CN216278267U - 一种基于压差发电的天然气门站供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于压差发电的天然气门站供电系统。所述系统包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，与天然气调压回路并联的压差发电单元，风力发电单元，光伏发电单元，输入端与燃料电池发电单元、压差发电单元、风力发电单元和光伏发电单元相连输出端与用电负载相连的电力分配单元。本实用新型利用天然气门站调压区废弃未利用的压力动能通过压差发电单元产生电力和冷能，解决了供电问题，能源利用率高，具有很好的经济效益；本实用新型的压差发电单元还具有调压稳压作用，可取代天然气调压回路。

Description

一种基于压差发电的天然气门站供电系统

技术领域

本实用新型属于能源利用、生产、回收技术领域，具体涉及一种基于压差发电的天然气门站供电系统。

背景技术

城市天然气门站是城市天然气输配系统的重要基础设施。其中门站是城市输配系统的气源点，也是天然气长输管线进入城市燃管道网的配气站，其任务是接收长输管线输送来的燃气，在站内进行过滤、调压、计量、加臭、分配后，送入城市输配管网或直接送入大用户。常规情况下，天然气门站均设置有一路或多路调压回路，如图1所示，调压回路包括换热器和调压器，通过调压器将输入的高压天然气降压并稳定在用户所需要的次高压或中压等压力等级。因为天然气在降压过程中吸热，导致管道内天然气温度急剧下降。经验数据表明，天然气每降压1.0MPa压力，管道内天然气温度会下降5℃左右，受此影响，管道和相关设备往往会结冰甚至产生冰堵事故。为了应对这种情况，避免产生安全隐患和对管道及设备造成不利影响，降压幅度大的场站一般都设置有供热装置，比如燃气热水锅炉、电加热器等，施加热源对调压前天然气进行加热升温，确保降压后天然气温度满足规范要求。

天然气门站位置比较偏僻，城市配电网没有到达，如果架设电力专线，经济成本太高。因此，建设专门基于压差发电的天然气门站供电系统很有必要。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种基于压差发电的天然气门站供电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种基于压差发电的天然气门站供电系统，包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，与天然气调压回路并联的压差发电单元，风力发电单元，光伏发电单元，输入端与燃料电池发电单元、压差发电单元、风力发电单元和光伏发电单元相连输出端与用电负载相连的电力分配单元。

进一步地，所述用电负载包括照明用电、仪表用电和充电桩用电，还包括制氢单元。

进一步地，所述制氢单元包括依次连接的纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐以及氢气输出管道，还包括连接压缩机、换热器的供冷装置，通过向压缩机、换热器传递冷能进行降温。

进一步地，压差发电单元主要由膨胀机、发电机、换热器和冷媒组成，发电过程输出电压加至电力分配单元，发电过程产生的冷能通过冷媒传输至制氢单元的压缩机。

更进一步地，所述膨胀机为双转子膨胀机或螺杆膨胀机或透平膨胀机。

更进一步地，所述发电机为异步发电机或同步发电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果。

本实用新型通过设置燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元、压差发电单元、风力发电单元、光伏发电单元和电力分配单元，能够实现天然气门站的独立供电。本实用新型利用天然气门站调压区废弃未利用的压力动能通过压差发电单元产生电力和冷能，解决了供电问题，能源利用率高，具有很好的经济效益；压差发电单元还具有调压稳压作用，可取代天然气常规调压回路，常规调压回路只作为应急备用或负荷平衡使用。

附图说明

图1为天然气调压回路的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一种基于压差发电的天然气门站供电系统的方框图。

图3为压差发电单元的安装结构示意图。

图2中：1-燃料电池发电单元，2-压差发电单元，3-制氢单元，4-电力分配单元，5-风力发电单元，6-光伏发电单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图2为本实用新型实施例一种基于压差发电的天然气门站供电系统的方框图，所述系统包括：燃料电池发电单元1以及为燃料电池发电单元1提供氢气的制氢单元3，压差发电单元2，风力发电单元5，与天然气调压回路并联的光伏发电单元6，输入端与燃料电池发电单元1、压差发电单元2、风力发电单元5和光伏发电单元6相连输出端与用电负载相连的电力分配单元4。

本实施例中，所述系统主要由燃料电池发电单元1、制氢单元3、压差发电单元2、风力发电单元5、光伏发电单元6和电力分配单元4组成，各单元的连接关系如图2所示，燃料电池发电单元1、压差发电单元2、风力发电单元5和光伏发电单元6的输出端分别与电力分配单元4的输入端电连接，电力分配单元4的输出端与电负载相连，制氢单元3通过管道与燃料电池发电单元1连接。下面分别对每个单元进行介绍。

燃料电池发电单元1，为供电源之一，用于通过电力分配单元4为用电负载供电。燃料电池发电单元1是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。天然气门站位置比较偏僻，城市配电网很难到达，引入可再生能源发电和燃料电池技术是解决站内供电的最好途径之一。既解决能源供应和环境污染问题，又可以降低建设成本。采用燃料电池发电单元1既可以增加电力的供应，又可以通过降低对传统工艺消耗化石燃料的需求而持续减少温室气体的排放。

制氢单元3，用于产生燃料电池发电单元1发电所需的燃料即氢气。制氢单元3需要压缩机对生产的氢气加压，从低压力(1.0MPa～3.0MPa)加压至高压(10MPa)，随后用氢气储存罐进行储存。当燃料电池发电单元1需要用氢气时，再通过管道输送给燃料电池发电单元1。

压差发电单元2，用于利用天然气的压力差发电，作为供电源之一，通过电力分配单元4为用电负载供电。压差发电单元2与天然气调压回路并联，其安装结构示意图如图3所示。压差发电单元2的数量为一套或多套，多套压差发电单元2采用并联方式连接。压差发电单元2的数量与天然气流量大小等因素有关。压差发电单元2可将天然气门站调压区废弃的压力动能转换成电能和冷能，不需要消耗其它额外的能源，能源利用率高，有很好的经济效益。另外，压差发电单元2与天然气调压回路并联，具有调压稳压功能，因此可替代调压回路，一般情况下常规调压回路只作为应急备用或负荷平衡使用。

风力发电单元5，用作供电源之一，通过电力分配单元4为用电负载供电。风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源能源，而且它取之不尽，用之不竭，非常适合缺水、缺燃料和交通不便的偏远地区。

光伏发电单元6，用作供电源之一，通过电力分配单元4为用电负载供电。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

电力分配单元4，用于汇总燃料电池发电单元1、压差发电单元2、风力发电单元5和光伏发电单元6输出的电压，并为用电负载提供所需的电源。为了保证天然气门站内各种燃气设施的安全稳定运行，天然气门站24小时都有值班运行人员，所以需要日常照明、生活热水、冬季采暖、夏季制冷等需求，而照明用电、电热水器用电和制冷设备用电等就构成用电负载。电力分配单元4通过汇总燃料电池发电单元1和压差发电单元2输出的电压，为所述用电负载供电。

作为一可选实施例，所述用电负载包括照明用电、仪表用电和充电桩用电，还包括制氢单元3。

本实施例给出了提高能源利用率的又一技术方案。在本实施例中，制氢单元3也作为用电负载，利用富裕的电能生产氢气，把电能转化成氢气内能储存起来；到了天然气门站的用电高峰期时，通过燃料电池发电单元1，再把氢气内能转化为电能。

作为一可选实施例，所述制氢单元3包括依次连接的纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐以及氢气输出管道，还包括连接压缩机、换热器的供冷装置，通过向压缩机、换热器传递冷能进行降温。

本实施例给出了制氢单元3的一种技术方案。本实施例的制氢单元3采用电解水制氢/储氢系统，主要由纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐等组成，还包括与压缩机和换热器相连的供冷装置。加压过程中氢气温度会升高，压缩机缸套及润滑油系统也产生大量热能，这就需要供冷装置通过压缩机和换热器加入冷能对其进行冷却。

作为一可选实施例，压差发电单元2主要由膨胀机、发电机、换热器和冷媒组成，发电过程输出电压加至电力分配单元4，发电过程产生的冷能通过冷媒传输至制氢单元3的压缩机。

本实施例给出了压差发电单元2的一种技术方案。压差发电单元2内，高压天然气作为介质进入，经过等熵膨胀降压降温进入冷能生产装置。一方面，天然气动能驱动发电机做功产生电力；另一方面，天然气降压后温度下降产生冷能，通过换热器将冷能传递给冷媒供给用冷设备使用。本实施例中，压差发电单元2主要由膨胀机、发电机、换热器和冷媒组成。膨胀机承担常规调压器降压稳压及产生动能的功用，同时产生冷能(低温天然气)。一般情况下高压天然气经过电能和冷能生产回路进行调压稳压，常规调压回路只作为应急备用或负荷平衡使用。发电机由膨胀机内连接轴借助于压力差动能驱动转子、叶片或螺杆旋转产生电力，将压力动能转换为电能。

优选地，所述膨胀机为双转子膨胀机或螺杆膨胀机或透平膨胀机。

优选地，所述发电机为异步发电机或同步发电机。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，与天然气调压回路并联的压差发电单元，风力发电单元，光伏发电单元，输入端与燃料电池发电单元、压差发电单元、风力发电单元和光伏发电单元相连输出端与用电负载相连的电力分配单元。

2.根据权利要求1所述的基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，所述用电负载包括照明用电、仪表用电和充电桩用电，还包括制氢单元。

3.根据权利要求1所述的基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，所述制氢单元包括依次连接的纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐以及氢气输出管道，还包括连接压缩机、换热器的供冷装置，通过向压缩机、换热器传递冷能进行降温。

4.根据权利要求1所述的基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，压差发电单元主要由膨胀机、发电机、换热器和冷媒组成，发电过程输出电压加至电力分配单元，发电过程产生的冷能通过冷媒传输至制氢单元的压缩机。

5.根据权利要求4所述的基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，所述膨胀机为双转子膨胀机或螺杆膨胀机或透平膨胀机。

6.根据权利要求4所述的基于压差发电的天然气门站供电系统，其特征在于，所述发电机为异步发电机或同步发电机。

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