本發明涉及能源利用,具體涉及一種基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法及裝置。
背景技術:
1、天然氣在其輸送過程中需要進行調壓以適應網管壓力需求,存在大量將高壓天然氣調為低壓天然氣的工藝場景,調壓過程會浪費大量壓力能。為充分利用壓力能源,通常會通過設置與調壓工藝流程并行的膨脹發電工藝實現壓力能發電。但膨脹發電過程中,伴隨的機械能和冷能的比例大致為1∶1,機械能會轉變為電能,而冷能會大大降低發電后天然氣的溫度。溫度過低的天然氣無法直接進入下游天然氣管網需要加熱至適當溫度,這就降低了壓力能發電裝置進行天然氣壓力能發電的經濟性,限制了天然氣壓力能發電技術在我國北方地區的推廣應用。現有技術中,天然氣摻氫技術可將可再生能源等制取的“綠氫”通過天然氣管網輸送到終端用戶。天然氣摻氫裝置既有對氫能的大規模儲存,又能高效低成本地輸送氫氣,實現“氫進萬家”,是未來降低天然氣利用過程碳排放強度以及保障燃氣供應安全的有效途徑,也是天然氣管道輸送行業的發展趨勢。可以認識到,氫氣與甲烷的理化性質不同,其中之一是氫氣在管道輸送工藝條件下(0~12mpa、-10℃~30℃),會隨著壓力降低而緩慢升溫。
技術實現思路
1、鑒于上述問題,本發明實施例提供一種基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法及系統,利用氫氣與甲烷的理化性質差異,控制壓力能發電裝置的出口溫度,解決天然氣進入下游天然氣管網溫度過低的技術問題。
2、本發明實施例的基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法,其特征在于,包括:
3、設定壓力能發電后的摻氫天然氣目標溫度,根據目標溫度調整天然氣摻氫過程的摻氫比例,保持摻氫天然氣動態溫度跟蹤目標溫度。
4、本發明一實施例中,所述根據目標溫度調整天然氣摻氫過程的摻氫比例包括:
5、獲取利用摻氫天然氣壓力能發電后的目標出口壓力pout和目標出口溫度tout,獲取天然氣源供氣的壓力和溫度確定摻氫過程中天然氣的進口壓力pin,ch4和進口溫度tin,ch4;獲取氫氣源供氣的壓力和溫度確定摻氫過程中氫氣的進口壓力pin,h2和進口溫度tin,h2;
6、獲取起始摻氫比例ch2,pre為0時天然氣膨脹發電后的起始出口溫度tout,pre;
7、根據天然氣的進口壓力pin,ch4和進口溫度tin,ch4確定進口條件下天然氣的節流效應系數jtin,ch4,根據氫氣的進口壓力pin,h2和進口溫度tin,h2確定進口條件下氫氣的節流效應系數jtin,h2,根據目標出口壓力pout和目標出口溫度tout確定出口條件下天然氣的節流效應系數jtout,ch4和氫氣的節流效應系數jtout,h2;
8、根據以下公式確定天然氣在發電膨脹過程中的節流效應系數jtpro,ch4:
9、jtpro,ch4=(jtin,ch4+jtout,ch)/2
10、根據以下公式確定氫氣在發電膨脹過程中的節流效應系數jtpro,h2:
11、jtpro,h2=(jtin,h2+jtout,h2)/2;
12、根據以下公式確定匹配目標出口溫度tout的當前摻氫比例ch2,cal:
13、
14、獲取當前摻氫比例ch2,cal時天然氣膨脹發電后的當前出口溫度tout,cal;
15、在當前出口溫度tout,cal與目標出口溫度tout的誤差≤設定閾值時,保持監控周期內的當前摻氫比例ch2,cal;
16、在當前出口溫度tout,cal與目標出口溫度tout的誤差>設定閾值(例如1-10%)時,根據以下公式確定更新摻氫比例ch2,mid:
17、
18、利用更新摻氫比例ch2,mid迭代下一監控周期內當前摻氫比例ch2,cal。
19、本發明一實施例中,所述保持摻氫天然氣動態溫度跟蹤目標溫度包括:
20、在摻氫天然氣壓力能發電過程中,實時監測天然氣的進口壓力pin,ch4和進口溫度tin,ch4、氫氣的進口壓力pin,h2和進口溫度tin,h2的波動;
21、當波動超出設定閾值時,重新計算當前摻氫比例ch2,cal,并進行摻氫比例迭代調整。
22、本發明實施例基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制系統,包括:
23、天然氣管路壓力傳感器,用于反饋高壓天然氣源輸出管路內的實時壓力變化;
24、天然氣管路溫度傳感器,用于反饋高壓天然氣源輸出管路內的實時溫度變化;
25、氫氣管路壓力傳感器,用于反饋氫氣源輸出管路內的實時壓力變化;
26、氫氣管路溫度傳感器,用于反饋氫氣源輸出管路內的實時溫度變化;
27、摻氫管路氫組分儀,用于反饋天然氣摻氫裝置和壓力能發電裝置間摻氫天然氣管路中實時氫氣占比變化;
28、出口管路壓力傳感器,用于反饋壓力能發電裝置出口管路中摻氫天然氣體的壓力變化;
29、出口管路溫度傳感器,用于反饋壓力能發電裝置出口管道中摻氫天然氣體的實時溫度變化;
30、控制模塊,用于接收實時反饋數據,根據預置摻氫比例控制過程進行天然氣摻氫裝置的摻氫比例參數控制。
31、本發明一實施例中,所述高壓天然氣源輸出管路與氫氣源輸出管路分別連接天然氣摻氫裝置的天然氣入口和氫氣入口,摻氫天然氣管路兩端分別連接天然氣摻氫裝置的摻氫天然氣出口和壓力能發電裝置的高壓天然氣入口,壓力能發電裝置的低壓天然氣出口連接向下游天然氣管網輸送摻氫天然氣體的出口管路。各管路上的專業傳感器和數據采集設備根據專業規程進行布設;
32、在各專業傳感器和數據采集設備與控制模塊間形成數據上傳鏈路。天然氣摻氫裝置與控制模塊間形成控制數據鏈路。
33、本發明一實施例中,所述控制模塊包括:
34、存儲器,用于存儲上述的基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法的處理過程對應的程序代碼;
35、處理器,執行所述程序代碼。
36、本發明實施例的基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法及系統通過向天然氣摻入氫氣,利用氫氣隨壓降輕微溫升的特性,克服了天然氣壓力能發電系統中溫降過大、出口溫度過低的問題,有利于壓力能發電技術在我國北方地區的推廣應用。利用針對摻氫天然氣的壓力能發電過程建立的連續監控周期形成對摻氫比例的根據出口現場條件的迭代優化,保證摻氫比例控制隨動出口溫度的動態變化,使得出口溫度始終能夠保證跟蹤目標出口溫度的精度。
1.一種基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制方法,其特征在于,包括:
2.如權利要求1所述的壓力能發電溫度控制方法,其特征在于,所述根據目標溫度調整天然氣摻氫過程的摻氫比例包括:
3.如權利要求2所述的壓力能發電溫度控制方法,其特征在于,所述保持摻氫天然氣動態溫度跟蹤目標溫度包括:
4.一種基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制系統,其特征在于,包括:
5.如權利要求4所述的基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制系統,其特征在于,所述高壓天然氣源輸出管路與氫氣源輸出管路分別連接天然氣摻氫裝置的天然氣入口和氫氣入口,摻氫天然氣管路兩端分別連接天然氣摻氫裝置的摻氫天然氣出口和壓力能發電裝置的高壓天然氣入口,壓力能發電裝置的低壓天然氣出口連接向下游天然氣管網輸送摻氫天然氣體的出口管路。各管路上的專業傳感器和數據采集設備根據專業規程進行布設;
6.如權利要求4所述的基于天然氣摻氫的壓力能發電溫度控制系統,其特征在于,所述控制模塊包括: