中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站 王珍
北京正南，河北霸州。全國(guó)埋藏最深、壓力等級(jí)最高的儲(chǔ)氣庫(kù)——中國(guó)石油華北油田蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)便位于此。烈日之下，黃紅交織的天然氣管道熠熠奪目。
這里肩負(fù)著保障京津冀地區(qū)城市用氣和季節(jié)調(diào)峰重任。如今，正值儲(chǔ)氣庫(kù)注氣的關(guān)鍵階段。與往年不同，在今年的注氣周期，蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)不僅可以為今冬明春天然氣調(diào)峰保供“儲(chǔ)糧”“蓄勢(shì)”，還能利用天然氣的壓差發(fā)電。
今年5月，我國(guó)規(guī)模最大、單機(jī)功率最大的天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目在這里成功投運(yùn)，這也是我國(guó)首個(gè)在儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目上應(yīng)用壓差發(fā)電技術(shù)的項(xiàng)目，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)天然氣余壓、余熱資源化利用開(kāi)啟新模式，為天然氣存儲(chǔ)、輸運(yùn)等環(huán)節(jié)的壓力能利用和生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能降碳起到了重要示范作用。
利用天然氣壓差進(jìn)行發(fā)電有何現(xiàn)實(shí)意義？如何讓天然氣壓力變化轉(zhuǎn)化為澎湃電力？項(xiàng)目在設(shè)計(jì)研發(fā)、建造施工過(guò)程中，遇到了哪些難題，又是如何破解的？記者與您一起探訪蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目。
一種新型綠色的能源回收利用方式
廣泛適用于氣田、儲(chǔ)氣庫(kù)、集注站等
儲(chǔ)氣庫(kù)，顧名思義，就是一個(gè)裝天然氣的“儲(chǔ)存器”。因儲(chǔ)存量大、調(diào)峰能力強(qiáng)，儲(chǔ)氣庫(kù)在季節(jié)調(diào)峰、事故應(yīng)急供氣、國(guó)家能源戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備等方面，發(fā)揮著舉足輕重的作用。
通常情況下，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)作以年為周期。冬春用氣高峰時(shí)，從儲(chǔ)氣庫(kù)采氣輸往下游用戶端；夏秋用氣低谷時(shí)，則將上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣注入儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)存起來(lái)。
“注氣時(shí)，為保障天然氣遠(yuǎn)距離輸送，上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣壓力通常較高，抵達(dá)場(chǎng)站需要借助調(diào)壓閥進(jìn)行適當(dāng)降壓，滿足儲(chǔ)氣庫(kù)注氣要求后，再通過(guò)壓縮機(jī)注入儲(chǔ)氣庫(kù)?！敝袊?guó)東方電氣集團(tuán)有限公司下屬東方汽輪機(jī)新能源工程事業(yè)部蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)壓差發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)理鄭顯彬告訴記者，蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣壓力最高至8兆帕，注氣壓縮機(jī)入口處壓力約為4.5兆帕，這就形成了較大壓差。如同水電站上水庫(kù)的水釋放會(huì)產(chǎn)生較大重力勢(shì)能一樣，降壓的過(guò)程也會(huì)釋放大量能量。如不加以利用，會(huì)造成壓力能的白白浪費(fèi)。
如何解決壓力能浪費(fèi)問(wèn)題？鄭顯彬和同事們的解決方案是，將這些能量全部回收發(fā)電，變廢為寶。
如此一來(lái)，上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣不再進(jìn)入調(diào)壓設(shè)備，而是進(jìn)入膨脹設(shè)備，通過(guò)膨脹機(jī)將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最終實(shí)現(xiàn)壓力能到電能的轉(zhuǎn)化。而發(fā)出的電則可供注氣壓縮機(jī)將天然氣注入儲(chǔ)氣庫(kù)。
目前，該項(xiàng)目?jī)膳_(tái)額定功率為3兆瓦的天然氣壓差發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量將超2000萬(wàn)千瓦時(shí)，可節(jié)約標(biāo)煤6000多噸，減少二氧化碳排放近2萬(wàn)噸。
“這是一種新型綠色的能源回收利用方式?！编嶏@彬介紹，這一過(guò)程不消耗天然氣、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程零碳化，且適用場(chǎng)景十分廣泛，“除了儲(chǔ)氣庫(kù)之外，天然氣氣田、集注站、分輸站、天然氣用戶等場(chǎng)景均適用。”
記者了解到，天然氣從開(kāi)采到用戶大致需經(jīng)過(guò)采氣（集氣）、凈氣、輸氣、儲(chǔ)氣、配氣等環(huán)節(jié)。在不同環(huán)節(jié)，所需壓力不同。因此，在天然氣采集及輸配過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多次增壓、降壓，產(chǎn)生的壓力能十分可觀。為破解壓力能浪費(fèi)難題，東方汽輪機(jī)近年來(lái)始終致力于天然氣壓差發(fā)電這一低碳能源創(chuàng)新技術(shù)的攻關(guān)——
2023年9月，由東方汽輪機(jī)供貨的中國(guó)石油塔里木油田西氣東輸?shù)谝徽咎烊粴鈮翰畎l(fā)電工程正式投運(yùn)，裝置額定功率600千瓦，年發(fā)電約為520萬(wàn)千瓦時(shí)。西氣東輸?shù)谝徽疽虼顺蔀樗锬居吞锸讉€(gè)“零碳”油氣場(chǎng)站。
2023年11月，東方汽輪機(jī)自主設(shè)計(jì)制造的“開(kāi)拓者”原型機(jī)在中國(guó)石油西南油氣田重慶凈化總廠萬(wàn)州分廠一次啟機(jī)成功，這一天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目機(jī)組額定功率600千瓦，運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。
2024年2月，由東方汽輪機(jī)供貨的西南油氣田四川劍閣天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目成功投運(yùn)。項(xiàng)目采用1臺(tái)710千瓦等級(jí)的壓差發(fā)電機(jī)組，預(yù)計(jì)年發(fā)電量約352萬(wàn)千瓦時(shí)，能源替代率達(dá)42.47%。
今年5月，蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目成功投運(yùn)，東方汽輪機(jī)以工程總承包模式提供全流程綜合解決方案……
從千瓦級(jí)到兆瓦級(jí)，從西到東，從油氣田到儲(chǔ)氣庫(kù)，從設(shè)備供應(yīng)方到工程總承包……東方汽輪機(jī)天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)不斷取得技術(shù)新突破。
全面攻堅(jiān)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)創(chuàng)新突破
發(fā)電效率不斷提高
運(yùn)行溫度正常，壓力數(shù)據(jù)正?！?月17日一早，鄭顯彬與運(yùn)維工作人員一起來(lái)到蘇橋項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)膨脹機(jī)、制氮撬等設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行日常巡檢。
“每天的工作以巡檢開(kāi)啟。”鄭顯彬告訴記者，項(xiàng)目投運(yùn)兩個(gè)月來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)巡檢成了他每天的“必修課”，讓他深感欣慰的是，截至目前，壓差發(fā)電機(jī)組各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)也十分優(yōu)良。
“從無(wú)到有，來(lái)之不易！”回憶起蘇橋項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、施工、調(diào)試過(guò)程，鄭顯彬感慨道。
記者了解到，對(duì)于凈氣、配氣等低壓力、小壓降的應(yīng)用場(chǎng)景，我國(guó)此前已有比較成熟的壓差發(fā)電裝備和系統(tǒng)方案，但對(duì)于采氣（集氣）、儲(chǔ)氣等高壓力、大流量、大壓降、寬負(fù)荷的應(yīng)用場(chǎng)景，相關(guān)裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)一直處于技術(shù)空白。
蘇橋項(xiàng)目使用的我國(guó)自主研制的3兆瓦天然氣壓差發(fā)電機(jī)組及相關(guān)系統(tǒng)集成技術(shù)填補(bǔ)了這一空白。
相比以前投運(yùn)的千瓦級(jí)壓差發(fā)電機(jī)組，兆瓦級(jí)壓差發(fā)電機(jī)組承壓更高、處理量更大、裝機(jī)規(guī)模更大，對(duì)設(shè)備參數(shù)、安全保障等各方面的要求也更為苛刻?！安⒎窃谠瓩C(jī)組基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單地放大?！睎|方汽輪機(jī)工業(yè)透平事業(yè)部高級(jí)工程師楊佐衛(wèi)告訴記者，作為我國(guó)單機(jī)功率最大的天然氣壓差發(fā)電機(jī)組，蘇橋項(xiàng)目機(jī)組還面臨著儲(chǔ)氣庫(kù)壓差發(fā)電“壓力、流量變化范圍寬”、“有壓無(wú)熱”等問(wèn)題。
據(jù)介紹，上游輸配管網(wǎng)每天來(lái)氣的流量、壓力等不是恒定的，而是在一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)不斷變化。以蘇橋項(xiàng)目為例，上游輸配管網(wǎng)注氣期來(lái)氣壓力在6至8兆帕之間變動(dòng)，每日注氣量在50%至100%之間波動(dòng)?！白兓秶艽?，這對(duì)膨脹設(shè)備的靈活性要求極高?！睏钭粜l(wèi)進(jìn)一步解釋道，如同一輛汽車(chē)在道路上行駛，車(chē)流量影響著行車(chē)速度，汽車(chē)要根據(jù)行車(chē)速度不斷換擋，為確保進(jìn)氣與發(fā)電效率，膨脹機(jī)運(yùn)行也要根據(jù)上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣壓力、流量等自動(dòng)作出相應(yīng)調(diào)整。
對(duì)此，東方汽輪機(jī)聯(lián)合上下游企業(yè)，從材料、電機(jī)、工藝等方面開(kāi)展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。楊佐衛(wèi)和團(tuán)隊(duì)成員自主設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造的“帶可變靜葉的徑流式透平”成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵?！案鶕?jù)上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣流量、壓力的變化，透平葉片可自動(dòng)調(diào)整到最佳角度，確保能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中更低耗、更高效。”楊佐衛(wèi)告訴記者。
創(chuàng)新突破不止于此。壓差耦合余熱利用也是蘇橋項(xiàng)目的一大亮點(diǎn)。
據(jù)介紹，高壓天然氣通過(guò)膨脹機(jī)降壓后，溫度也會(huì)降低?！疤K橋儲(chǔ)氣庫(kù)上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣溫度較低，若不經(jīng)任何處理直接通過(guò)膨脹機(jī)降壓到4.5兆帕，天然氣溫度將降至零下幾十度，極易造成天然氣冰堵?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)有關(guān)專(zhuān)家介紹，他們的破解之道是“注氣壓縮機(jī)級(jí)間取熱、余壓發(fā)電裝備前復(fù)熱”。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將后續(xù)儲(chǔ)氣環(huán)節(jié)注氣壓縮機(jī)二三級(jí)增壓產(chǎn)生的余熱，通過(guò)取熱換熱器及相關(guān)管路傳給發(fā)電裝備前安裝的前置復(fù)熱器，從而將上游輸配管網(wǎng)來(lái)氣加熱至滿足工藝要求的溫度?！睏钭粜l(wèi)進(jìn)一步解釋說(shuō)，如此一來(lái)，有效解決了“有壓無(wú)熱”問(wèn)題。蘇橋項(xiàng)目也由此成為國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)工程中首個(gè)壓差耦合余熱利用發(fā)電項(xiàng)目，其成功投運(yùn)標(biāo)志著國(guó)內(nèi)天然氣余壓、余熱資源化利用開(kāi)啟新模式。
不斷探索，持續(xù)攻關(guān)。膨脹機(jī)撬基礎(chǔ)在軟土地基沉降、在已建壓縮機(jī)管廊受限空間內(nèi)新建管架等一系列技術(shù)難題也不斷取得創(chuàng)新突破，在降低對(duì)已有系統(tǒng)影響的同時(shí)，使得壓力能利用效率、系統(tǒng)發(fā)電效率等得到有效提高。
設(shè)計(jì)集成化運(yùn)維智慧化
可實(shí)現(xiàn)“一鍵啟停、無(wú)人值守”
距離蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣壓差發(fā)電項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)數(shù)百米處，有一個(gè)集控室。在這里，運(yùn)維人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓差發(fā)電項(xiàng)目各環(huán)節(jié)運(yùn)行情況。
“這里就如同項(xiàng)目的‘智慧大腦’?！睏钭粜l(wèi)告訴記者，在集控室的大型電子屏上，各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)一目了然，運(yùn)維人員一旦發(fā)現(xiàn)某參數(shù)異常，可及時(shí)進(jìn)行處理。不僅如此，該項(xiàng)目機(jī)組還可以實(shí)現(xiàn)“一鍵啟停、無(wú)人值守”。
“多參數(shù)自動(dòng)匹配和隨動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)高效自動(dòng)控制，從而保障裝置平穩(wěn)運(yùn)行?！睏钭粜l(wèi)說(shuō)，這在運(yùn)行安全方面體現(xiàn)得尤為明顯。
據(jù)介紹，由于天然氣具有易燃易爆的特性，壓差發(fā)電項(xiàng)目對(duì)安全等方面的要求很高，技術(shù)團(tuán)隊(duì)自設(shè)計(jì)伊始便考慮到這一點(diǎn)，著力攻克高轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)雜軸系穩(wěn)定性、機(jī)組與場(chǎng)站安全協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)難題，同時(shí)借助數(shù)智化設(shè)備加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行環(huán)境的安全監(jiān)測(cè)，提高項(xiàng)目運(yùn)維智慧化水平?！案鬟\(yùn)行環(huán)節(jié)、各設(shè)備設(shè)施都裝有智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，比如壓力傳感器、火焰探測(cè)器、煙感器等，一旦某參數(shù)達(dá)到設(shè)定閾值，無(wú)需人工介入，系統(tǒng)就可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)‘一鍵啟?！??！睏钭粜l(wèi)說(shuō)。
不僅如此，數(shù)智化支撐還體現(xiàn)在蘇橋項(xiàng)目機(jī)組的設(shè)計(jì)建造上?！绊?xiàng)目設(shè)計(jì)來(lái)自于我們積累的數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組的很多設(shè)備則出自我們自己的5G全連接數(shù)字化工廠?！碧峒皷|方汽輪機(jī)建成的行業(yè)首個(gè)5G全連接數(shù)字化工廠，楊佐衛(wèi)很是自豪。
記者了解到，東方汽輪機(jī)的5G全連接數(shù)字化工廠連接1500余臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備、9個(gè)數(shù)字化車(chē)間的21條數(shù)字化生產(chǎn)線，建立數(shù)字研發(fā)、數(shù)字管理、智能制造、智慧產(chǎn)品服務(wù)、智慧園區(qū)五大板塊，可實(shí)現(xiàn)人員、技術(shù)、資源、制造、產(chǎn)品全領(lǐng)域數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，使經(jīng)營(yíng)效率大幅提升、生產(chǎn)成本不斷降低、產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)改善。
在5G全連接數(shù)字化工廠助力下，蘇橋項(xiàng)目3兆瓦壓差發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)高度集成化設(shè)計(jì)建造?！翱稍诠S內(nèi)成撬，現(xiàn)場(chǎng)安裝更加簡(jiǎn)易，大大縮短了施工周期。”楊佐衛(wèi)表示，這為高壓力、大流量、大壓降、寬負(fù)荷壓差發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)石油行業(yè)清潔能源設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建“零碳”天然氣場(chǎng)站提供重要支撐。
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年，我國(guó)天然氣消費(fèi)規(guī)模將達(dá)到5500億至6000億立方米。按照這一消費(fèi)規(guī)模計(jì)算，天然氣壓力能每年可轉(zhuǎn)化為近200億度清潔電能，超過(guò)成都市全年居民生活用電需求，未來(lái)天然氣壓差發(fā)電潛力很大?！拔覀円矊⒗^續(xù)拓展研究的范圍與深度，在天然氣壓差發(fā)電裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)上取得更大突破，拓寬天然氣壓差發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景?！睏钭粜l(wèi)表示。
