一种用于天然气门站的独立供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于天然气门站的独立供电系统。所述系统包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，压差发电单元，输入端与燃料电池发电单元和压差发电单元相连、输出端与用电负载相连的电力分配单元；压差发电单元与天然气调压回路并联，基于天然气的压力差产生电能和冷能，所述冷能加至制氢单元用于吸收制氢过程产生的热量。本发明专利技术利用天然气门站调压区废弃未利用的压力动能通过压差发电单元产生电力和冷能，解决了供电问题，能源利用率高，具有很好的经济效益；本发明专利技术将压差发电单元产生的冷能用于吸收制氢单元制氢过程产生的热量，进一步提高了能源利用率。压差发电单元还具有调压稳压作用，可取代天然气调压回路。代天然气调压回路。代天然气调压回路。

【技术实现步骤摘要】
一种用于天然气门站的独立供电系统


[0001]本专利技术属于能源利用、生产、回收
，具体涉及一种用于天然气门站的独立供电系统。

技术介绍

[0002]城市天然气门站是城市天然气输配系统的重要基础设施。其中门站是城市输配系统的气源点，也是天然气长输管线进入城市燃管道网的配气站，其任务是接收长输管线输送来的燃气，在站内进行过滤、调压、计量、加臭、分配后，送入城市输配管网或直接送入大用户。常规情况下，天然气门站均设置有一路或多路调压回路，如图1所示，调压回路包括换热器和调压器，通过调压器将输入的高压天然气降压并稳定在用户所需要的次高压或中压等压力等级。因为天然气在降压过程中吸热，导致管道内天然气温度急剧下降。经验数据表明，天然气每降压1.0MPa压力，管道内天然气温度会下降5C左右，受此影响，管道和相关设备往往会结冰甚至产生冰堵事故。为了应对这种情况，避免产生安全隐患和对管道及设备造成不利影响，降压幅度大的场站一般都设置有供热装置，比如燃气热水锅炉、电加热器等，施加热源对调压前天然气进行加热升温，确保降压后天然气温度满足规范要求。
[0003]天然气门站位置比较偏僻，城市配电网没有到达，如果架设电力专线，经济成本太高。因此，建设专门用于天然气门站的独立供电系统很有必要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种用于天然气门站的独立供电系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]一种用于天然气门站的独立供电系统，包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，压差发电单元，输入端与燃料电池发电单元和压差发电单元相连、输出端与用电负载相连的电力分配单元；压差发电单元与天然气调压回路并联，基于天然气的压力差产生电能和冷能，所述冷能加至制氢单元用于吸收制氢过程产生的热量。
[0007]进一步地，所述用电负载包括照明用电、仪表用电和充电桩用电，还包括制氢单元。
[0008]进一步地，所述制氢单元包括依次连接的纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐以及氢气输出管道，还包括连接压缩机、换热器的供冷装置，通过向压缩机、换热器传递冷能进行降温。
[0009]进一步地，压差发电单元主要由膨胀机、发电机、换热器和冷媒组成，发电过程输出电压加至电力分配单元，发电过程产生的冷能通过冷媒传输至制氢单元的压缩机。
[0010]更进一步地，所述膨胀机为双转子膨胀机或螺杆膨胀机或透平膨胀机。
[0011]更进一步地，所述发电机为异步发电机或同步发电机。
[0012]进一步地，所述系统还包括输出端与电力分配单元相连的风力发电单元。
[0013]进一步地，所述系统还包括输出端与电力分配单元相连的光伏发电单元。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果。
[0015]本专利技术通过设置燃料电池发电单元、压差发电单元、电力分配单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，能够实现天然气门站的独立供电。本专利技术利用天然气门站调压区废弃未利用的压力动能通过压差发电单元产生电力和冷能，解决了供电问题，能源利用率高，具有很好的经济效益；本专利技术将压差发电单元产生的冷能用于吸收制氢单元制氢过程产生的热量，进一步提高了能源利用率。压差发电单元还具有调压稳压作用，可取代天然气常规调压回路，常规调压回路只作为应急备用或负荷平衡使用。
附图说明
[0016]图1为天然气调压回路的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例一种用于天然气门站的独立供电系统的方框图。
[0018]图3为压差发电单元的安装结构示意图。
[0019]图2中：1
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燃料电池发电单元，2
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压差发电单元，3
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制氢单元，4
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电力分配单元，5
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风力发电单元，6
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光伏发电单元。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]图2为本专利技术实施例一种用于天然气门站的独立供电系统的方框图，所述系统包括：燃料电池发电单元1以及为燃料电池发电单元1提供氢气的制氢单元3，压差发电单元2，输入端与燃料电池发电单元1和压差发电单元2相连、输出端与用电负载相连的电力分配单元4；压差发电单元2与天然气调压回路并联，基于天然气的压力差产生电能和冷能，所述冷能加至制氢单元3用于吸收制氢过程产生的热量。
[0022]本实施例中，所述系统主要由燃料电池发电单元1、制氢单元3、压差发电单元2和电力分配单元4组成。各单元的连接关系如图2所示，燃料电池发电单元1的输出端和压差发电单元2的输出端分别与电力分配单元4的输入端电连接，电力分配单元4的输出端与电负载相连，制氢单元3通过管道与燃料电池发电单元1相连，制氢单元3还通过管道与压差发电单元2相连。下面分别对每个单元进行介绍。
[0023]燃料电池发电单元1，为供电源之一，用于通过电力分配单元4为用电负载供电。燃料电池发电单元1是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。天然气门站位置比较偏僻，城市配电网很难到达，引入可再生能源发电和燃料电池技术是解决站内供电的最好途径之一。既解决能源供应和环境污染问题，又可以降低建设成本。采用燃料电池发电单元1既可以增加电力的供应，又可以通过降低对传统工艺消耗化石燃料的需求而持续减少温室气体的排放。
[0024]制氢单元3，用于产生燃料电池发电单元1发电所需的燃料即氢气。制氢单元3需要
压缩机对生产的氢气加压，从低压力(1.0MPa～3.0MPa)加压至高压(10MPa)，随后用氢气储存罐进行储存。当燃料电池发电单元1需要用氢气时，再通过管道输送给燃料电池发电单元1。
[0025]压差发电单元2，用于利用天然气的压力差发电，作为供电源之一，通过电力分配单元4为用电负载供电。压差发电单元2与天然气调压回路并联，其安装结构示意图如图3所示。压差发电单元2的数量为一套或多套，多套压差发电单元2采用并联方式连接；压差发电单元2的数量与天然气流量大小等因素有关。压差发电单元2可将天然气门站调压区废弃的压力动能转换成电能和冷能，不需要消耗其它额外的能源，能源利用率高，有很好的经济效益。进一步地，本实施例的压差发电单元2还通过管道与制氢单元3相连，将其发电过程中生的冷能通过冷媒传输至氢气压缩机，用于吸收润滑油系统和氢气加压过程产生的热量。升温后的热能通过冷媒回到压差发电单元2。本实施例将压差发电单元2产生的冷能用于吸收制氢单元3产生的热量，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于天然气门站的独立供电系统，其特征在于，包括：燃料电池发电单元以及为燃料电池发电单元提供氢气的制氢单元，压差发电单元，输入端与燃料电池发电单元和压差发电单元相连、输出端与用电负载相连的电力分配单元；压差发电单元与天然气调压回路并联，基于天然气的压力差产生电能和冷能，所述冷能加至制氢单元用于吸收制氢过程产生的热量。2.根据权利要求1所述的用于天然气门站的独立供电系统，其特征在于，所述用电负载包括照明用电、仪表用电和充电桩用电，还包括制氢单元。3.根据权利要求1所述的用于天然气门站的独立供电系统，其特征在于，所述制氢单元包括依次连接的纯净水输入装置、水电解槽、两组分子筛干燥器、压缩机、换热器、氢气储存罐以及氢气输出管道，还包括连接压缩机、换热器的供冷装置，通过向压缩机、换热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔佳，孙俊芳，王勋，陈婷婷，王倩微，丁斌，
申请(专利权)人：北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：