天然气管网压力能发电潜能研究及应用前景分析
[摘 要]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，对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天然气管网压力能发电技术的五方面应用前景。
[关键词]天然气；管网；压力能
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0313-01
近年来我国管道燃气事业迅猛发展[1]，根据“十二五”发展计划至2017年城镇燃气管道总长度达到70万公里。2天然气长输管线往往通过高压方式到达终端用户，如“西气东输”和“陕一京二线”等输气压力都达到10MPa，然后经城万方数据镇燃气管道降压工艺与用气设备匹配。
传统的降压方式不仅将蕴含的压力能浪费掉[2]，还因为急剧降温对管道及设备运行安全构成威胁。采用特定的新工艺和装置进行压力能发电，回收巨大的压力能，是目前燃气行业节能新技术，具有消除设备安全隐患、经济性较大等优点，应用到天然气管网不仅可以解决偏远调压场站、调压箱缺电问题，还能替代或减少办公场所的市政用电，为企业节能降耗开辟新的能源途径，为节能减排、保护环境做出贡献。
一、城镇天然气管网压力能发电技术
城镇天然气管网压力能发电技术是利用高压天然气[3]在降压过程中产生很大压力降释放的能量驱动发电机发电，该技术不仅可以提高天然气的能源利用率，还增加了城镇天然气管网运行的经济性。
城镇天然气管网[4]压力能发电技术可根据研究时间、适用范围、技术特点、技术成熟程度等条件划分为4个阶段，每个阶段技术特点。第一阶段城镇天然气管网压力能发电技术最早文献研究于上世纪六七十年代，最早采用大型膨胀机用于开发石炭系气藏的高压能。
第二阶段城镇天然气压力能发电技术[5]是利用膨胀机在大型调压站发电。在该阶段城镇天然气管网压力能发电技术经过科研攻关和技术攻关，在发电规模和发电性能上均有所突破。国外成功建站的是日本东京电力公司采用高压天然气管网压力能直接膨胀发电利用技术，建设了一座发电能力为7700kW的示范站。
第三阶段城镇天然气管网压力能发电技术[6]基本实现了在不同规模天然气调压站发电。国内研究学者不断研究不同发电规模的工艺理论，使发电技术更能迎合实际需要。
第四阶段是新型天然气压力能发电技术[7]，该技术通过连轴方式，形成新型流体马达+连轴+发电机的模式，填补了5kw以下的中小功率范围的空白。新型液体马达具有无轴结构、低转速、高扭矩、低能耗、低成本、寿命长、易维护、体积小、重量轻等多项技术优势，最大特点实现全流体、全压力、全功率。将新型天然气压力能发电技术应用到天然气管网首先可以解决偏远地区调压站用电困难的问题，取代昂贵的市电费用和复杂的审批手续，新型天然气压力能发电技术具有灵活、可控、投资较小等优点。同时天然气压力能发电技术是一项节能新技术，大规模推广后可以代替企业部分能耗、符合国家节能减排的政策。
二、应用前景分析
通过调研分析计算，以北京为例[8]，99个调压站可利用的压力能发电总量为1.8亿kWh，而2013年北京燃气高压分公司总用电量为400万kwh，其中包含六个运行所用电量270万kwh，从理论分析来看能够完全满足公司用电。新型天然气管网压力能发电技术的大规模推广有广阔的应用前景和市场价值。
根据调研统计：6个运行所调压站，箱总共有37个处于无电情况，其中包含8个无供电设施，部分站箱应用了太阳能供电方式。调压站内用电包括生产用电和辅助生产用电两部分。生产用电设备包含：防爆电灯、防爆风机、伴热带、监控设备、电动阀门、信号远传设备等，辅助生产用电设备包含：空调、电脑等一系列办公设备等。
不存在办公需求的调压站一般用电较少，例如华源西里调压站用电规模在5kw左右，目前调研处于无电状态的调压站均属于此种类型。由于地处偏远等原因，调压站没有电能，所有用电设备均无法正常使用，这不仅存在生产安全隐患，同样远传参数采集无法实现，阻碍了管道管理水平的提高。新型天然气管网压力能发电技术的应用可以使调压站得到电能，所有用电设备正常使用，消除安全隐患的同时，可以实现远程数据采集和控制。同时由于该技术拥有自动控制系统，可以实现无人看守正常运作，远程控制等功能，极大提高了天然气管道运行管理水平，促进了企业发展。
为管网关键设备工况监控提供电源[9]，为实现“智慧燃气、智能管网”服务目前城市燃气管网的关键设备由于电能短缺无法使用工况监控设备，同时部分太阳能供电设备容易受到天气影响，无法保证提供稳定电源，导致监控系统时断时续，监测数据不连贯。城镇天然气管网压力能发电技术彻底克服了以上缺陷，能够解决很多电动及监控设备的用电难题，使诸多研究突破限制瓶颈，为大力推动城市燃气实现“智慧燃气、智能管网”提供良好平台。
迎接电力制度改革。为地区谋福利。我国目前电力改革正在提速。2013年3月1日国家电网公司发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，这是继支持分布式光伏发电并网后，国家电网公司将支持范围扩大至太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型分布式电源。该《意见》对分布式电源的界定：位于用户附近，所发电能就地利用，以10kv及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6MW的发电项目。并且针对所有分布式电源并网[10]，国家电网公司再次就提供优惠并网条件、加强配套电网建设、优化并网流程、简化并网手续、提高服务效率等措施做出了承诺。这些都为新型天然气压力能回收发电技术打开了一扇大门，解决了以往壓力能回收发电无法上网的难题，铺平了技术发展的道路。
参考文献
[1] 天然气管网压力能利用方案[J].程进杰，孙立佳，任小坤，常旭宁，高元景，孙郁，张武.低温与超导.2015（11）.
[2] 天然气透平膨胀发电技术在燃机电厂的应用[J].梁庆林.机电信息.2014（33）.
[3] 天然气压力能回收利用研究进展及分析[J].李秉繁，刘培胜，潘振，孙超.当代化工.2014（12）.
[4] 北京天然气管网压力能发电潜能研究及应用前景分析[J].李夏喜，荆亚州，高岷，王硕，韩立信，严琳，徐文东，袁丹.城市燃气.2014（10）.
[5] 上海利用天然气压力能的可行性分析[J].张维.城市燃气.2012（03）
[6] 天然气管网压力能发电制冰技术的开发及应用[J].陈秋雄，徐文东，安成名.煤气与热力.2012（09）.
[7] 天然气压力能透平回收 分析与联合循环研究[J].郑斌.节能.2010（06）.