本發(fā)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(fā)電溫度控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、天然氣在其輸送過程中需要進(jìn)行調(diào)壓以適應(yīng)網(wǎng)管壓力需求，存在大量將高壓天然氣調(diào)為低壓天然氣的工藝場景，調(diào)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(shè)置與調(diào)壓工藝流程并行的膨脹發(fā)電工藝實現(xiàn)壓力能發(fā)電。但膨脹發(fā)電過程中，伴隨的機(jī)械能和冷能的比例大致為1∶1，機(jī)械能會轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽淠軙蟠蠼档桶l(fā)電后天然氣的溫度。溫度過低的天然氣無法直接進(jìn)入下游天然氣管網(wǎng)需要加熱至適當(dāng)溫度，這就降低了壓力能發(fā)電裝置進(jìn)行天然氣壓力能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性，限制了天然氣壓力能發(fā)電技術(shù)在我國北方地區(qū)的推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，天然氣摻氫技術(shù)可將可再生能源等制取的“綠氫”通過天然氣管網(wǎng)輸送到終端用戶。天然氣摻氫裝置既有對氫能的大規(guī)模儲存，又能高效低成本地輸送氫氣，實現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”，是未來降低天然氣利用過程碳排放強(qiáng)度以及保障燃?xì)夤?yīng)安全的有效途徑，也是天然氣管道輸送行業(yè)的發(fā)展趨勢?？梢哉J(rèn)識到，氫氣與甲烷的理化性質(zhì)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(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明實施例提供一種基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制方法及系統(tǒng)，利用氫氣與甲烷的理化性質(zhì)差異，控制壓力能發(fā)電裝置的出口溫度，解決天然氣進(jìn)入下游天然氣管網(wǎng)溫度過低的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明實施例的基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制方法，其特征在于，包括：

3、設(shè)定壓力能發(fā)電后的摻氫天然氣目標(biāo)溫度，根據(jù)目標(biāo)溫度調(diào)整天然氣摻氫過程的摻氫比例，保持摻氫天然氣動態(tài)溫度跟蹤目標(biāo)溫度。

4、本發(fā)明一實施例中，所述根據(jù)目標(biāo)溫度調(diào)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(fā)電后的目標(biāo)出口壓力pout和目標(biāo)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(jìn)口壓力pin，ch4和進(jìn)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(jìn)口壓力pin，h2和進(jìn)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(fā)電后的起始出口溫度tout，pre；

7、根據(jù)天然氣的進(jìn)口壓力pin，ch4和進(jìn)口溫度tin，ch4確定進(jìn)口條件下天然氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtin，ch4，根據(jù)氫氣的進(jìn)口壓力pin，h2和進(jìn)口溫度tin，h2確定進(jìn)口條件下氫氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtin，h2，根據(jù)目標(biāo)出口壓力pout和目標(biāo)出口溫度tout確定出口條件下天然氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtout，ch4和氫氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtout，h2；

8、根據(jù)以下公式確定天然氣在發(fā)電膨脹過程中的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtpro，ch4：

9、jtpro，ch4＝(jtin，ch4+jtout，ch)/2

10、根據(jù)以下公式確定氫氣在發(fā)電膨脹過程中的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)jtpro，h2：

11、jtpro，h2＝(jtin，h2+jtout，h2)/2；

12、根據(jù)以下公式確定匹配目標(biāo)出口溫度tout的當(dāng)前摻氫比例ch2，cal：

13、

14、獲取當(dāng)前摻氫比例ch2，cal時天然氣膨脹發(fā)電后的當(dāng)前出口溫度tout，cal；

15、在當(dāng)前出口溫度tout，cal與目標(biāo)出口溫度tout的誤差≤設(shè)定閾值時，保持監(jiān)控周期內(nèi)的當(dāng)前摻氫比例ch2，cal；

16、在當(dāng)前出口溫度tout，cal與目標(biāo)出口溫度tout的誤差＞設(shè)定閾值(例如1-10％)時，根據(jù)以下公式確定更新?lián)綒浔壤齝h2，mid：

17、

18、利用更新?lián)綒浔壤齝h2，mid迭代下一監(jiān)控周期內(nèi)當(dāng)前摻氫比例ch2，cal。

19、本發(fā)明一實施例中，所述保持摻氫天然氣動態(tài)溫度跟蹤目標(biāo)溫度包括：

20、在摻氫天然氣壓力能發(fā)電過程中，實時監(jiān)測天然氣的進(jìn)口壓力pin，ch4和進(jìn)口溫度tin，ch4、氫氣的進(jìn)口壓力pin，h2和進(jìn)口溫度tin，h2的波動；

21、當(dāng)波動超出設(shè)定閾值時，重新計算當(dāng)前摻氫比例ch2，cal，并進(jìn)行摻氫比例迭代調(diào)整。

22、本發(fā)明實施例基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制系統(tǒng)，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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(fā)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(fā)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(fā)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(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)置摻氫比例控制過程進(jìn)行天然氣摻氫裝置的摻氫比例參數(shù)控制。

31、本發(fā)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(fā)電裝置的高壓天然氣入口，壓力能發(fā)電裝置的低壓天然氣出口連接向下游天然氣管網(wǎng)輸送摻氫天然氣體的出口管路。各管路上的專業(yè)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備根據(jù)專業(yè)規(guī)程進(jìn)行布設(shè)；

32、在各專業(yè)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備與控制模塊間形成數(shù)據(jù)上傳鏈路。天然氣摻氫裝置與控制模塊間形成控制數(shù)據(jù)鏈路。

33、本發(fā)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(fā)電溫度控制方法的處理過程對應(yīng)的程序代碼；

35、處理器，執(zhí)行所述程序代碼。

36、本發(fā)明實施例的基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制方法及系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)中溫降過大、出口溫度過低的問題，有利于壓力能發(fā)電技術(shù)在我國北方地區(qū)的推廣應(yīng)用。利用針對摻氫天然氣的壓力能發(fā)電過程建立的連續(xù)監(jiān)控周期形成對摻氫比例的根據(jù)出口現(xiàn)場條件的迭代優(yōu)化，保證摻氫比例控制隨動出口溫度的動態(tài)變化，使得出口溫度始終能夠保證跟蹤目標(biāo)出口溫度的精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的壓力能發(fā)電溫度控制方法，其特征在于，所述根據(jù)目標(biāo)溫度調(diào)整天然氣摻氫過程的摻氫比例包括：

3.如權(quán)利要求2所述的壓力能發(fā)電溫度控制方法，其特征在于，所述保持摻氫天然氣動態(tài)溫度跟蹤目標(biāo)溫度包括：

4.一種基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

5.如權(quán)利要求4所述的基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制系統(tǒng)，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(fā)電裝置的高壓天然氣入口，壓力能發(fā)電裝置的低壓天然氣出口連接向下游天然氣管網(wǎng)輸送摻氫天然氣體的出口管路。各管路上的專業(yè)傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備根據(jù)專業(yè)規(guī)程進(jìn)行布設(shè)；

6.如權(quán)利要求4所述的基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于天然氣摻氫的壓力能發(fā)電溫度控制方法及系統(tǒng)，利用氫氣與甲烷的理化性質(zhì)差異，控制壓力能發(fā)電裝置的出口溫度，解決天然氣進(jìn)入下游天然氣管網(wǎng)溫度過低的技術(shù)問題。方法包括：設(shè)定壓力能發(fā)電后的摻氫天然氣目標(biāo)溫度，根據(jù)目標(biāo)溫度調(diào)整天然氣摻氫過程的摻氫比例，保持摻氫天然氣動態(tài)溫度跟蹤目標(biāo)溫度。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(fā)電系統(tǒng)中溫降過大、出口溫度過低的問題，有利于壓力能發(fā)電技術(shù)在我國北方地區(qū)的推廣應(yīng)用。利用針對摻氫天然氣的壓力能發(fā)電過程建立的連續(xù)監(jiān)控周期形成對摻氫比例的根據(jù)出口現(xiàn)場條件的迭代優(yōu)化，保證摻氫比例控制隨動出口溫度的動態(tài)變化。

技術(shù)研發(fā)人員：張曉瑞,王洪建,吳榮,郭帥杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京市煤氣熱力工程設(shè)計院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9