[发明专利]基于高精度控压控温的天然气压差发电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，具体地说，是涉及一种基于高精度控压控温的天然气压差发电系统及其控制方法。

背景技术

利用天然气压差发电技术发电自首次提出以来，已越来越受到人们的重视，我国自去年开始也涉及到这一方面的操作。由于利用天然气压差发电的一些独特优势，从环境保护、提高能源效率出发，因此，发展天然气压差发电是合理的。

与燃煤电厂相比，利用天然气压差发电的电厂具有投资少、对环境污染小、整体循环效率高、调峰性能好、占地少、建设周期短、厂用电率低、耗水少、可用率高等优点。

通常，利用管道高压天然气发电时，需要减压。天然气被压缩后，体积会因此而膨胀9倍，产生相当大的能量。天然气压差发电就是利用高压气体在降压时产生的能量发电，亦称“气体直接膨胀做功发电”。

现有的天然气压差发电系统通常利用调压站对气体的压力进行调节，并没有对气体的温度进行调节。由于在系统中没有设有用于调节温度的设备，并且因为系统中的换热设备自身的限制，导致很多时候系统都没能很好地使用气体的热能；此外，简单地利用调压站对天然气的压力进行调节也会存在着误差，并且因为这个误差的存在，很多时候，出于安全考虑，工作人员通常都会把气压调低至一个明显的安全值范围，然后再用来进行压差发电，因此，这也导致了发电系统没能很充分地利用这部分天然气的压差能量，影响了整个发电系统的发电效率，发电的稳定性也得不到保障，并且由于调压站要经常性地对气体的实时气压进行微调，从而也影响了发电系统的工作效率，大大降低了整个天然气压差发电系统的性能。

因此，如何提高整个天然气压差发电系统对传输的天然气的控压和控温精度，以便充分利用气体的热能和压差能量，从而大幅度提高发电系统的发电稳定性及效率，优化整个天然气压差发电系统的性能，便成为一道急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，主要解决现有的天然气压差发电系统在气压输送过程中对气体的压力控制精度不高且不能检测气体温度的问题。同时本发明还提供了该基于高精度控压控温的天然气压差发电系统的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于高精度控压控温的天然气压差发电系统，包括由依次相连接的换热器、单级或多级向心涡轮膨胀机组、再热器、齿轮、减速器以及发电机组组成的发电系统，还包括与所述发电系统相连且由依次相连接的激光器、光纤光栅传感器、调制解码器、PC智能控制机组以及调压阀组成的自动控压控温系统；所述的控制机组还分别与激光器和换热器相连，所述的光纤光栅传感器与单级或多级向心涡轮膨胀机组相连接。

为了进一步提高光纤光栅传感器对气体实时压力和温度的检测灵敏度，所述的光纤光栅传感器包括内部封装有光纤光栅的包层，波长处理器以及分别与该包层和波长分析器相连的3dB光纤定向耦合器，且包层由合金材料或聚合物材料制成。

在上述硬件系统的基础上，本发明还提供了该基于高精度控压控温的天然气压差发电系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）在天然气压差发电系统中通入天然气，且换热器对通入的气体进行加热；

（2）PC智能控制机组控制激光器向光纤光栅传感器发射光源；

（3）光纤光栅传感器根据通入天然气压力和温度的变化使发射在该光纤光栅传感器中的光源产生相对应的光信号，光纤光栅传感器将该光信号传输至调制解码器；

（4）调制解码器将接收到的光信号转换成电信号，并将该电信号传输至PC智能控制机组；

（5）控制机组对接收到的电信号进行分析、处理，并根据处理结果分别对气体的压力和温度进行调节，使气体的压力和温度均符合发电的要求；

（6）经过步骤（5）处理后，天然气在发电系统中加热膨胀做功并带动齿轮高速转动，该高速转动的齿轮经减速器减速后带动发电机组发电。

具体地说，步骤（3）包括以下步骤：

（3a）光源进入光纤光栅传感器后，包层将外界天然气压力和温度的变化传至光纤光栅，光纤光栅感应该变化并对射入光源发生相应的反射并将反射后的光信号传输到3dB光纤定向耦合器；

（3b）3dB光纤定向耦合器将接收到的反射光信号进行耦合并传输至波长分析器进行处理，波长处理器将处理后的光信号传输到调制解码器。