我国单机装机容量最大天然气压差发电项目建设纪实

  施工新模式打造竞争新优势
  [中国石油新闻中心2024-06-14]截至6月11日，国内首台（套）兆瓦级天然气压差发电项目在华北油田苏桥储气库已稳定运行26天，标志着国内天然气余压、余热资源化利用正式开启新模式。项目采用工程建设公司华北分公司自主研发的压差耦合余热发电技术，并由华北分公司承担全过程设计服务。
  投运期间，项目按照设计要求完成试压、氮气置换、系统调试工作，供配电、空氮系统、复热系统投运正常后，透平膨胀机组、发电系统并网开始投运。5月17日投运当天，单台机组发电功率达到2600千瓦，发电3万千瓦时。预计储气库一个注气周期双机发电量可超2000万千瓦时，节约标煤6000多吨，减少二氧化碳排放近2万吨，具有良好的经济效益、显著的社会和环境效益。
  全力以赴
  应对国内首个挑战
  天然气压差发电是一种零碳能源创新技术，其原理是利用天然气压力能，将高压天然气导入膨胀机做功，将压力能转化为机械能，进而驱动发电机发电，输出电能，实现“压力能到机械能再到电能”的转化。这一过程不消耗天然气、不会对环境造成影响，实现全过程零碳化。
  据了解，这是国内第一个在储气库项目上应用压差发电技术的项目。位于京津冀核心地带的苏桥储气库群，是全国埋藏最深、压力等级最高的储气库群。随着近年来不断扩容达产，注采气量再创历史新高，为天然气压差发电项目的应用创造了良好条件。但是，国内已经投运的膨胀发电机承压低、处理量小、装机规模小，行业内无可供借鉴工程案例，项目还面临储气库现场设备多、工艺管网复杂、建设场地受限等诸多限制条件。膨胀机及发电并网系统运行稍有差池，将影响储气库12台压缩机运行。
  面对一系列挑战，工程建设公司针对苏桥储气库生产运行现状，利用在“储气库+”综合能源业务的领先优势，应用储气库压力能综合利用技术、储气库节能技术等关键核心技术，开展管网与压缩机之间的压差能利用研究工作。组建了以华北分公司孟红储气库专家工作室为主导的压差发电设计项目组，配备专家咨询团队，全面开展现场调研、方案研讨与审查、与设备厂家对接等工作。从充分调研已建装置现场情况入手，结合实地勘察测量，收集完整的实时及历史运行数据，经过多方案论证比选，深入开展膨胀发电机选型技术研讨并对方案持续优化，最终高质量完成了初步设计与施工图设计。
  全时支撑
  保障项目建设进度
  项目设计期间，在设计周期短、技术难度大、生产任务重面前，项目组各设计人员通力合作，运用三维协同设计与橇装化建造技术，在保证工程功能与质量的前提下，实现了设计最优、建造高效。根据设备订货进度，拟定图纸提交计划，分批将图纸提交给现场，保障了现场施工进度。
  项目建设期间，专家及设计团队坚持“今日事，今日毕”原则，当天发生的施工问题当天解决，为现场施工提供了全过程技术支持。由于已建埋地管道现场位置与设计图纸存在偏差，在发电橇基础实施过程中，基槽正好有两根埋地管线穿过，而且管线无法调整，只能重新选择发电橇位置。
  发现这一问题后，项目组所有专业人员立即开展研讨，充分考虑与已建设施的间距、避绕地下管网等因素，终于在深夜12时确定了发电橇最新位置，受影响专业的所有变更也于2天内全部完成。“为了保障现场建设进度，我们必须不遗余力。”项目总负责人孟红说。
  全面攻坚
  实现多项创新突破
  从技术开发、可行性论证、设计及现场投产，项目历时1年半。在此期间，技术研发团队就如何提高系统能量利用效率、膨胀机发电效率，降低对已有系统的影响开展了持续技术攻关，解决了事故停机对电网及储气库运行产生冲击、膨胀机橇基础在软土地基沉降、在已建压缩机管廊受限空间内新建管架、采用拼接方式完成12米高绕管换热器框架柱等技术问题。该项目实现了多项创新：成功研发压差耦合工艺气余热发电技术，相比常规压差发电技术提高发电效率约78%；开发自动优化分析软件，形成用于压差耦合余热发电的高效补热技术，发电效率提高8.4%，节省压缩机电耗5.5%；成功研制高压高效的多股流换热器，承压能力达到22兆帕，负荷达到5兆瓦；为满足多参数自动匹配和随动调节需要，自主开发高效自动控制模型，保障装置平稳运行；研发宽压比、宽负荷膨胀机技术，技术研发团队与膨胀机供货商经过十余次的技术研讨、交流，共同开发了适应参数变化范围大并能同步调整的膨胀机组。
  储气库采气井口每100万立方米气量每天压差发电约370千瓦时，国内储气库已形成230亿立方米工作气量，规划将超1000亿立方米，具有较大的压差发电潜力。该项目的成功投运，为后续压差发电项目的实施提供了坚实的技术保障。
  近年来，工程建设公司根据客户实际需求，已陆续为华北油田、国家管网、北京昆仑燃气公司等单位及各属地余压资源制定了近、远期规划。工程建设公司将持续攻关余热、余压等余能综合利用技术，拓展清洁高效分布式能源应用场景，不断增强战略支持作用，为推动油气与新能源融合发展，落实中国石油“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走总体部署增添新的解决思路。