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放空气，蓄热单元4将热量传递给第一发电单元3，第一发电单元3发电，发电量约12000kWh。
下午12:00-14:00，用电平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时压储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，天然气输送至天然气管线或储备库。
下午14:00-18:00，用电峰段，用气谷段。天然气管线或储备库放出4MPa(g)高压天然气200000Nm3，输入储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放空气，蓄热单元4将热量传递给第一发电单元3，第一发电单元3发电，发电量约24000kWh。
晚上18:00-20:00，用电峰段和平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3，同时压储能单元2将空气压缩至4MPa(g)，耗电量约17000kWh，压缩机排气热量储存于蓄热单元4中，天然气输送至天然气管线或储备库。
其他时段，系统待机。
通过上述实施例二，天然气调峰与电力储能调峰互相配合，压缩空气储能效率可达70％。
实施例三：依托天然气管线或储备库，水储能介质
电力：峰段10:00-12:00，14:00-19:00，平段8:00-10:00，12:00-14:00，19:00-0:00，谷段0:00-8:00，燃气：早、中、晚用气高峰，其他时段低谷。
早上6:00-8:00，用电谷段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3输入至天然气管线或储备库，同时水泵水轮机21将水池中的水增压至10MPa(g)输入储气库1的第二腔室102，耗电量约3300kWh。
上午10:00-12:00，用电峰段，用气谷段。天然气管线或储备库放出10MPa(g)高压天然气100000Nm3，输入至储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放水到水池，水泵水轮机21发电，发电量约2500kWh。
下午12:00-14:00，用电平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3输入至天然气管线或储备库，同时水泵水轮机21将水池中的水增压至10MPa(g)输入储气库1的第二腔室102，耗电量约3300kWh。
下午14:00-18:00，用电峰段，用气谷段。天然气管线或储备库放出10MPa(g)高压天然气100000Nm3，输入至储气库1的第一腔室101，同时储气库1的第二腔室102释放水到水池，水泵水轮机21发电，发电量约5000kWh。
晚上18:00-20:00，用电峰段和平段，用气峰段。储气库1的第一腔室101放出天然气100000Nm3输入至天然气管线或储备库，同时水泵水轮机21将水池中的水增压至10MPa(g)输入储气库1的第二腔室102，耗电量约3300kWh。
其他时段，系统待机。
通过上述实施例二，天然气调峰与电力储能调峰互相配合，抽水蓄能效率可达75％。
本发明实施例的天然气调峰方法，包括如下步骤：当天然气处于用气高峰时段时，且用电谷段时，由第一腔室向天然气源的下游释放天然气，释放出的天然气可以应对用气高峰，并且储能单元与此同时将储能介质充入第一腔室；当处于用气低谷时段，且用电峰段时，由天然气源向第一腔室储存天然气，与此同时第二腔室向外释放储能介质，第一发电单元利用第二腔室释放的储能介质进行发电，由此应对用电高峰。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种天然气调峰系统，其特征在于，包括：
储气库，所述储气库内具有相互独立的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内填充有天然气，所述第一腔室适于与天然气源连通，所述第二腔室内填充有储能介质；
储能单元，所述储能单元与所述第二腔室连通，所述储能单元用于向所述第二腔室内输送所述储能介质；
第一发电单元，所述第一发电单元与所述第二腔室连通，所述第一发电单元适于利用所述储能介质产生电能。
2.根据权利要求1所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述储能单元包括电动机和压缩机，所述电动机和所述压缩机相连，所述压缩机向所述第二腔室内输送压缩气体。
3.根据权利要求2所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述第一发电单元包括膨胀机和发电机，所述膨胀机与所述发电机相连，所述膨胀机的进口与所述第二腔室连通，所述膨胀机的出口与外界连通，所述膨胀机利用所述储能介质产生机械能，所述发电机利用所述机械能产生电能。
4.根据权利要求3所述的天然气调峰系统，其特征在于，还包括蓄热单元，所述蓄热单元的一端与所述储能单元相连，所述蓄热单元的另一端与所述第一发电单元相连。
5.根据权利要求4所述的天然气调峰系统，其特征在于，还包括第二发电单元，所述第二发电单元的一端与所述第一腔室连通，所述第二发电单元的另一端与所述天然气源相连，且所述第二发电单元利用所述第一腔室内的天然气产生电能。
6.根据权利要求5所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述第二发电单元与所述蓄热单元相连。
7.根据权利要求1所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述储能单元包括水泵水轮机和蓄水池，所述水泵水轮机的一端与所述蓄水池相连，所述水泵水轮机的另一端与所述第二腔室相连。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述储气库内具有空腔，且所述储气库内设有隔膜，所述隔膜将所述空腔分割成所述第一腔室和所述第二腔室。
9.根据权利要求8所述的天然气调峰系统，其特征在于，所述隔膜在所述空腔内可移动或伸缩以调整所述第一腔室和所述第二腔室的大小。
10.一种天然气调峰方法，其特征在于，包括如下步骤：
当天然气处于用气高峰时段时，且用电谷段时，由第一腔室向天然气源的下游释放天然气，释放出的天然气可以应对用气高峰，并且储能单元与此同时将储能介质充入第一腔室；
当处于用气低谷时段，且用电峰段时，由天然气源向第一腔室储存天然气，与此同时第二腔室向外释放储能介质，第一发电单元利用第二腔室释放的储能介质进行发电，由此应对用电高峰。
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