本發(fā)明涉及能源高效轉(zhuǎn)化與利用系統(tǒng)，尤其涉及一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地下儲(chǔ)氣庫(kù)是解決天然氣供需平衡問(wèn)題的主要方式，其采用注采期分離的運(yùn)行方式。注氣期集中在夏秋兩季，天然氣經(jīng)逐級(jí)壓縮存入地下儲(chǔ)層，同時(shí)在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生大量余熱；采氣期集中在冬春兩季，天然氣經(jīng)降壓加熱等一系列處理工藝后運(yùn)出場(chǎng)外。

2、目前對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)余能利用的常規(guī)方式是利用采氣過(guò)程中高壓天然氣的壓力能，通過(guò)膨脹發(fā)電機(jī)將壓力能轉(zhuǎn)換為電能。而注氣期間天然氣壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的余熱雖然量級(jí)較大但品位低，難以用于發(fā)電，且在夏秋兩季對(duì)于低品位熱能需求少。因此，這部分余熱往往以空冷的方式直接浪費(fèi)掉。

3、在采氣階段，天然氣在降壓的過(guò)程中溫度迅速降低，需要采用加熱設(shè)備加熱天然氣以滿(mǎn)足需求。常用的措施是直接采用加熱爐或者電加熱的方式加熱天然氣。這會(huì)導(dǎo)致消耗大量能源，導(dǎo)致天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)站場(chǎng)能耗增加。

4、由于以上原因，儲(chǔ)氣庫(kù)余能高效利用問(wèn)題存在困難，目前對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)余能回收問(wèn)題的相關(guān)研究比較少，常規(guī)的利用余壓發(fā)電的技術(shù)，也僅僅是進(jìn)行了壓力能的回收利用，但并沒(méi)有解決在注氣期間天然氣壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的低品位余熱的利用問(wèn)題。同時(shí)，在采氣階段，雖已對(duì)壓力能進(jìn)行回收，但仍需通過(guò)加熱設(shè)備對(duì)天然氣進(jìn)行加熱以滿(mǎn)足工藝需求，增加系統(tǒng)能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，在注氣期間天然氣壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的低品位余熱難以利用，同時(shí)在采氣階段，仍需利用加熱設(shè)備對(duì)天然氣進(jìn)行加熱，使得大量能源被消耗的技術(shù)問(wèn)題。

2、為此，本發(fā)明提及了一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，包括：

3、注氣模塊、土壤儲(chǔ)熱模塊、余壓發(fā)電模塊；

4、在注氣期間，天然氣經(jīng)注氣模塊壓縮并降溫后儲(chǔ)存，注氣模塊將天然氣的熱量傳遞至土壤儲(chǔ)熱模塊，再由土壤儲(chǔ)熱模塊傳遞至土壤；

5、在采氣期間，從地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)放出的天然氣經(jīng)由余壓發(fā)電模塊降壓膨脹，在余壓發(fā)電模塊內(nèi)，天然氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；

6、在注氣期間，土壤內(nèi)儲(chǔ)存的熱量用于加熱在采氣期間膨脹降溫后的天然氣；

7、天然氣經(jīng)過(guò)至少一次膨脹并加熱。

8、進(jìn)一步地，注氣模塊包括：天然氣壓縮機(jī)、注氣換熱器；

9、其中，天然氣壓縮機(jī)和注氣換熱器通過(guò)管路連通；

10、在注氣期間，天然氣經(jīng)由天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行逐級(jí)壓縮，隨著天然氣的壓力升高且溫度上升，注氣換熱器用于降低天然氣溫度；

11、在注氣換熱器內(nèi)，天然氣與土壤儲(chǔ)熱模塊內(nèi)的換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，進(jìn)而通過(guò)土壤儲(chǔ)熱模塊將熱量傳遞至土壤。

12、進(jìn)一步地，土壤儲(chǔ)熱模塊包括：地埋管換熱器；

13、注氣模塊吸收天然氣的熱量并傳遞至地埋管換熱器，地埋管換熱器將熱量傳遞至土壤進(jìn)行存儲(chǔ)。

14、進(jìn)一步地，余壓發(fā)電模塊為多級(jí)膨脹發(fā)電；

15、在采氣期間，從地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)放出的天然氣經(jīng)過(guò)至少一次膨脹發(fā)電并加熱。

16、進(jìn)一步地，余壓發(fā)電模塊包括：膨脹發(fā)電機(jī)組、采氣換熱器；

17、從地下儲(chǔ)氣庫(kù)放出的天然氣進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)組，天然氣的壓力能在膨脹發(fā)電機(jī)組內(nèi)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；

18、地埋管換熱器將土壤內(nèi)的熱量傳遞至地埋管換熱器的換熱介質(zhì)中，再由采氣換熱器將地埋管換熱器內(nèi)部的換熱介質(zhì)的熱量傳遞給經(jīng)由膨脹發(fā)電機(jī)組降壓降溫后的天然氣。

19、進(jìn)一步地，

20、由地下儲(chǔ)層內(nèi)排出的天然氣至少進(jìn)入一個(gè)膨脹發(fā)電機(jī)組，天然氣的壓力能在膨脹發(fā)電機(jī)組內(nèi)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；

21、天然氣在經(jīng)過(guò)每一個(gè)膨脹發(fā)電機(jī)組降壓降溫后都需要再次經(jīng)過(guò)采氣換熱器，土壤內(nèi)的熱量經(jīng)由地埋管換熱器傳遞至采氣換熱器，再由采氣換熱器將熱量傳遞至天然氣，用于對(duì)天然氣的加熱。

22、進(jìn)一步地，天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)包括：第一流體泵；

23、第一流體泵設(shè)置于地埋管換熱器與注氣換熱器連通的管路上，第一流體泵用于驅(qū)動(dòng)地埋管換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)，以使換熱介質(zhì)與土壤、采氣換熱器或注氣換熱器進(jìn)行換熱。

24、進(jìn)一步地，天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)包括：第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、空冷器；

25、第一閥門(mén)設(shè)置于地埋管換熱器與采氣換熱器連通的管路上，第二閥門(mén)設(shè)置于地埋管換熱器與注氣換熱器連通的管路上；

26、在注氣期間，打開(kāi)第二閥門(mén)，通過(guò)空冷器、地埋管換熱器將天然氣壓縮機(jī)級(jí)間產(chǎn)生的余熱傳遞至土壤里；

27、在采氣期間，打開(kāi)第一閥門(mén)，天然氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)地埋管換熱器及采氣換熱器將存儲(chǔ)在土壤中的熱能提取出來(lái)，用于加熱降壓后的天然氣。

28、本申請(qǐng)的有益效果為：

29、本發(fā)明提供了一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，包括：注氣模塊、土壤儲(chǔ)熱模塊、余壓發(fā)電模塊；在注氣期間，天然氣經(jīng)由注氣模塊壓縮并降溫后儲(chǔ)存，注氣模塊吸收天然氣的熱量并傳遞至土壤儲(chǔ)熱模塊，經(jīng)由土壤儲(chǔ)熱模塊傳入土壤；在采氣期間，從地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)放出的天然氣經(jīng)由余壓發(fā)電模塊膨脹，在余壓發(fā)電模塊內(nèi)，天然氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；土壤內(nèi)儲(chǔ)存的熱量用于加熱在采氣期間膨脹降溫后的天然氣。

30、本發(fā)明所提及的系統(tǒng)可將注氣期間產(chǎn)生的余熱存儲(chǔ)于土壤內(nèi)，在采氣期間將其用于加熱天然氣，多余的熱能可以用于建筑供暖，以余壓發(fā)電模塊回收壓力能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)余能的高效利用。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高余熱利用率和余壓發(fā)電量，采用多級(jí)膨脹發(fā)電的方式回收壓力能。天然氣經(jīng)過(guò)膨脹發(fā)電機(jī)組降壓降溫后，利用土壤內(nèi)存儲(chǔ)的熱能進(jìn)行補(bǔ)熱，可進(jìn)行下一級(jí)的膨脹發(fā)電，此過(guò)程不僅提高了余熱利用率，同時(shí)由于補(bǔ)熱提高了天然氣的能量，增加了發(fā)電量，天然氣也可只經(jīng)過(guò)一次膨脹發(fā)電機(jī)組的膨脹發(fā)電。具體地，注氣期間天然氣經(jīng)天然氣壓縮機(jī)壓縮后溫度和壓力升高，采用注氣換熱器、地埋管換熱器，將多余的熱能存儲(chǔ)在土壤內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述注氣模塊包括：天然氣壓縮機(jī)、注氣換熱器；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤儲(chǔ)熱模塊包括：地埋管換熱器；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述余壓發(fā)電模塊為多級(jí)膨脹發(fā)電；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述余壓發(fā)電模塊包括：膨脹發(fā)電機(jī)組、采氣換熱器；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，由地下儲(chǔ)層內(nèi)排出的天然氣至少進(jìn)入一個(gè)膨脹發(fā)電機(jī)組，天然氣的壓力能在膨脹發(fā)電機(jī)組內(nèi)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，包括：第一流體泵；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)，其特征在于，包括：第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、空冷器；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及能源高效轉(zhuǎn)化與利用系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣采注余能高效利用系統(tǒng)。具體地，該系統(tǒng)包括：注氣模塊、土壤儲(chǔ)熱模塊、余壓發(fā)電模塊；該系統(tǒng)可將注氣期間產(chǎn)生的余熱存儲(chǔ)于土壤內(nèi)，在采氣期間利用余熱加熱天然氣，多余的熱能可以用于建筑供暖，實(shí)現(xiàn)了余熱的跨季節(jié)使用，為能源的高效利用提供了一種可持續(xù)的解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：韓宗偉,楊記林,張宏志
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26