天然气压力能发电-制冰利用及运行效益评估研究

天然气压力能是一种新兴清洁能源,对其进行高效利用是节约能源、降低碳排放的有效手段。目前,天然气压力能回收利用中存在用能模式单一、评估指标片面以及评估方法缺乏等问题,导致天然气压力能利用率低,运行效益和系统不足无法被准确评估,行业发展受阻。首先,提出了天然气压力能综合利用方案,使用透平膨胀机回收压力能发电,降压过程中产生的冷能用于制冰,并加入太阳能热水系统提高出站气温度,提高能源利用效率。其次,基于分析模型并考虑经济性和环保性构建了压力能利用系统运行效益评估指标体系,对系统的运行状态进行全面、综合的评估。然后,建立了层次分析法-反熵权法综合评价模型,解决了指标之间相互影响、含义交叉的问题,提高了指标权重的判断精度。最后,通过对案例调压站评估可得,该调压站在运行中主要存在装置故障率高、系统稳定性差以及经济效益不显著等问题,评估结果验证了评估方法的有效性,为压力能利用系统的运行优化提供了理论支撑。

考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析

天然气管网余压资源利用是实现双碳目标的关键技术路径之一。压力能出力特性分析是支撑其高效利用的基础。为提高能源利用率和改善天然气管网运行经济性,提出考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析方法。首先,提出一种并联式天然气管网压力能发电系统架构,并对其出力影响因素进行分析。然后,建立天然气网络模型及其各类负荷需求模型,并基于不确定性理论,构建考虑天然气流量与压力的双重不确定性模型;在此基础上,构建压力能出力[火用]分析数学模型,并提出波动性指标对压力能出力特性进行分析。结果表明:①天然气压力能发电功率随膨胀机入口天然气流量、温度与压力增大而增大;②天然气压力能发电具有典型的时空特性与不确定性;③压力能发电波动性受时间尺度影响,时间尺度越大,波动性越强。

考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应模型

针对天然气压力能利用模式单一及调压站冷能利用困难导致的能源利用率低等问题,提出天然气高压管网压力能发电和冷能综合利用集成方案,并针对调压站地理特性及各能源供给波动性导致的能源供应不稳定等问题,构建了天然气压力能与电、气、冷、热等多种能源相结合的微型综合能源网架构,实现其多能耦合互补;同时,通过价格型和激励型2类响应建立气-电综合需求响应模型,前者基于价格弹性矩阵建立气负荷和电负荷的需求响应模型,后者通过补贴激励的方式对天然气管网进行调峰。综合考虑该微型综合能源网的能耗成本、运维成本、环境成本及需求响应,构建考虑天然气压力能综合利用的微能网气-电需求响应优化调度模型,计算分析了不同场景下微能网电-气-冷能的优化调度结果,对所提出的集成方案及气-电需求响应模型的可行性与有效性进行了验证。

含天然气压力能利用的综合能源系统优化调度模型

天然气压力能的不确定性与其管网负荷随机波动性,限制了综合能源系统中压力能利用效率的提高。提出一种天然气调压站压力能发电与制冷的综合利用模式及系统架构。首先,为解决天然气管网流量波动导致压力能不稳定、供需不平衡的问题,通过研究调压站综合能源系统中的压力与负荷不确定性因素,分析压力能不确定性及综合能源系统与调压站集成系统相关性对综合能源系统优化调度的影响,确立综合能源系统不确定性因素与模型。然后,在此基础上,将气体作为冷能传输介质,考虑气、冷、热不同能量的传输特性,分析该系统分时间尺度能量平衡关系,并兼顾经济性与低碳性建立含天然气调压站的综合能源系统优化调度模型,进而采用混合整数非线性规划法进行求解。最后,通过某实际调压站综合能源系统验证了所提优化调度模型的可行性与有效性。

计及天然气压力能的微电网储荷协调优化调度

为解决天然气输送过程中压力能的浪费问题,提高天然气能源利用率,提出将天然气压力能发电系统引入至微电网整体调度方案中。针对天然气压力能发电系统中前后端口的补热需要,将微电网中的风冷热泵补热系统与压力能发电系统进行耦合。考虑到由天然气管网中流量波动和环境因素造成的压力能出力波动问题,提出微电网储荷一体化协调优化方案,以确保系统高效稳定运行。基于上述内容,构建考虑可控电源出力成本、储能调度成本、微电网与配电网的交互成本和负荷调度成本的微电网优化调度模型,并采用Yalmip工具包编写优化调度程序。最后,通过对西南地区某调压站数据进行仿真,验证该方案的可行性与经济性。

耦合天然气压力能的新型三联供系统构建及分析

通过集合透平膨胀机、燃气轮机、供冷换热器、双效LiBr吸收式制冷机组和烟气热水换热器等主要热工设备,提出了一种耦合天然气压力能的新型冷热电联合供给(combined cooling heating and power,CCHP)系统.基于Aspen Plus 11.0模拟平台搭建了新型CCHP系统运行流程图,对比分析了新型系统与常规系统的热力性能.研究结果表明:新型CCHP系统的热力性能明显优于常规系统,一次能源利用效率达到了93%,总效率为36.1%;燃烧室的损最大,达到13527.81 kW,占系统总损的52%;燃气轮机的效率最高,达到93.7%.

天然气压力能利用与空气分离的集成工艺研究

为了有效回收天然气压力能,降低空气分离过程的能耗。利用Douglas系统分割理论获得高压天然气压力能,利用与空气分离的集成原理构建了新型氮膨胀制冷的空气分离流程,将高压天然气压差制冷取代原始流程的氮气外循环制冷。采用了Aspen Hysys软件及分析方法对新旧流程进行模拟计算,结果表明:相同工况下集成工艺可降低约58%的单位液态产品能耗,且效率由35.6%提高至52.5%。将高压天然气压力能回收用于空气分离,可有效降低空气分离产品的生产成本,提高有效能的利用率,具有良好的节能效益。

天然气压力能发电制冰一体化应用设计与经济性分析

针对管输天然气压力能得不到充分利用的问题,通过设计一套天然气余压发电制冰一体化系统,用于回收天然气压力能。以湖北某天然气门站为例,采用透平膨胀机代替原天然气管路调压系统,用于回收压力能并同轴带动发电机发电。同时,采取盐水制冰法制取冰块,提高项目经济效益。基于门站的实际情况及其他影响因素,将方案进行三类方法的技经分析测算。计算结果表明:方案2更佳,年发电量1 192万kWh,年制冰量3.88万t,年节约4 013.94tce,减少CO2排放10 008.96t,具有较好的经济效益和节能减排效果。

天然气压力容器安全监测与预防性维护技术研究

本研究旨在探讨天然气压力容器的安全监测与预防性维护技术。随着天然气在能源供应中的重要性不断增加,天然气压力容器的安全性成为至关重要的问题。本研究采用了先进的传感技术和数据分析方法,以监测容器内部的压力、温度、腐蚀等关键参数,实现了实时监测和远程控制。同时,针对容器的预防性维护,我们提出了一套基于大数据分析和机器学习的方法,以识别潜在的故障和磨损迹象,从而及时采取维护措施,确保容器的安全性和可靠性。本研究为天然气压力容器的安全运营提供了重要的技术支持和指导,有望在天然气产业领域发挥积极作用。

天然气管网压力能回收利用效益分析

针对天然气在长运距及高压力的管网运输中具有大量压力能,提出压力能发电及制冷回收利用方案;探析其电能及冷能回收潜力,估算量化压力能回收利用的经济效益、减排效益、净现值和增量静态投资回收期,验证压力能回收利用可行性及有效性。

计及天然气管网压力能发电的IES优化调度

针对天然气管网压力能利用率低及各能源负荷波动导致能源系统不稳定等问题,提出考虑天然气管网压力能发电技术的电-热-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)优化调度方法。首先通过?分析法建立天然气压力能发电模型,然后基于天然气管存调控技术提出一种准动态压力能发电模型;结合能源设备模型,构建了天然气管网压力能与电、气、热相结合的IES架构。并通过分时电价的激励,达到电力负荷的削峰填谷以及系统的经济运行。引入算例,分析比较3种场景下系统运行成本、系统净负荷波动以及各部分出力,验证了所提调度方法能够有效改善电网负荷波动并降低系统的运行成本。

利用天然气管网压力能的小型液化流程设计

针对城市天然气高中压管网调压站的压力能回收利用,综合考虑LNG储运过程中广泛面临的BOG(Boiloff gas)问题,提出了一种结合混合工质循环、利用天然气压力能生产高品质LNG的小型液化流程。研究分析了预冷温度、动部件效率、低温换热器性能及液化天然气温度对流程天然气液化比的影响,优化的流程结果参数表明,当所得液化天然气储存在4bar,-160℃时,流入系统18.26%的天然气可被液化,其余部分外输中压管网;提出了在LNG买卖市场中根据LNG品质议价的建议,以从根本上减少LNG储运、装卸及使用过程的BOG排放量,进而减少经济损失与能源浪费。该流程可应用于城市燃气调峰,也可进行二次销售,具有较好实用性和经济性。

计及天然气管网压力能消纳的充电设施优化规划

针对天然气管网压力能利用能效低及应用场景适应性不足等问题,在"集中充电,统一配送"背景下,提出计及天然气管网压力能消纳的电动汽车充电设施优化规划方法。首先,基于(火用)分析法建立天然气压力能发电潜力评估模型,考虑交通流量及路网结构,建立电动汽车充电需求模型。其次,综合考虑电池供需、功率供需以及站址距离等约束,以社会年综合成本最小为目标构建优化规划模型。然后,利用加权Voronoi图划分集中充电站服务范围,分析评估规划方案的社会环境效益。最后,以包含3个天然气调压站的某城市区域进行算例仿真,结果表明所提规划模型和方法可以有效地消纳天然气压力能,更好地指导压力能利用场景下充电设施的规划。

高压管网天然气压力能利用系统技术经济性

某座大型调压站,紧邻港口、海鲜市场及冷链物流集散地,在原调压支路、天然气压缩支路的基础上增设天然气膨胀发电支路、制冰支路,利用天然气压力能发电、制冰,除满足厂站自身用电需求外,还提供海鲜市场及冷链物流所需冰块。介绍高压管网天然气压力能利用系统流程、主要设备配置,分析工艺操作弹性,进行发电方案比选,计算系统的增量静态投资回收期。高压管网天然气压力能利用系统在满足下游管网正常用气需求的同时,综合天然气压力能发电、制冰技术和压缩天然气工艺,具有良好的操作弹性。选取并网上网的电力方案。天然气膨胀发电支路、制冰支路的设备造价为4110×10~4元,系统年效益为1246.46×10~4元/a,系统年运行成本为53.25×10~4元/a,增量静态投资回收期为3.44 a,经济性比较理想。

计及天然气管网压力能消纳的电动汽车换电池集中充电-配送策略

针对城市天然气管网压力能利用率低以及“集中充电,统一配送”模式下的换电池调度问题,提出考虑天然气管网压力能发电的换电池集中充电-配送优化策略。采用?分析法构建了天然气压力能发电模型,结合电池放电深度和充放电区间对电池寿命的影响,设计了分组类别下的配送车和换电池调度策略。考虑配送车行驶时的电能转换效率和受到的空气阻力、滚动阻力等物理因素,建立了配送车非线性能耗模型。在此基础上,计及软时间窗、配送车载重和续航里程等约束,以运输成本和时间惩罚成本最低为目标进行优化调度。算例分析表明:所提策略对城市天然气管网压力能的消纳水平高,实现了天然气压力能回收利用与换电池调度的有机结合,为天然气压力能在电动汽车换电模式下的高效消纳提供了参考。

考虑压力能利用的数据中心供能系统优化运行

针对天然气管网压力能未被充分利用且应用场景适应性不足等问题,在数据中心高能耗、碳污染问题日益突出的背景下,提出一种含天然气压力能综合利用的数据中心供能系统优化运行方法。首先,设计了考虑天然气压力能发电制冷综合利用的数据中心供能系统架构。然后,基于(火用)分析理论建立了天然气压力能发电、制冷出力特性模型,考虑数据中心IT设备能耗以及散热特性,建立了数据中心电功率需求模型和冷功率需求模型。其次,综合考虑配电网供能约束、燃气轮机、吸收式制冷机功率约束和电池充放电功率约束,以日运行费用最低为目标函数构建优化调度模型。最后,根据西南地区某天然气调压站、某A级数据中心能耗需求数据设置算例进行仿真,验证了所提系统方案及优化方法的可行性和经济性。

北京天然气管网压力能发电潜能研究及应用前景分析

文章简述了城市天然气管网压力能应用技术的发展过程和最新成果,以2013年北京天然气供应工况为基础,对北京天然气管网压力能发电潜能进行了模拟计算和分析,结合企业发展需求和国家节能减排政策展望了北京天然气管网压力能发电技术的五方面应用前景。

喷射压力对直喷天然气发动机燃烧特性的影响

天然气作为直喷式天然气发动机重要的燃料,其喷射压力对发动机燃烧特性有重要影响。采用CFD软件研究了不同天然气喷射压力对船用柴油引燃天然气直喷发动机燃烧性能的影响。结果表明:天然气喷射压力越大,其滞燃期和着火持续期越短;总放热量少,其NOx排放越低,但HC排放越高,Soot和CO排放先低后高。喷射压力越高,速度动能越大,混合越均匀燃烧更充分。喷射结束速度衰减较快,不利于混合与燃烧。天然气喷射压力的研究有利于优化发动机工作性能。

基于天然气压力能利用的沼气提纯并网方法

以基于天然气管道压力能利用的沼气提纯方法为研究对象,利用HYSYS过程模拟软件,选择单位能耗作为评价指标,在高压管道天然气体积流量一定的情况下,分析了天然气进口压力、天然气出口压力、待处理沼气流量、待处理沼气压力对单位能耗的影响。结果表明:天然气体积流量为100×10^(4) m^(3)/d、进口压力为4 MPa、出口压力为0.4 MPa的情况下,可以将体积流量为30×10^(4) m^(3)/d、压力为200 kPa、甲烷摩尔分数为63.5%的沼气提纯至甲烷摩尔分数为95.4%,单位能耗为0.0104 kW·h/m^(3)。当其他条件一定时,天然气进口压力升高,单位能耗下降;天然气出口压力升高,单位能耗升高;待处理沼气流量增加,单位能耗增加;待处理沼气压力升高,单位能耗下降。

天然气压力能发电产储用一体化系统

分析压力能特性与天然气调压站电力负荷,介绍压力能回收利用技术与难点、要点。提出基于双转子膨胀机的天然气压力能发电产储用一体化系统,通过设置充电桩、发展换电池业务、结合储能电池和应急电阻柜、辅以市政电网引入,回收天然气压力能进行发电并利用。通过优化运行策略,实现发电与用电实时平衡。