[发明专利]注水管道发电系统

说明书

本发明提供了一种注水管道发电系统。注水管道发电系统包括：发电结构，发电结构与注水管道的注水井口的入水口连接；监测结构，监测结构设置在发电结构和注水井口之间；调节结构，调节结构与发电结构远离监测结构的一端连接；控制部，控制部分别与发电结构、监测结构、调节结构连接，监测结构能够向控制部发送监测信息，控制部根据监测信息向调节结构发送调节信息，以控制发电结构的发电量。本发明解决了现有技术中注水管线压力损失大、节流损失大的问题。

技术领域

本发明涉及管道余压发电领域，具体而言，涉及一种注水管道发电系统。

背景技术

水轮机是一种将水流能量(势能和动能)转换成旋转机械能的动力装置。能量的转换是借助转轮叶片与水流相互作用来实现的。根据转轮内水流运动的特征和转轮转换水流能量形式的不同，现代水轮机分为反击式和切击式两大类。反击式水轮机利用了水流的势能和动能。水流充满整个流道，整个流道是有压封闭系统，水流是有压流动。切击式水轮机仅利用了水流的动能。借助特殊的导水装置(如喷嘴)，把高压水流变为高速的自由射流，通过射流与转轮的相互作用，将水流能量传递给转轮。

目前国内外余压利用工艺主要分为石油输水管道余压、城市天然气高压管网、锅炉蒸汽余压等。英国、俄罗斯、美国在余压能发电方面处于技术的前列，2008年10月北美Enbridge公司将膨胀机与燃料电池组在一起形成DFC-ERC系统，并在加拿大多伦多门站进行多次试验，发电量达2.2MW；2009年英国将透平膨胀机与生物燃料结合，在伦敦的天然气输管网上安装了发电量为20MW的机组；2012年美国兰森能源有限公司利用螺杆膨胀机技术发明生产了燃气压降发电装置。

国内从1987年开始研究存在余压发电研究，天津大学热能研究所成功研制出了我国第一台气液两相地热发电双螺杆膨胀机小型试验装置(5kW),此后继续对双螺杆膨胀机的性能、调节方法、设计、加工及组装技术进行系统的理论和实验研究，并于90年代初进行了400kW机型的工业试验研究；近年来，哈尔滨工程大学研究的余压发电系统，通过对供热系统一级网前端支路余压余能的转换，将低品位能源转换为高品质电能。

油田注水系统功率损失主要环节为站内机组和配套管网，占总损失功率的60％以上，为注水系统关键工艺指标的主要制约因素。配套管网由于地层层间差异性大、非均质强、注水井分布散等特点造成了注水井的注水量、压力及位置分布不均匀，为满足高压注水井压力需求，周边部分井降压注水导致了能量浪费严重，某油田注水区块平均节流压降5.26MPa，最大节流压降19.5MPa。

通过整体降压局部增压、优化注水泵及注水管线调整、分压分层注水等一系列措施提高了注水系统效率，但仍无法避免单井注水节流问题。同时随着物联网技术的发展，现场工艺的改进，注水井的数据采集、远传、恒流配水装置等都需要用到电能，其负荷很低(180W)，引电力线投资较高，经济性差。

此外油田地层层间差异性大、非均质强、注水井分布散等特点造成了注水井的注水量、压力及位置分布不均匀，为满足高压注水井压力需求，周边部分井降压注水导致了能量浪费严重。

所以，如何有效利用注水系统的余压能来进行能量转化，发出满足需要的电能，非常有必要研究。现需开展新疆油田注水系统余压发电技术可行性研究，并评价其技术的安全性和经济性，为进入现场提供依据。

现有余压发电装置的背压为常压设计，原理跟水力发电机组相同，小装置的余压发电设备通常应用于如自来水发电等场合。以自来水发电为例，装置一般包括壳体、与自来水管道连通的进水管、出水管，小型水轮以及小型发电机，发电装置壳体下部串接于自来水管道中，壳体中间设置密封层。小水力管道发电由于压力、流量波动等原因，通常发出的电为不稳定的交流电，不便使用，通过导线将发电机所发电与蓄电装置连接，蓄电装通常包含变压、整流、滤波和稳压设备，提供稳定直流电，也可通过转换输出交流电。