[发明专利]基于太阳能加热的天然气压差发电转换机组及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于天然气发电领域，具体的说，是属于天然气压差发电转换机组及其实现方法。

背景技术

21世纪，在人类迎来科技、经济蓬勃发展的同时也面临着环境恶化、城市人口膨胀等各种问题的威胁，而能源短缺也是一个不容忽略的方面。为了优化能源消耗结构，改善生态环境，实现可持续发展战略，天然气作为一种洁净环保、优质高效的能源燃料被世界各国广泛利用，它的需求量也日益增加。天然气是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。

天然气由地下开采出以后具有很高的压力，通常在数MPa到数十MPa之间，而天然气的长距离输送是采用5MPa～8MPa的高压管道输送，在到达城市门站时，需减压至1.6MPa～4MPa输送进入城市管网，再在高中压调压站中将天然气压力降为0.4MPa左右的中压输送进入中压管网，并在中低压调压站中再次将中压天然气降低为0.1MPa左右的低压后输送至终端用户。而目前我国的天然气调压站采用的降压方法一般为通过调压器产生的节流作用来进行减压，这部分压差能量没有得到很好地利用。

利用天然气调压站的压差进行发电，这是我国燃气行业讨论多年，但始终没有解决的一个课题，其难度主要在于：

1、膨胀降压过程伴随着数十度甚至上百度的温度降，现阶段是通过换热器使用工业废热或者其他热源对透平膨胀机进行加热，这样导致对能源的依赖较高；

2、系统的经济效益不高，造价与收益得不到很好的平衡。

但是天然气压差发电的市场潜力非常大，几乎每个城市都有数十个甚至上百个调压站。因此，研究开发一种运行可靠、经济效益高的天然气压差发电机组是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于太阳能加热的天然气压差发电转换机组及其实现方法，克服现有技术中发电系统稳定性差、降压过程中冷量浪费严重以及发电效率低的缺陷。 

本发明采用的技术方案如下：

基于太阳能加热的天然气压差发电转换机组，包括至少一个由天然气压差发电系统、与天然气压差发电系统相连的太阳能加热发电系统组成的天然气压差发电转换系统，且所述天然气压差发电系统上连接有进气管和出气管。

为了更好的实现天然气压差发电系统的工作，所述天然气压差发电系统包括串联在进气管和太阳能加热发电系统之间的透平膨胀机，均与透平膨胀机连接的减速器和换热器，以及与减速器相连的第一发电机，其中所述透平膨胀机还与出气管相连。

为了更好的实现太阳能加热发电系统的工作，所述太阳能加热发电系统由依次连接的太阳能转化机组、工质循环系统和第二发电机组成；所述工质循环系统主要由依次连接相互构成回路的径流式膨胀机、冷凝器、循环泵和蒸发器组成，其中，径流式膨胀机与第二发电机相连，冷凝器连接于换热器上。

进一步的，所述太阳能转化机组主要由循环管道、均设置于该循环管道上的太阳能吸热板和保温层组成，其中，该循环管道还与蒸发器相连。

再进一步的，下一个天然气压差发电转换系统通过其透平膨胀机上的进气管与上一个天然气压差发电转换系统内膨胀机上的出气管相连，从而构成机组。

为了提高透平膨胀机和径流式膨胀机的降温，所述透平膨胀机和径流式膨胀机的转轴上均设有具有润滑和降温功能的油路循环系统，该油路循环系统主要由通过油管相互连通为回路的油箱、油泵、单向阀、第一冷却器、第一截止阀、第一过滤器和第二冷却器组成，其中，第一过滤器和第二冷却器之间的油管串联接通转轴上的油道。

更进一步的，所述第一冷却器和第一截止阀之间还连通有第二过滤器，第一截止阀和第一过滤器之间还通过支路连通有蓄油器；第一冷却器的输出端还通过并联溢流回路与油箱连通，该溢流回路由相互连通的与第一冷却器连通的溢流阀和与油箱连通的第二截止阀组成；第二过滤器的输出端还通过并联第三截止阀与油箱连通。

基于太阳能加热的天然气压差发电转换机组，本发明还提供了实现方法，包括以下两个部分：

天然气压差发电系统

（I）若太阳能加热发电系统工作，所述太阳能加热发电系统中的冷凝器将吸收后的热量用于加热换热器，并进入步骤（3）；若太阳能加热发电系统不工作，则进入下一步；

（II）换热器通过废热与天然气进行热交换，从而加热天然气，并进入步骤（4）；

（III）换热器通过冷凝器吸收的热量与天然气进行热交换，从而将天然气进行加热，并进入下一步；

（IV）透平膨胀机通过加热后的天然气做功，并通过减速器和第一发电机进行发电；

太阳能加热发电系统