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[中央纪委国家监委网站]走近大国工程丨余压释放澎湃电力探访我国规模最大的天然气压差发电项目

时间：2024-07-22 来源：中央纪委国家监委网站

中央纪委国家监委网站王珍

北京正南，河北霸州。全国埋藏最深、压力等级最高的储气库——中国石油华北油田苏桥储气库便位于此。烈日之下，黄红交织的天然气管道熠熠夺目。

这里肩负着保障京津冀地区城市用气和季节调峰重任。如今，正值储气库注气的关键阶段。与往年不同，在今年的注气周期，苏桥储气库不仅可以为今冬明春天然气调峰保供“储粮”“蓄势”，还能利用天然气的压差发电。

今年5月，我国规模最大、单机功率最大的天然气压差发电项目在这里成功投运，这也是我国首个在储气库项目上应用压差发电技术的项目，标志着国内天然气余压、余热资源化利用开启新模式，为天然气存储、输运等环节的压力能利用和生产过程节能降碳起到了重要示范作用。

利用天然气压差进行发电有何现实意义？如何让天然气压力变化转化为澎湃电力？项目在设计研发、建造施工过程中，遇到了哪些难题，又是如何破解的？记者与您一起探访苏桥储气库天然气压差发电项目。

一种新型绿色的能源回收利用方式

广泛适用于气田、储气库、集注站等

储气库，顾名思义，就是一个装天然气的“储存器”。因储存量大、调峰能力强，储气库在季节调峰、事故应急供气、国家能源战略储备等方面，发挥着举足轻重的作用。

通常情况下，储气库运作以年为周期。冬春用气高峰时，从储气库采气输往下游用户端；夏秋用气低谷时，则将上游输配管网来气注入储气库储存起来。

“注气时，为保障天然气远距离输送，上游输配管网来气压力通常较高，抵达场站需要借助调压阀进行适当降压，满足储气库注气要求后，再通过压缩机注入储气库。”中国k8.com(中国区)官方网站有限公司下属东方汽轮机新能源工程事业部苏桥储气库压差发电项目经理郑显彬告诉记者，苏桥储气库上游输配管网来气压力最高至8兆帕，注气压缩机入口处压力约为4.5兆帕，这就形成了较大压差。如同水电站上水库的水释放会产生较大重力势能一样，降压的过程也会释放大量能量。如不加以利用，会造成压力能的白白浪费。

如何解决压力能浪费问题？郑显彬和同事们的解决方案是，将这些能量全部回收发电，变废为宝。

如此一来，上游输配管网来气不再进入调压设备，而是进入膨胀设备，通过膨胀机将压力能转化为机械能，进而驱动发电机发电，最终实现压力能到电能的转化。而发出的电则可供注气压缩机将天然气注入储气库。

目前，该项目两台额定功率为3兆瓦的天然气压差发电机组，年发电量将超2000万千瓦时，可节约标煤6000多吨，减少二氧化碳排放近2万吨。

“这是一种新型绿色的能源回收利用方式。”郑显彬介绍，这一过程不消耗天然气、不会对环境造成影响，可实现全过程零碳化，且适用场景十分广泛，“除了储气库之外，天然气气田、集注站、分输站、天然气用户等场景均适用。”

记者了解到，天然气从开采到用户大致需经过采气（集气）、净气、输气、储气、配气等环节。在不同环节，所需压力不同。因此，在天然气采集及输配过程中会经历多次增压、降压，产生的压力能十分可观。为破解压力能浪费难题，东方汽轮机近年来始终致力于天然气压差发电这一低碳能源创新技术的攻关——

2023年9月，由东方汽轮机供货的中国石油塔里木油田西气东输第一站天然气压差发电工程正式投运，装置额定功率600千瓦，年发电约为520万千瓦时。西气东输第一站因此成为塔里木油田首个“零碳”油气场站。

2023年11月，东方汽轮机自主设计制造的“开拓者”原型机在中国石油西南油气田重庆净化总厂万州分厂一次启机成功，这一天然气压差发电项目机组额定功率600千瓦，运行平稳，各项数据均优于设计指标。

2024年2月，由东方汽轮机供货的西南油气田四川剑阁天然气压差发电项目成功投运。项目采用1台710千瓦等级的压差发电机组，预计年发电量约352万千瓦时，能源替代率达42.47%。

今年5月，苏桥储气库天然气压差发电项目成功投运，东方汽轮机以工程总承包模式提供全流程综合解决方案……

从千瓦级到兆瓦级，从西到东，从油气田到储气库，从设备供应方到工程总承包……东方汽轮机天然气压差发电项目团队不断取得技术新突破。

全面攻坚实现多项创新突破

发电效率不断提高

运行温度正常，压力数据正常……7月17日一早，郑显彬与运维工作人员一起来到苏桥项目现�。耘蛘突�、制氮撬等设备运行情况进行日常巡检。

“每天的工作以巡检开启。”郑显彬告诉记者，项目投运两个月来，现场巡检成了他每天的“必修课”，让他深感欣慰的是，截至目前，压差发电机组各设备运行稳定，各项数据参数也十分优良。

“从无到有，来之不易！”回忆起苏桥项目的设计、建造、施工、调试过程，郑显彬感慨道。

记者了解到，对于净气、配气等低压力、小压降的应用场景，我国此前已有比较成熟的压差发电装备和系统方案，但对于采气（集气）、储气等高压力、大流量、大压降、宽负荷的应用场景，相关装备及其系统集成技术一直处于技术空白。

苏桥项目使用的我国自主研制的3兆瓦天然气压差发电机组及相关系统集成技术填补了这一空白。

相比以前投运的千瓦级压差发电机组，兆瓦级压差发电机组承压更高、处理量更大、装机规模更大，对设备参数、安全保障等各方面的要求也更为苛刻。“并非在原机组基础上简单地放大。”东方汽轮机工业透平事业部高级工程师杨佐卫告诉记者，作为我国单机功率最大的天然气压差发电机组，苏桥项目机组还面临着储气库压差发电“压力、流量变化范围宽”、“有压无热”等问题。

据介绍，上游输配管网每天来气的流量、压力等不是恒定的，而是在一个区间范围内不断变化。以苏桥项目为例，上游输配管网注气期来气压力在6至8兆帕之间变动，每日注气量在50%至100%之间波动。“变化范围很大，这对膨胀设备的灵活性要求极高。”杨佐卫进一步解释道，如同一辆汽车在道路上行驶，车流量影响着行车速度，汽车要根据行车速度不断换挡，为确保进气与发电效率，膨胀机运行也要根据上游输配管网来气压力、流量等自动作出相应调整。

对此，东方汽轮机联合上下游企业，从材料、电机、工艺等方面开展联合技术攻关。杨佐卫和团队成员自主设计、研发、制造的“带可变静叶的径流式透平”成为解决这一问题的关键。“根据上游输配管网来气流量、压力的变化，透平叶片可自动调整到最佳角度，确保能量在转换过程中更低耗、更高效。”杨佐卫告诉记者。

创新突破不止于此。压差耦合余热利用也是苏桥项目的一大亮点。

据介绍，高压天然气通过膨胀机降压后，温度也会降低。“苏桥储气库上游输配管网来气温度较低，若不经任何处理直接通过膨胀机降压到4.5兆帕，天然气温度将降至零下几十度，极易造成天然气冰堵。”项目团队有关专家介绍，他们的破解之道是“注气压缩机级间取热、余压发电装备前复热”。

“简单来说，就是将后续储气环节注气压缩机二三级增压产生的余热，通过取热换热器及相关管路传给发电装备前安装的前置复热器，从而将上游输配管网来气加热至满足工艺要求的温度。”杨佐卫进一步解释说，如此一来，有效解决了“有压无热”问题。苏桥项目也由此成为国内储气库工程中首个压差耦合余热利用发电项目，其成功投运标志着国内天然气余压、余热资源化利用开启新模式。

不断探索，持续攻关。膨胀机撬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等一系列技术难题也不断取得创新突破，在降低对已有系统影响的同时，使得压力能利用效率、系统发电效率等得到有效提高。

设计集成化运维智慧化

可实现“一键启停、无人值守”

距离苏桥储气库天然气压差发电项目现场数百米处，有一个集控室。在这里，运维人员可实时监测压差发电项目各环节运行情况。

“这里就如同项目的‘智慧大脑’。”杨佐卫告诉记者，在集控室的大型电子屏上，各设备运行参数一目了然，运维人员一旦发现某参数异常，可及时进行处理。不仅如此，该项目机组还可以实现“一键启停、无人值守”。

“多参数自动匹配和随动调节，系统高效自动控制，从而保障装置平稳运行。”杨佐卫说，这在运行安全方面体现得尤为明显。

据介绍，由于天然气具有易燃易爆的特性，压差发电项目对安全等方面的要求很高，技术团队自设计伊始便考虑到这一点，着力攻克高转速复杂轴系稳定性、机组与场站安全协调等关键技术难题，同时借助数智化设备加强对项目运行环境的安全监测，提高项目运维智慧化水平。“各运行环节、各设备设施都装有智能监测设备，比如压力传感器、火焰探测器、烟感器等，一旦某参数达到设定阈值，无需人工介入，系统就可自动实现‘一键启停’。”杨佐卫说。

不仅如此，数智化支撑还体现在苏桥项目机组的设计建造上。“项目设计来自于我们积累的数字化经验，机组的很多设备则出自我们自己的5G全连接数字化工厂。”提及东方汽轮机建成的行业首个5G全连接数字化工厂，杨佐卫很是自豪。

记者了解到，东方汽轮机的5G全连接数字化工厂连接1500余台生产设备、9个数字化车间的21条数字化生产线，建立数字研发、数字管理、智能制造、智慧产品服务、智慧园区五大板块，可实现人员、技术、资源、制造、产品全领域数据互联互通，使经营效率大幅提升、生产成本不断降低、产品质量持续改善。

在5G全连接数字化工厂助力下，苏桥项目3兆瓦压差发电机组实现高度集成化设计建造。“可在工厂内成撬，现场安装更加简易，大大缩短了施工周期。”杨佐卫表示，这为高压力、大流量、大压降、宽负荷压差发电机组的产业化应用，推动石油行业清洁能源设备实现数字化、智能化、绿色化转型，构建“零碳”天然气场站提供重要支撑。

据权威机构预测，到2030年，我国天然气消费规模将达到5500亿至6000亿立方米。按照这一消费规模计算，天然气压力能每年可转化为近200亿度清洁电能，超过成都市全年居民生活用电需求，未来天然气压差发电潜力很大。“我们也将继续拓展研究的范围与深度，在天然气压差发电装备及其系统集成技术上取得更大突破，拓宽天然气压差发电应用场景。”杨佐卫表示。

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