CN105156891A - 基于储气库的联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储气库的联产系统，其涉及油气储运、供冷供热领域，它包括：能与气体管网连通的压缩装置，压缩装置具有第一出口端和第一进口端，压缩装置的第一进口端与气体管网连通，其用于对气体管网分流出的气体进行压缩；具有第二出口端和第二进口端的储气库，储气库的第二进口端与压缩装置的第一出口端相连接，储气库的第二出口端与气体管网相连通，其用于存储压缩后的气体；连接于储气库的第二出口端与气体管网之间的发电装置，其用于利用气体的高压进行发电；连接于发电装置与气体管网之间的第一换热器，其用于升高经发电后的气体的温度，并将热交换获得的冷量供给供冷管网。本发明能够产生冷能、热能、电能，降低储气库的运行成本。

Description

基于储气库的联产系统

技术领域

本发明涉及油气储运、供冷供热领域，特别涉及一种基于储气库的联产系统。

背景技术

能源管网是现代城市的重要标志，如天然气、电力、供冷和供热管网，但因气候和人的作息规律不同，能源供求存在时间不平衡的现象，需要配套调峰设施，以提高管网运行效率。

目前，储气库通过注气/采气循环运行，从市场下载富余天然气，储存起来，待需求旺盛时采出，上传给市场，应对天然气供求不平衡难题，实现天然气调峰。但是由于地质先决条件，我国的储气库埋藏深，运行压力高，需要将天然气压缩至足够高的压力才能注入至地下储气库完成注气，压缩气体需要花费大量能量，但是在储气库释放气体的时候，通常直接将储气库中的天然气通入气体网管供给市场，如此，导致储气库中压缩而形成的高压天然气的高压能量白白浪费，无法回收该部分能量加以适当的利用，进而导致当前储气库存在的能耗高、运行成本高的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种基于储气库的联产系统，其能够解决储气库在运行时能耗高而导致的成本高的问题。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种基于储气库的联产系统，它包括：能与气体管网连通的压缩装置，所述压缩装置具有第一出口端和第一进口端，所述压缩装置的第一进口端与所述气体管网连通，所述压缩装置用于对气体管网分流出的气体进行压缩；具有第二出口端和第二进口端的储气库，所述储气库的第二进口端与所述压缩装置的第一出口端相连接，所述储气库的第二出口端与气体管网相连通，所述储气库用于存储压缩后的气体；连接于所述储气库的第二出口端与所述气体管网之间的发电装置，所述发电装置用于利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网；连接于所述发电装置与所述气体管网之间的第一换热器，所述第一换热器用于升高经发电后的气体的温度，并将与气体进行热交换获得的冷量供给供冷管网。

优选地，它还包括连接于所述压缩装置和所述储气库之间的第二换热器，所述第二换热器用于降低经压缩装置压缩后气体的温度，并将与气体换热获得的热能供给供热管网。

优选地，所述压缩装置包括燃气驱动的压缩机。

优选地，所述发电装置包括膨胀发电机。

优选地，所述气体包括天然气，所述气体管网包括天然气管网。

优选地，当市场上的气体需求小或供给过剩时，所述储气库的第二进口端与所述气体管网连通，所述压缩装置对所述气体进行压缩，所述第二换热器对压缩后的气体进行热交换，热交换后的气体注入储气库实现气体存储。

优选地，当市场上的气体需求旺盛或供给不足时，所述储气库的第二出口端与所述气体管网连通，所述发电装置利用气体的高压进行发电，所述第一换热器对发电后的气体进行热交换，热交换后的气体通入气体管网供给市场。

本发明的具体实施方式具有以下显著有益效果：

1、在对气体进行压缩时，气体受压缩作用，由常温低压状态转变成高温高压状态，经第二换热器进行热交换，将高温高压气体转变成常温高压气体，经第二换热器交换的热量通过存储在水、油或其他比热容高的物质中流入供热管网供给人们日常所需的热量。如此，一方面回收了热能用于供给人们日常所需，如此提高了能量的利用率，降低了运行成本。另外一方面，降低了压缩后气体的温度，减小了气体在注入储气库时对注采管柱的损害。

2、在市场存在对气体需求的缺口时，通过采出储气库中存储的气体供给市场，由于存储在储气库中的气体为高压气体，在采出后，让气体流经膨胀发电机进行发电，气体由高压转变成常压或低压，充分利用气体的高压特性，发电机产生的电能用于供给城市电网，如此，发电所带来的收益可以降低储气库整体的运行成本。

3、当气体经膨胀发电机进行发电时，气体由高压转变成常压或低压，基于气体的热力学特性，在该过程中，气体的温度将下降转变成低温气体，在气体进行发电后，经第一换热器进行热交换，将低温气体转变成常温气体，经第一换热器交换回收的冷量通过存储在水、油或其他物质中用于供给城市的供冷管网。如此，系统一方面回收了冷量用于供给人们日常所需，提高了能量的利用率，降低了运行成本。另外一方面，系统升高了膨胀发电后气体的温度，减小了低温气体对外输管道的损害。

4、本发明中的系统与当前储气库的运行系统相比，在实现提高能量利用率，降低运行成本的几大步骤时，并不对储气库的调峰能力产生任何影响。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中基于储气库的联产系统的流程示意图。

以上附图的附图标记：

1、阀门；2、压缩装置；3、第二换热器；4、储气库；5、发电装置；6、第一换热器；7、止回阀。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

受冷热电联产工艺的启发，研究发现，储气库4具备生产副产品的潜力，当储气库4将低压气体压缩为高压气体注入到地下的过程中，储存气体进行压缩时气体温度会大幅上升，进而释放大量热量。在采气过程借助高压气体发电，其间气体膨胀产生冷能，在实现天然气管网调峰的同时，产生了电冷热。可见，储气库4在发挥天然气调峰的同时，还具备生产“冷热电”的潜力，因此存在降低运行成本的可能。于是，通过改进目前储气库4的注气/采气循环工艺流程，提出了一种基于储气库4的联产系统。

本基于储气库4的联产系统，它包括：能与气体管网连通的压缩装置2，压缩装置2具有第一出口端和第一进口端，压缩装置2的第一进口端与气体管网连通，压缩装置2用于对气体管网分流出的气体进行压缩；具有第二出口端和第二进口端的储气库4，储气库4的第二进口端与压缩装置2的第一出口端相连接，储气库4的第二出口端与气体管网相连通，储气库4用于存储压缩后的气体；连接于储气库4的第二出口端与气体管网之间的发电装置5，发电装置5用于利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网；连接于发电装置5与气体管网之间的第一换热器6，第一换热器6用于升高经发电后的气体的温度，并将与气体进行热交换获得的冷量供给供冷管网。

图1为本发明实施例中基于储气库4的联产系统的流程示意图，如图1所示，本基于储气库4的联产系统设置于供给或输送气体管网的支路上，在气体管网需要设置本基于储气库4的联产系统处设置一阀门1，该阀门1一方面用于开设支路，另外一方面用于控制支路的开闭状态。在该支路上设置有压缩装置2，压缩装置2具有第一出口端和第一进口端，压缩装置2的第一进口端与阀门1相连接，进而使得其能够与气体管网连通。该压缩装置2主要用于对气体管网分流出的气体进行压缩。压缩装置2可以包括燃气驱动的压缩机，当气体为可燃气体时，燃气驱动的压缩机可以直接使用需要被压缩的气体作为燃料，对需压缩气体进行压缩，如此可以减少电能的消耗。而且，一般当进行注气阶段时，市场上的气体通常处于需求小或供给过剩状态，此时的气体价格相对而言会比较便宜，所以采用燃气驱动的压缩机可以降低储气库4的运行成本。

储气库4是将长输管道输送来的商品气体重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，一般建设在靠近下游气体用户城市的附近。储气库4具有第二出口端和第二进口端，储气库4的第二进口端与压缩装置2的第一出口端相连接，储气库4的第二出口端与气体管网相连接，储气库4用于存储经压缩装置2压缩后的气体。由于气体相对体积较大，为了在储气库4存储更多的气体以供使用，所以在存储之前必须将气体进行高压压缩，而且由于我国的地质先决条件，我国的储气库4埋藏深，运行压力高，通常必须将来气压缩至足够高的压力才能实现向地下注气。储气库4的第二出口端能与气体管网相连通，当市场需求旺盛或供给不足时，储气库4的第二出口端与气体管网连通，储气库4将存储的气体供给市场以调节供求不平衡现象。

连接于储气库4的第二出口端与气体管网之间的发电装置5，发电装置5用于利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网。发电装置5可以包括膨胀发电机。当市场上气体处于需求旺盛或供给不足时，通过储气库4中存储的气体供给市场，用于弥补市场缺口。此时高压气体从储气库4中采出，流经发电装置5，发电装置5利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网。此时，由于气体的热力学性质，气体由常温高压状态转变成低温常压状态。当然，在气体流经发电装置5之前，根据气体的状态决定是否对气体进行露点处理、脱水处理等工序，以满足发电装置5对气体的质量要求。

在市场存在对气体需求的缺口时，通过采出储气库4中存储的气体供给市场，由于存储在储气库4中的气体为高压气体，在采出后，让气体流经发电装置5进行发电，气体由高压转变成常压或低压，充分利用气体的高压特性，发电机产生的电能用于供给城市电网，如此，发电所带来的收益可以降低储气库4整体的运行成本。

连接于发电装置5与气体管网之间的第一换热器6，第一换热器6用于升高经发电后的气体的温度，并将与气体进行热交换获得的冷量供给供冷管网。当市场上的气体需求旺盛或供给不足时，储气库4的第二出口端与气体管网连通，发电装置5利用气体的高压进行发电，第一换热器6对发电后的气体进行热交换，热交换后的气体通入气体管网供给市场。当气体经膨胀发电机进行发电时，气体由高压转变成常压或低压，基于气体的热力学特性，在该过程中，气体的温度将下降转变成低温气体，且存在发电装置5时，气体的流量需足够大以满足发电装置5对流量的要求，如此，在大流量下，气体在发电的瞬间由高压转变成常压或低压时产生了的低温气体的温度足够低，气体的低温和大流量导致其含有巨大的冷量。该冷量由于其数量的庞大可以在较为经济的前提下通过换热装置对其进行利用。所以在气体进行发电后，经第一换热器6进行热交换，将低温气体转变成常温气体，经第一换热器6交换回收的冷量通过存储在水、油或其他物质中用于供给城市的供冷管网。如此，系统一方面回收了冷量用于供给人们日常所需，提高了能量的利用率，降低了运行成本。另外一方面，系统升高了膨胀发电后气体的温度，减小了低温气体对外输管道的损害。

当本基于储气库的联产系统连入气体管网后，在气体管网中阀门1的下游设置一止回阀7，其用于防止气体逆流。本基于储气库的联产系统中存储的气体可以包括天然气，与其相对应的，气体管网包括天然气管网。当然的，本基于储气库的联产系统中存储的气体也可以包括其他具有利用价值需要进行存储的气体。

本基于储气库的联产系统的工作原理如下：当市场上的气体需求小或供给过剩时，打开阀门1，使得气体管网中气体部分分流至支路中，流经压缩装置2，压缩装置2将气体进行压缩，基于气体的热力学性质，在压缩过程中产生大量热量，气体温度上升，气体由常温低压状态转变成高温高压状态。高温高压的气体再注入储气库4中进行存储。当市场上的气体需求旺盛或供给不足时，储气库4的第二出口端与气体管网连通，储气库4中的气体通过管道流入气体管网，用于供给市场，弥补市场缺口。此时高压气体从储气库4中采出，流经发电装置5，发电装置5利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网。此时，由于气体的热力学性质，气体由常温高压状态转变成低温常压状态。当然，在气体流经发电装置5之前，根据气体的状态决定是否对气体进行露点处理、脱水处理等工序，以满足发电装置5对气体的质量要求。在市场存在对气体需求的缺口时，通过采出储气库4中存储的气体供给市场，由于存储在储气库4中的气体为高压气体，在采出后，让气体流经发电装置5进行发电，气体由高压转变成常压或低压，充分利用气体的高压特性，发电机产生的电能用于供给城市电网。当气体经膨胀发电机进行发电时，气体由高压转变成常压或低压，基于气体的热力学特性，在该过程中，气体的温度将下降转变成低温气体，在气体进行发电后，经第一换热器6进行热交换，将低温气体转变成常温气体，经第一换热器6交换回收的冷量通过存储在水、油或其他物质中用于供给城市的供冷管网。转变成常温的气体最终通入气体管网，用于供应市场需求。

在市场存在对气体需求的缺口时，通过采出储气库4中存储的气体供给市场，由于存储在储气库4中的气体为高压气体，在采出后，让气体流经膨胀发电机进行发电，气体由高压转变成常压或低压，充分利用气体的高压特性，发电机产生的电能用于供给城市电网，如此，发电所带来的收益可以降低储气库4整体的运行成本。当气体经膨胀发电机进行发电时，气体由高压转变成常压或低压，基于气体的热力学特性，在该过程中，气体的温度将下降转变成低温气体，在气体进行发电后，经第一换热器6进行热交换，将低温气体转变成常温气体，经第一换热器6交换回收的冷量通过存储在水、油或其他物质中用于供给城市的供冷管网。如此，系统一方面回收了冷量用于供给人们日常所需，提高了能量的利用率，降低了运行成本。另外一方面，系统升高了膨胀发电后气体的温度，减小了低温气体对外输管道的损害。

在一个优选的实施方式中，基于储气库的联产系统还包括连接于压缩装置2和储气库4之间的第二换热器3，第二换热器3用于降低经压缩装置2压缩后气体的温度，第二换热器3中进行换热的另一种物质可以是水、油或其他比热容大的物质，如此将与气体换热获得的热能通过水、油或其他比热容大的物质供给供热管网。当市场上的气体需求小或供给过剩时，储气库4的第二进口端与气体管网连通，压缩装置2对气体进行压缩，第二换热器3对压缩后的气体进行热交换，热交换后的气体注入储气库4实现气体存储。当市场上的气体需求小或供给过剩时，打开阀门1，使得气体管网中气体部分分流至支路中，流经压缩装置2，压缩装置2将气体进行压缩，基于气体的热力学性质，在压缩过程中产生大量热量，气体温度上升，气体由常温低压状态转变成高温高压状态。接着，气体流经第二换热器3，第二换热器3将高温高压的气体进行降温，使其变为常温高压气体，气体中原本的热量通过第二换热器3存储在流经第二换热器3中的水、油或其他比热容高的物质中，最终供给供热管网。常温高压的气体再注入储气库4中进行存储。总体而言，当市场上的气体需求小或供给过剩时，储气库4的第二进口端与气体管网连通，压缩装置2对气体进行压缩，第二换热器3对压缩后的气体进行热交换，热交换后的气体注入储气库4实现气体存储。

在对气体进行压缩时，气体受压缩作用，由常温低压状态转变成高温高压状态，经第二换热器3进行热交换，将高温高压气体转变成常温高压气体，经第二换热器3交换的热量通过存储在水、油或其他比热容高的物质中流入供热管网供给人们日常所需的热量。如此，一方面回收的热能用于供给人们日常所需，提高了能量的利用率，降低了运行成本。另外一方面，降低了压缩后气体的温度，减小了气体在注入储气库4时对注采管柱的损害。

本发明实施例中的系统与当前储气库4的运行系统相比，其能够提高能量利用率，降低运行成本的。在系统中设置第二换热器3、发电装置5、第一换热器6后，整个系统运作时并不对储气库4的调峰能力产生任何影响。在实现发电、收集热能供给供热管网、收集冷量供给供冷管网的功能时，并不消耗任何气体，即不影响储气库4在气体供求不平衡时的调峰能力。

我国运行的储气库有25座，随着中俄东线和中俄西线等长输管道的建设和规划，将新建12座储气库，受沉积地质先决条件的影响，我国储气库埋藏深，致使储气库注气压力高，造成高能耗和运行成本高。本发明实施例中提供了一种降低储气库运行成本、提高盈利空间方法，具体是在注气的时候收集热能、采气阶段发电、并收集冷能，在实现天然气调峰的同时，还产生冷能、热能、电能三种附加产品。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于储气库的联产系统，其特征在于，它包括：

能与气体管网连通的压缩装置，所述压缩装置具有第一出口端和第一进口端，所述压缩装置的第一进口端与所述气体管网连通，所述压缩装置用于对气体管网分流出的气体进行压缩；

具有第二出口端和第二进口端的储气库，所述储气库的第二进口端与所述压缩装置的第一出口端相连接，所述储气库的第二出口端与气体管网相连通，所述储气库用于存储压缩后的气体；

连接于所述储气库的第二出口端与所述气体管网之间的发电装置，所述发电装置用于利用气体的高压进行发电，并将电能输送给电网；

连接于所述发电装置与所述气体管网之间的第一换热器，所述第一换热器用于升高经发电后的气体的温度，并将与气体进行热交换获得的冷量供给供冷管网。

2.根据权利要求1所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，它还包括连接于所述压缩装置和所述储气库之间的第二换热器，所述第二换热器用于降低经压缩装置压缩后气体的温度，并将与气体换热获得的热能供给供热管网。

3.根据权利要求1所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，所述压缩装置包括燃气驱动的压缩机。

4.根据权利要求1所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，所述发电装置包括膨胀发电机。

5.根据权利要求1所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，所述气体包括天然气，所述气体管网包括天然气管网。

6.根据权利要求2所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，当市场上的气体需求小或供给过剩时，所述储气库的第二进口端与所述气体管网连通，所述压缩装置对所述气体进行压缩，所述第二换热器对压缩后的气体进行热交换，热交换后的气体注入储气库实现气体存储。

7.根据权利要求1所述的基于储气库的联产系统，其特征在于，当市场上的气体需求旺盛或供给不足时，所述储气库的第二出口端与所述气体管网连通，所述发电装置利用气体的高压进行发电，所述第一换热器对发电后的气体进行热交换，热交换后的气体通入气体管网供给市场。