Система электроснабжения
Система электроснабжения, вырабатывающая электроэнергию посредством использования самообразующегося газа, содержит газовый двигатель, газовую турбину, устройство для сбора газа, собирающее вырабатываемый газ, устройство для разделения газа и устройство для регулирования калорийности для избирательного смешивания газов, имеющих различное содержание горючего компонента. Устройство для разделения газа непрерывно разделяет газ, который подается из устройства для сбора газа, содержание горючего компонента которого изменяется во времени в соответствии с содержанием горючего компонента газа. Устройство для регулирования калорийности для избирательного смешивания газов, имеющих различное содержание горючего компонента, которые разделяются посредством устройства для разделения газов, регулирует содержание горючего компонента газа, который должен подаваться в газовый двигатель и газовую турбину. Имеется также устройство управления системой для управления работой газового двигателя, работой газовой турбины и работой устройства для регулирования калорийности. Изобретение направлено на создание системы электроснабжения, которая поддерживает устойчивую выработку энергии независимо от постоянного изменения количества подачи самообразующегося газа и постоянного изменения его калорийности. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе электроснабжения. Более конкретно настоящее изобретение относится к системе электроснабжения, собирающей самообразующийся газ и вырабатывающей электроэнергию посредством использования собранного газа как топлива.
Уровень техники
Имеются различные горючие самообразующиеся газы. Например, имеется газ каменноугольного пласта (также упоминаемый как Каменноугольный Рудничный Газ и просто обозначаемый как КРГ), содержащийся в каменноугольных пластах, газ биомассы, получающийся в результате ферментации и разложения общих отходов или отходов от сельского хозяйства и от домашнего скота и так далее. В особенности, поскольку каменноугольные пласты, в которых угли находятся в большом количестве, существуют во всем мире, на земле имеется большое количество КРГ. Когда каменноугольные пласты разрабатываются для получения каменного угля, КРГ собирается и отводится заранее для обеспечения безопасности в продолжение горнодобывающих работ. Количество КРГ и содержание горючего компонента (большая часть которого является метаном) в КРГ изменяются со временем. Изменение содержания горючего компонента в газе означает, что газ имеет различную калорийность.
Фактически весь КРГ выпускается в атмосферу вокруг угольных шахт или по соседству с жилыми районами, причем газ высокой калорийности (высококалорийный газ) собирается и используется в городе как бытовой газ, в то время как газ низкой калорийности (низкокалорийный газ) выпускается в атмосферу неиспользованным, поскольку низкой калорийности недостаточно для его использования в качестве бытового газа. Кроме того, количество самообразующегося высококалорийного газа изменяется, и поэтому имеется потребность в огромном оборудовании для хранения газа, сохраняющем большое количество высококалорийного газа с целью устойчивой поставки.
Ранее были предложены технологии для использования самообразующихся газов типа КРГ для выработки электроэнергии. Например, была предложена система, в которой генератор с газовым двигателем, вырабатывающим заданное количество электроэнергии используя самообразующийся низкокалорийный газ, и другой генератор с газовым двигателем, вырабатывающим заданное количество электроэнергии используя высококалорийный газ (стандартный бытовой газ), объединяются, чтобы посредством этого обеспечить выработку энергии при переключении подачи газа в эти генераторы и их рабочих состояний (например, см. публикацию японской выложенной заявки на патент №2002-202006). Эта система предназначена для исключения использования огромных газохранилищ, в которых может храниться самообразующийся газ, посредством дополнительного использования стандартного бытового газа.
Однако, так как калорийность и количество КРГ постоянно нерегулярно изменяются, управление системой и процессом для полного использования КРГ становится более сложным. В особенности, поскольку электроэнергия вырабатывается посредством газовых двигателей, число газовых двигателей, которые могут запускаться и останавливаться в соответствии с изменением количества подаваемого газа, должно быть хорошо управляемым. Это неизбежно приводит к повторным запуску и остановке определенных газовых двигателей так часто, что это может привести к сокращению долговечности газовых двигателей и нестабильности сети распределения энергии. Кроме того, по существу необходима устойчивая подача бытового газа, и поэтому, для того чтобы реализовать вышеописанную систему в областях угледобычи или местах свалки отходов, требуется подготовить такую крупномасштабную инфраструктуру, как система подачи бытового газа.
Тем временем была предложена технология, в которой электроэнергия вырабатывается посредством газовой турбины, использующей КРГ как топливо, и полученный в результате диоксид углерода, как выхлопной газ, подается в каменноугольные пласты и связывается там с воздухом, в котором нет кислорода (например, см. публикацию японской выложенной заявки на патент №2003-74372). Однако этот документ не раскрывает систему или способ поддержания устойчивой выработки энергии посредством эффективного потребления низкокалорийного газа независимо от постоянного изменения количества и калорийности самообразующегося газа, которые являются основной характеристикой КРГ.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение было разработано для решения вышеописанных проблем, и целью настоящего изобретения является создание системы электроснабжения, которая может поддерживать устойчивую выработку энергии или тому подобного независимо от постоянного изменения количества подачи самообразующегося газа и постоянного изменения его калорийности.
Для достижения вышеописанной цели система электроснабжения включает в себя газовый двигатель; газовую турбину; устройство для сбора газа, собирающее выработанный газ; устройство для разделения газа, непрерывно разделяющее газ, который подается из устройства для сбора газа, и содержание горючего компонента которого изменяется во времени в соответствии с содержанием горючего компонента газа; устройство для регулирования калорийности для избирательного смешивания газов, имеющих различные содержания горючего компонента, которые разделяются посредством устройства для разделения газов для регулирования содержания горючего компонента газа, который должен подаваться в газовый двигатель и газовую турбину; и устройство управления системой для управления работой газового двигателя, работой газовой турбины и работой устройства для регулирования калорийности.
В соответствии с этой системой, возможно разделять собранный газ в соответствии с содержанием горючего компонента, содержащегося в нем, эксплуатировать газовую турбину при изменении ее нагрузки, регулировать калорийность газа, чтобы она была постоянной в пределах заранее установленного диапазона, посредством устройства для регулирования калорийности и так далее. Посредством этого, несмотря на постоянное изменение количества вырабатываемого газа, так же как изменение содержания горючего компонента газа, возможно избежать излишнего расхода газа и понижения эффективности выработки энергии в системе из-за таких изменений. Кроме того, самообразующийся газ низкой калорийности, который выпускался в атмосферу, может использоваться как новый источник энергии, который не изменяется при использовании. Самообразующийся газ может включать каменноугольный рудничный газ, газ биомассы, получающийся в результате ферментации и разложения отходов, горючий газ, выработанный из загрязняющего шлама сточных вод или в местах свалок отходов и так далее. Как использовано здесь, газовый двигатель относится к поршневому двигателю, в котором газ подается внутрь цилиндра как топливо и сжигается в нем, и его мощность вращения применяется для выработки электроэнергии.
Система электроснабжения может дополнительно содержать: устройство для мониторинга баланса количества газа для осуществления мониторинга баланса подачи и требования между количеством газа, потребляемого газовым двигателем и газовой турбиной в рабочих условиях, и количеством газа, подаваемого из устройства для регулирования калорийности в газовую турбину и газовый двигатель, причем устройство управления системой предназначено для управления работой, по меньшей мере, одного из: газового двигателя, газовой турбины и устройства для регулирования калорийности на основе сигнала от устройства для осуществления мониторинга баланса количества газа.
Система электроснабжения может дополнительно содержать устройство для выпуска, выполненное на канале для подачи газа, через который газ подается в газовую турбину и газовый двигатель, чтобы выпускать газ через канал для подачи газа наружу, причем устройство управления системой предназначено для управления работой устройства для выпуска на основе сигнала от устройства для мониторинга баланса количества газа. Устройство управления системой предназначено для подачи команды на устройство для выпуска, чтобы заставить его выпускать газ на основе сигнала, показывающего избыток подачи газа, который подается от устройства для мониторинга баланса количества газа, или подачи команды на устройство для выпуска, чтобы заставить его прекратить выпуск газа на основе сигнала, показывающего отсутствие подачи газа, который подается от устройства для мониторинга баланса количества газа.
Предпочтительно система электроснабжения может дополнительно включать котел-утилизатор, соединенный с газовой турбиной. Посредством этого вышеупомянутое требование может быть удовлетворено. Также система электроснабжения может дополнительно содержать паровую турбину в котле-утилизаторе, и посредством выполнения этого энергетическая эффективность может быть дополнительно повышена.
Устройство для разделения газов может включать, как основные компоненты, измеритель горючего компонента, непрерывно измеряющий содержание горючего компонента в газе, собранном устройством для сбора газа, множество каналов для подачи газа, через которые подаются газы в соответствии с установленными диапазонами содержания горючего компонента и средство для переключения каналов, выбирающее один из множества каналов для подачи газов на основе результатов измерения измерителем горючего компонента и осуществляющее переключение на выбранный канал для подачи газа.
Устройство для регулирования калорийности может включать в себя, как основные компоненты, множество каналов для подачи газов, по которым подаются газы, разделенные в соответствии с содержанием горючего компонента посредством устройства для разделения газа, канал для подачи смешанного газа, с которым соединено множество каналов для подачи газа, причем канал для подачи смешанного газа проходит в газовый двигатель и газовую турбину, и средство для открытия и закрытия для регулирования открытых положений множества каналов для подачи газа. В этой конструкции газы с различным содержанием горючего компонента могут быть смешаны, чтобы обеспечить возможность газу иметь заранее установленное содержание. Также, в дополнение к множеству каналов для подачи газа, устройство для регулирования калорийности может дополнительно включать в себя канал для подачи воздуха, чтобы подавать воздух. Это облегчает регулирование содержания горючего компонента.
Предпочтительно, чтобы устройство для регулирования калорийности включало в себя измеритель горючего компонента с обратной связью, выполненный на канале для подачи смешанного газа, и устройство для управления регулированием калорийности для управления средством для открытия и закрытия для обеспечения установки содержания горючего компонента в установленном диапазоне на основе результатов измерения измерителем горючего компонента с обратной связью. В этой компоновке можно изменять содержание горючего компонента.
В системе электроснабжения устройство для мониторинга баланса количества газа может быть выполнено на канале для подачи смешанного газа, проходящем из устройства для регулирования калорийности в газовый двигатель и газовую турбину, причем устройство для мониторинга баланса количества газа может включать в себя, как основные компоненты, закрытый контейнер, соединенный с каналом для подачи смешанного газа, датчик давления для определения внутреннего давления в закрытом контейнере и первый датчик баланса для определения степени баланса подачи и требования посредством сравнения между результатами датчика давления и установленного исходного давления. В этой компоновке, когда количество подачи газа увеличивается или уменьшается относительно количества требуемого газа (количество газа, которое должно быть использовано газовым двигателем и газовой турбиной), давление в закрытом контейнере соответственно увеличивается или уменьшается. Таким образом может быть легко определена степень баланса подачи и требования газа.
В системе электроснабжения устройство для мониторинга баланса количества газа может быть выполнено на канале для подачи смешанного газа, проходящем из устройства для регулирования калорийности в газовый двигатель и газовую турбину, и устройство для мониторинга баланса количества газа может включать в себя, как основные компоненты, контейнер, имеющий отверстие на верхнем конце и предназначенный для соединения с каналом для подачи смешанного газа, верхнюю крышку, выполненную с возможностью перемещения по вертикали вдоль внутренней стороны контейнера и герметичного закрывания отверстия на верхнем конце контейнера, датчик положения для определения положения верхней крышки, перемещающейся по вертикали в соответствии с изменением внутреннего давления в контейнере, и второй датчик баланса для определения степени баланса подачи и требования газа на основе сигнала определения от датчика положения. Также в этой конструкции может быть легко определена степень баланса подачи и требования газа.
В системе электроснабжения устройство управления системой может быть выполнено с возможностью осуществления управления для регулирования, по меньшей мере, одной газовой турбины в эксплуатационном режиме в соответствии с изменением количества подачи газа в продолжение работы как газового двигателя, так и газовой турбины. Газовая турбина может легко изменять свою нагрузку в продолжение работы, и эта характеристика особенно важна при плавном изменении количества подачи газа. С другой стороны, газовый двигатель имеет более высокую эффективность выработки энергии, чем эффективность газовой турбины, и менее восприимчив к изменению температуры атмосферы, и поэтому такая компоновка более эффективна и рациональна, чем газовые двигатели, которые вырабатывают электроэнергию посредством сжигания газа (в пределах диапазона устойчивого количества вырабатываемого газа, которое не больше, чем минимальное количество вырабатываемого газа). Таким образом, эффективность выработки энергии повышается еще больше, и долговечность системы продолжается дольше. В этом случае устройство управления системой может быть выполнено так, чтобы функционировали все органы управления в соответствии с сигналом, показывающим изменения количества подачи газа от устройства для мониторинга баланса количества газа.
Вариант осуществления системы электроснабжения согласно настоящему изобретению будет описан со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема части системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - блок-схема другой части системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 - блок-схема примера устройства для разделения газа в системе с фиг.1;
Фиг.4 - блок-схема примера устройства для регулирования калорийности газа в системе с фиг.1;
Фиг.5 - блок-схема примера устройства для мониторинга баланса количества газа в системе с фиг.1;
Фиг.6 - блок-схема другого примера устройства для мониторинга баланса количества газа в системе с фиг.1;
Фиг.7 - график, иллюстрирующий зависимость между изменением количества выработанного газа и количеством газа, потребляемого газовыми двигателями и газовыми турбинами в системе с фиг.1 и 2; и
Фиг.8 - график, иллюстрирующий зависимость между количеством выработанного газа и эксплуатационным режимом в системе с фиг.1 и 2.
Оптимальный способ осуществления изобретения
Фиг.1 и фиг.2 представляют собой блок-схемы, каждая из которых показывает систему электроснабжения (в дальнейшем просто именуемую системой) 1 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Для удобства система 1 проиллюстрирована как разделенная на две части, но эти части соединяются как единое целое друг с другом. Правый конец трубопровода 50 для подачи смешанного газа на фиг.1 соединен с левым концом трубопровода 50 для подачи смешанного газа на фиг.2. Таким образом, на фиг.1 показана система сбора исходного газа в этой системе, а на фиг.2 показана система, включающая в себя газовые двигатели и газовые турбины, чтобы вырабатывать электроэнергию и тепло от собранного газа. Вышеописанные системы согласно фиг.1 и фиг.2 соединены друг с другом посредством трубопроводов, управляющих кабелей и так далее. На фиг.1 и фиг.2 как источники самообразующегося газа показаны полости М в шахте и каменноугольные пласты C. Газ, собираемый из каменноугольных пластов C и полостей М в шахте, называется Каменноугольным Рудничным Газом, содержащим метан как основной горючий компонент. Система 1 выполнена с возможностью сжигания метана как топлива и получения электроэнергии и тепла (пар, горячая вода и т.д) из его тепловой энергии.
Как показано на фиг.1, отверстия 2 для сбора газа выполнены в каменноугольных пластах C полостей М в каменном угле. Отверстия 2 для сбора предназначены для сбора метана, содержащегося в каменноугольных пластах С, перед тем, как начинается добыча, чтобы свести к минимуму утечку метана в полости М в шахте, где работают шахтеры. Отверстия 2 для сбора выполнены в каждом из каменноугольных пластов C, в каждом соседстве с полостью М в шахте. Для того чтобы обеспечить безопасную добычу, эффективность сбора горючих газов, таких как метан, и свести к минимуму утечку горючих газов в полость М в шахте, требуемое число (множество) отверстий 2 для сбора выполнено в угольных пластах C. Отверстия 2 для сбора газа соединены с газовыми двигателями 3 и газовыми турбинами 4 (см. фиг.2) через трубопроводы 5, 11 и 50. Различные устройства установлены на трубопроводах 5, 11 и 50. Далее подразумевается, что эти устройства установлены на трубопроводах 5, 11 и 50. Первым установлено устройство 6 для всасывания с вентилятором или тому подобным, которое всасывает газ из отверстия 2 для сбора. Устройство 6 для всасывания и отверстие 2 для сбора образуют устройство для сбора газа. Расходомер 7 установлен на трубопроводе 5.
Устройство 8 для разделения газа выполнено со стороны ниже по потоку, чем поток газа каждого устройства 6 для всасывания. Устройство 8 для разделения газа предназначено для определения и разделения собранного газа в соответствии с содержанием горючего компонента газа (в дальнейшем представленным метаном), как будет описано подробно позже. Множество типов газов (три типа газов в этом варианте осуществления), классифицированных в соответствии с концентрацией метана, распределяется по трубопроводам 11, 12 и 13. Газ, содержащий метан с высокой концентрацией, называется высококалорийным газом; газ, содержащий метан с низкой концентрацией, называется низкокалорийным газом, и газ, содержащий метан с промежуточной концентрацией, называется газом с промежуточной калорийностью. Низкокалорийный газ подается в трубопровод 11. Газ с промежуточной калорийностью подается в трубопровод 12. Высококалорийный газ подается в трубопровод 13. Как определено здесь, в этом варианте осуществления, высококалорийный газ содержит 60 или более объемных % метана, газ с промежуточной калорийностью содержит не менее, чем 40 объемных %, и меньше, чем 60 объемных % метана, и низкокалорийный газ содержит менее 40 объемных % метана. Посредством примера, в этом варианте осуществления, газ классифицирован на три типа газов, но эта классификация только иллюстративна. Как будет описано далее, газ может быть разделен на четыре или более типов газов.
Высококалорийный газ, используемый как промышленный исходный газ, собирается независимо и подается в места потребления U1. Газ с промежуточной калорийностью, используемый как бытовой газ, собирается независимо и подается в места потребления U2. Низкокалорийный газ главным образом используется как исходный газ в системе 1, в то время как высококалорийный газ и газ с промежуточной калорийностью частично используются, чтобы при необходимости регулировать концентрацию низкокалорийного газа. Это происходит только потому, что газ, собранный из каменноугольных пластов C, имеет постоянно нестабильные расход в единицу времени и/или концентрацию метана.
Предохранительный клапан 9 выполнен между устройством 6 для всасывания и устройством 8 для разделения газа, чтобы выпускать в атмосферу собранный газ. Предохранительный клапан 9 выпускает собранный газ для обеспечения безопасности угледобычи даже в продолжение технического обслуживания или неисправности устройства 8 для разделения газа.
Трубопровод 11 для подачи низкокалорийного газа проходит от устройства 8 для разделения газа и соединен с устройством 10 для регулирования калорийности газа. Фильтр (устройство для очистки газа) 14 выполнен на трубопроводе 11 для подачи низкокалорийного газа, проходящем в устройство 10 для регулирования калорийности газа. Устройство 10 для регулирования калорийности газа предназначено для регулирования концентрации метана в низкокалорийном газе, подаваемом в устройство 10 для того, чтобы поддерживать стабильное горение в газовых двигателях 3 или газовых турбинах 4, как будет описано далее. Устройство 10 для регулирования калорийности газа предназначено для регулирования концентрации метана как горючего компонента и, следовательно, может называться устройством для альтернативного регулирования теплотворной способности. Трубопровод 50 для подачи смешанного газа проходит от устройства 10 для регулирования калорийности газа к площадкам E и T, где установлены газовые двигатели 3 и газовые турбины 4.
Когда концентрация метана в низкокалорийном газе, подаваемом в устройство 10 для регулирования калорийности газа по трубопроводу 11 для подачи низкокалорийного газа, находится в пределах допустимого диапазона, устройство 10 для регулирования калорийности газа подает низкокалорийный газ в трубопровод 50 для подачи смешанного газа со стороны ниже по потоку. С другой стороны, когда концентрация метана изменяется и становится выше или ниже допустимого диапазона, тогда воздух, высококалорийный газ или газ с промежуточной калорийностью выборочно смешивается с низкокалорийным газом для регулирования концентрации. Для этой цели отвод 13a трубопровода, проходящий от трубопровода 13 для высококалорийного газа, отвод 12a, проходящий от трубопровода 12 для газа с промежуточной калорийностью, и трубопровод 15 для подачи воздуха, каждый соединен с устройством 10 для регулирования калорийности газа. Трубопроводы 12a, 13a и 15 снабжаются устройствами 46 для очистки (включая фильтры), выполненными с возможностью удаления пыли или тому подобного, и бустерами 47 (например, вентиляторами), предназначенными для подачи газа под давлением в устройство 10 для регулирования калорийности газа.
Устройство 16 для мониторинга баланса количества газа выполнено со стороны ниже по потоку, чем устройство 10 для регулирования калорийности газа, и соединено с ним через трубопровод 50 для подачи смешанного газа. Устройство 16 для мониторинга баланса количества газа предназначено для осуществления баланса количества газа, подаваемого со стороны выше по потоку, и количества газа, который должен быть потреблен газовыми двигателями 3 или газовыми турбинами 4, как будет описано далее. Из-за изменения в количестве газа, собранного из каменноугольных пластов C, требуется устройство 16 для мониторинга баланса количества газа, чтобы сбалансировать количество подаваемого газа и количество газа, потребляемого газовыми двигателями 3 или газовыми турбинами 4. Если случается, что газ подан в избытке, избыточный газ выпускается в атмосферу, в то время как, если газ подан в недостаточном количестве, некоторые из газовых турбин, имеющие меньшую нагрузку, чем другие газовые турбины, останавливаются, как будет раскрыто далее. В другом случае устройство 10 для регулирования калорийности газа смешивает атмосферный воздух с высококалорийным газом или газом с промежуточной калорийностью, чтобы вырабатывать требуемое количество низкокалорийного газа и подавать газ для подпитки при отсутствии низкокалорийного газа.
Как показано на фиг.2, основные компоненты, такие как газовые двигатели 3, газовые турбины 4, котлы-утилизаторы 19 и паровые турбины 17 предназначены для выработки электроэнергии и подачи пара и горячей воды с использованием газа, собранного из каменноугольных пластов C, как топлива. Трубопровод 50 для подачи смешанного газа согласно фиг.1 разветвляется на трубопроводы 50a и 50b, через которые топливный газ подается на площадку Е для двигателей и площадку Т для турбин. Трубопровод 50a, проходящий на площадку E для двигателей, и трубопровод 50b, проходящий на площадку Т для турбин, соответственно, имеют запорные клапаны 23.
Множество газовых двигателей 3 выполнено на площадке E для двигателей. Один генератор 18 соединен с соответствующим газовым двигателем E и выполнен с возможностью выработки электроэнергии. В то время как четыре газовых двигателя 3 используются в этом варианте осуществления, не предполагается ограничивать число газовых двигателей тремя, но оно может представлять собой один, два, три или пять, или больше, т.е. сколько необходимо. Множество газовых двигателей 3 было бы лучше использовать для продолжения выработки энергии, когда любой из двигателей 3 имеет сбой в работе или останавливается для технического обслуживания. Горячая вода, полученная посредством охлаждения газовых двигателей 3, и горячая вода, полученная посредством котла-утилизатора, в котором проходит выхлопной газ из газовых двигателей 3, подается к местам потребления U3.
Система совместной выработки комбинированного цикла выполнена, например, на площадке Т для турбин. В этой системе как газовые турбины 4, так и паровая турбина 17 выполнены с возможностью производства электроэнергии наиболее эффективным способом. Также система является системой совместной выработки, которая может также подавать пар. Конкретно, каждый из генераторов 18 соединен с соответствующей газовой турбиной 4 и предназначен для выработки электроэнергии. Кроме того, имеются котлы-утилизаторы 19 (далее упоминаемые просто как котлы) для выработки пара посредством использования тепла газа, выпускаемого из газовых турбин 4, и подачи пара в паровую турбину 17, описанную далее, и в места потребления U4, которые непосредственно потребляют пар. Регулирующий клапан 45 расхода выполнен со стороны ниже по потоку, чем котлы 19, чтобы регулировать подачу пара в места потребления U4. Генератор 18 соединен с паровой турбиной 17. Когда требуется большее количество пара в продолжение, например, зимы, пар, непосредственно подаваемый из котлов 19 в места потребления U4, увеличивается, тогда как, когда требуется малое количество пара в продолжение, например, лета, пар, подаваемый из котлов 19 в паровую турбину 17, увеличивается для выработки энергии. Они управляются в соответствии с командой от устройства 100 управления системой, как будет раскрыто далее.
В то время как в этом варианте осуществления используются три газовые турбины 4 и одна паровая турбина 17, это количество не предполагается ограничивать, т.е. оно может быть увеличено, как запланировано и желательно. Если каждая из газовых турбин 4 используется для соответствующей паровой турбины 17, обе они могут быть соединены друг с другом на одном валу, и один генератор 18 может быть соединен с валом. Также вместо блока для выработки энергии комбинированного цикла, описанного в этом варианте осуществления, может быть принят простой цикл. Простой цикл предназначен для выработки электроэнергии посредством использования только газовых турбин без паровых турбин. Система совместной выработки замкнутого цикла может быть осуществлена посредством использования простого цикла. Посредством установки котлов после газовых турбин остаточное тепло в выхлопном газе может быть регенерировано в пар. Далее, как в комбинированном цикле, так и в простом цикле, нет необходимости принятия системы совместной выработки, если нет необходимости в остаточном тепле для целей, отличных от выработки энергии.
Как показано на фиг.2, трубопроводы 50a и 50b для подачи смешанного газа имеют повышающий давление вентилятор 20 для подачи топливного газа под давлением в газовые двигатели 3 и компрессор 21 для подачи топливного газа под давлением в газовые турбины 4 соответственно. Эти средства для повышения давления газа выбраны так, чтобы создавать давление газа в соответствии с компонентами, которые должны быть использованы (двигатели или турбины). Конкретно вентилятор 20 используется для подачи газа под относительно низким давлением в газовые двигатели 3, в то время как компрессор 21 используется для подачи газа под относительно высоким давлением в газовые турбины 4. Фильтр 22 выполнен со стороны ниже по потоку, чем каждый вентилятор 20 и компрессор 21, чтобы удалять пыль из газа.
На фиг.3 показано вышеописанное устройство 8 для разделения газа. В устройстве 8 для разделения газа трубопровод 5 разветвляется на трубопроводы 11, 12 и 13. Устройство 8 для разделения газа содержит измеритель 24 горючего компонента (калориметр), установленный на трубопроводе 5, регулирующие клапаны 25, соответственно выполненные на трубопроводах 11, 12 и 13, и устройство 26 управления разделением газа для управления открытием и закрытием регулирующих клапанов 25 в соответствии с концентрацией метана в собранном газе. Калориметр 24 представляет собой тип измерителя концентрации метана для непрерывного измерения содержания метана в собранном газе.
Устройство 26 для управления разделением газа открывает регулирующий клапан 25 на трубопроводах 11, 12 и 13 на основе информации в реальном времени, показывающей концентрацию метана в собранном газе, от калориметра 24 и закрывает регулирующие клапаны 25 на остальных трубопроводах. При такой компоновке низкокалорийный газ подается в трубопровод 11, газ с промежуточной калорийностью подается в трубопровод 12, и высококалорийный газ подается в трубопровод 13. Устройство 8 для разделения газа может подавать газы с установленными концентрациями метана в трубопроводы 11, 12 и 13 соответственно, независимо от изменения в концентрации метана в собранном газе. В качестве калориметра может использоваться обычный типовой измеритель концентрации метана.
В то время как собранный газ классифицируется на три типа газов в соответствии с концентрацией метана, то есть на высококалорийный газ, газ с промежуточной калорийностью и низкокалорийный газ, собранный газ может быть классифицирован на два или четыре, или большее число типов газов. Например, низкокалорийный газ, содержащий менее 40 объемных % метана, может быть дополнительно классифицирован на низкокалорийный газ, содержащий концентрацию в диапазоне от 20 объемных % до 40 объемных % метана, и низкокалорийный газ, содержащий концентрацию менее 20 объемных % метана. При выполнении этого устройство 10 для регулирования калорийности газа, которое будет описано далее, может производить регулирование калорийности только посредством использования собранного газа без снабжения трубопроводом 15 для подачи воздуха. Такое изменение в стандарте на классификацию может соответственно быть осуществлено в соответствии с командой от устройства 100 управления, которое будет описано далее, на устройство 26 управления разделением газа.
На фиг.4 показано устройство 10 для регулирования калорийности газа. Трубопровод 11 для низкокалорийного газа, трубопровод 12а для газа с промежуточной калорийностью, трубопровод 13а для высококалорийного газа и трубопровод 15 для подачи воздуха, каждый соединен с устройством 10 для регулирования калорийности газа. Более конкретно трубопровод 12а для газа с промежуточной калорийностью, трубопровод 13а для высококалорийного газа и трубопровод 15 для подачи воздуха соединены с трубопроводом 11 для низкокалорийного газа, проходящим через устройство 10 для регулирования калорийности газа. Устройство 10 для регулирования калорийности газа содержит расходомеры 27a, 27b, 27c и 27d, регулирующие клапаны 28а, 28b, 28c и 28d расхода, установленные на трубопроводах 11, 12a, 13a и 15, и калориметры 29a, 29b и 29c, установленные на трубопроводах 11, 12a и 13a для подачи газа. Кроме того, устройство 10 для регулирования калорийности газа содержит калориметр 30, установленный на трубопроводе 50 для подачи смешанного газа. Дополнительно устройство 10 для регулирования калорийности газа содержит устройство 32 для управления регулированием калорийности.
В устройстве 32 для управления регулированием калорийности подходящий диапазон концентрации метана для осуществления идеального сжигания в газовых двигателях 3 и газовых турбинах 4 установлен заранее. Например, подходящий диапазон составляет конкретно плюс минус 2% от 35 объемных %. Для того чтобы подавать газ с такой концентрацией метана в трубопровод 50 для подачи смешанного газа, каждый из регулирующих клапанов 28а, 28b, 28c и 28d расхода в устройстве 10 для регулирования калорийности газа управляется именно так. Конкретно управление с обратной связью осуществляется на основе сигнала определения концентрации метана от калориметра 30, установленного на трубопроводе 50 для подачи смешанного газа.
Например, когда регулирующий клапан 28а расхода открывается, и оценивается, что концентрация метана в газе, подаваемом из трубопровода 11 для низкокалорийного газа, находится в пределах вышеупомянутого установленного диапазона, на основе сигнала от калориметра 30 (или калориметра 29а на трубопроводе 11), регулирующие клапаны 28b, 28c и 28d расхода закрываются, посредством этого обеспечивая возможность подавать газ только из трубопровода 11. Когда концентрация метана превышает установленный диапазон, регулирующий клапан 28d расхода трубопровода 15 для подачи воздуха открывается для уменьшения концентрации метана так, чтобы отклонение концентрации могло стать нулевым, и продолжается регулирование его открытого положения в соответствии с сигналом от калориметра. Наоборот, когда концентрация метана становится ниже установленного диапазона, регулирующий клапан 28b расхода трубопровода 12 для газа с промежуточной калорийностью и/или регулирующий клапан 28c расхода трубопровода 13 для высококалорийного газа соответственно открываются для увеличения концентрации метана так, чтобы отклонение концентрации могло стать нулевым, и продолжается регулирование их открытых положений регулирующим клапаном 28c расхода в соответствии с сигналом от калориметра 30. В этом случае открытое положение регулирующего клапана 28а расхода трубопровода 11 для низкокалорийного газа при желании может быть отрегулировано.
Как будет описано далее, сигнал, показывающий отсутствие подачи газа, выдается устройством 16 для мониторинга баланса количества газа. Конкретно, когда количество газа, подаваемого из трубопровода 50 для подачи смешанного газа, меньше количества газа, требуемого на площадках E и T потребления газа, устройство 16 для мониторинга баланса количества газа выдает сигнал, показывающий это. Соответственно, устройство 10 для регулирования калорийности газа вырабатывает низкокалорийный газ для подпитки при отсутствии газа. Более конкретно, в соответствии с командой от устройства 32 для управления регулированием калорийности регулирующий клапан 28b расхода трубопровода 12 для газа с промежуточной калорийностью и/или регулирующий клапан 28c расхода трубопровода 13 для высококалорийного газа, и регулирующий клапан 28d расхода трубопровода 15 для подачи воздуха открываются, посредством этого вырабатывая необходимое количество низкокалорийного газа. Концентрация метана в выработанном таким образом посредством смешения низкокалорийном газе и низкокалорийном газе, подаваемом из трубопровода 11 для низкокалорийного газа, установлена в пределах заранее установленного диапазона посредством вышеописанного управления.
На фиг.5 показано устройство 16 для мониторинга баланса количества газа. Устройство 16 для мониторинга баланса количества газа содержит резервуар 33 небольшого объема, соединенный с трубопроводом 50 для подачи смешанного газа, верхнюю крышку 34, герметично закрывающую отверстие на верхнем конце резервуара 33 и перемещающуюся по вертикали вдоль внутренней стороны резервуара 33, противовес 35, установленный на верхней крышке 34, датчик 36 положения для определения вертикального положения (высоты) верхней крышки 34 и датчик 37 баланса. Верхняя крышка 34 выполнена подвижной по вертикали в соответствии с балансом между силой выталкивания вниз верхней крышки 34 с противовесом 35 и атмосферным давлением и силой выталкивания вверх посредством внутреннего давления в резервуаре 33. Как определено здесь, небольшой объем резервуара 33 обозначает, например, объем газа, который может потребляться одной газовой турбиной за период от 10 до 15 минут. Если газ содержит метан с концентрацией 35 объемных %, и газовая турбина имеет номинальную мощность приблизительно 1600 кВт, объем составляет приблизительно от 300 до 500 кубических метров. В качестве датчика 36 положения может быть использован датчик фотоэлектрического типа или ультразвукового типа.
Вместо верхней крышки 34, герметично закрывающей отверстие на верхнем конце резервуара 33, может быть использован гибкий мешок, такой как баллон, который соединен с трубопроводом 50 для подачи смешанного газа, и компонент, который может определяться датчиком 36 положения, может быть установлен на баллоне.
В соответствии с устройством 16 для мониторинга баланса количества газа, когда количество подаваемого газа равно количеству газа, потребляемого на площадках E и T для потребления, то есть эти количества сбалансированы надлежащим образом, внутреннее давление в резервуаре 33 (большее, чем атмосферное давление) является постоянным. Посредством регулирования противовеса 35 вертикальное положение (исходное положение) B верхней крышки 34 устанавливается для поддержания этих количеств надлежащим образом сбалансированными. Датчик 37 баланса содержит исходное положение B, допустимый диапазон от L до H, зоны предостережения от LL до L и от H до HH и зоны тревоги от LLL до LL и от HH до HHH, которые будут описаны далее. Когда количество подаваемого газа превышает количество потребляемого газа, внутреннее давление в резервуаре 33 увеличивается, посредством этого заставляя верхнюю крышку 34 перемещаться вверх. Наоборот, когда количество подаваемого газа становится ниже количества потребляемого газа, внутреннее давление в резервуаре 33 уменьшается, посредством этого заставляя верхнюю крышку 34 перемещаться вниз. На основе исходного положения B устанавливаются нижнее значение L и верхнее значение H допустимого диапазона верхней крышки 34. В случае, где изменение в подаче и требовании остается в пределах допустимого диапазона от L до H, датчик 37 баланса не подает никакую команду к действию. Вне допустимого диапазона от L до H нижняя и верхняя зоны предостережения от LL до L и от H до HH устанавливаются, как заранее установленные диапазоны. Когда верхняя крышка 34 находится в пределах зон предостережения от LL до L или от H до HH, датчик 37 баланса подает команду на установленную часть в системе 1, чтобы заставить ее искать причину такого дисбаланса между подачей и требованием. На основе зон предостережения от LL до L и от H до HH установлены нижняя и верхняя зоны тревоги от LLL до LL, от HH до HHH в виде заранее установленных диапазонов. Когда верхняя крышка 34 находится в пределах зон тревоги от LLL до LL или от HH до HHH, датчик 37 баланса подает команду на обозначенную часть в системе 1, чтобы устранить такой дисбаланс между требованием и подачей. Команда обрабатывается и выполняется для устранения такого дисбаланса.
Как корректируется дисбаланс, описано ниже. В диапазоне от LLL до LL (то есть при отсутствии газа) газовая турбина 4 нагружается меньше или работа газовой турбины 4 и/или работа газового двигателя 3 останавливается. Когда двигатели не могут быть менее нагруженными для того, чтобы удовлетворять требованию на электроэнергию и теплоту, устройство 10 для регулирования калорийности газа увеличивает производство низкокалорийного газа. В диапазоне от HH до HHH нагрузка газовой турбины 4 увеличивается и/или другая газовая турбина 4 и/или газовый двигатель 3, которые временно остановлены, запускаются вновь. Либо устройство 38 для выпуска (фиг.1), размещенное со стороны ниже по потоку, чем устройство 16 для мониторинга баланса количества газа, приводится в действие для выпуска избыточного газа. Устройство 38 для выпуска может быть установлено в любом желательном месте трубопроводов 11 и 50 для подачи газа, при этом предпочтительно со стороны ниже по потоку устройства 16 для мониторинга баланса количества газа. Также число устройств 38 для выпуска не предполагается ограниченным. Устройство для выпуска выполнено с возможностью выпуска всех возможных низкокалорийных газов. Низкокалорийный газ не предназначен для того, чтобы выпускать его в атмосферу для безопасности, но может быть подан к местам потребления, для которых требуется низкокалорийный газ для другого применения по назначению.
Устройство 38 для выпуска содержит расходомер 43 и регулирующий клапан 44 расхода, установленные на трубопроводе 50 для подачи смешанного газа. Расходомер 43 предназначен для измерения количества выпускаемого газа при определении числа газовых двигателей 3 или газовых турбин 4, которые должны фактически работать. Регулирующий клапан 44 расхода в нормальном режиме эксплуатации закрыт. И, как описано выше, когда количество подаваемого газа значительно превышает количество требуемого газа, регулирующий клапан 44 расхода открывается для устранения дисбаланса между подачей и требованием на газ так, чтобы газ выпускался в атмосферу или избыточный газ подавался в другие места потребления. То есть регулирующий клапан 44 расхода функционирует как предохранительный клапан, и, следовательно, устройство 38 для выпуска может называться предохранительным устройством.
На фиг.6 показано устройство 39 для мониторинга баланса количества газа, имеющее другую конструкцию. Устройство 39 для мониторинга баланса количества газа содержит закрытый резервуар 40, соединенный с трубопроводом 50 для подачи смешанного газа, датчик 41 давления для определения внутреннего давления в закрытом резервуаре 40 и датчик 42 баланса. Внутреннее давление в закрытом резервуаре 40 при условии, что подача и требование на газ должны быть надлежащим образом сбалансированы, установлено в датчике 42 баланса как исходное давление. Тем же способом, как описано выше, допустимый диапазон, зоны предостережения и зоны тревоги установлены в датчике 42 баланса на основе определенного давления. Исходное давление определяется на основе работы устройства 6 для всасывания. Типично исходное давление составляет приблизительно 500 мм вод. ст. И тем же способом, как описано выше для зон предостережения, датчик 42 баланса подает команду в обозначенную часть системы 1, чтобы заставить ее искать причину дисбаланса между требованием и подачей газа. В зонах тревоги датчик 42 баланса подает команду в обозначенную часть системы 1 для устранения дисбаланса. Выполняется команда устранения дисбаланса. Дисбаланс устраняется тем же способом, как описано выше.
Система 1 содержит устройство 100 управления системой для управления работой всей системы 1. В системе 1, управляющей компонентами посредством устройств 26 и 32 управления, сигналы, подаваемые от датчиков 37 и 42 и измерителей, управляющие всей системой 1 посредством устройства 100 управления системой, объединяются для выполнения эффективной и безопасной работы. Здесь и далее описан пример работы системы 1.
В случае, когда система 1 установлена, например, в каменноугольных шахтах, условие выработки низкокалорийного газа и изменения фактического его количества (включая максимум и минимум) обычно определяются заранее. На основе этих результатов выбираются и устанавливаются газовые двигатели и газовые турбины, которые могут потреблять максимальное количество газа. При этом газ в количестве, меньшем, чем предсказанное минимальное количество, потребляется газовыми двигателями. Как показано на фиг.7, пример работы системы 1 является таким, что изменяющаяся часть V низкокалорийного газа из каменноугольных пластов C или тому подобного, которая отличается от стабильно вырабатываемого количества S, потребляется газовыми турбинами 4, и газ (газ из стабильно вырабатываемого количества S), количество которого меньше, чем предсказанное минимальное количество, потребляется газовыми двигателями 3. Когда низкокалорийный газ используется как топливо, газовые двигатели обычно работают в двухпозиционном режиме, так как газовые двигатели менее подходят для такой работы, когда нагрузка постоянно изменяется. С другой стороны, газовая турбина может спокойно работать с изменяющейся нагрузкой, и поэтому изменяющееся количество газа более подходит для газовой турбины. На фиг.7 по оси абсцисс представлено время, такое как день, неделя и месяц, а по оси ординат представлено количество выработанного низкокалорийного газа.
На фиг.8 показан пример процесса запуска системы 1. В соответствии с этим процессом, во-первых, множество газовых двигателей 3 запускается один за другим. Во-вторых, при стабильной работе запускается режим работы газовых двигателей 3, газовых турбин 4 и паровой турбины 17. Поскольку газовые двигатели 3 и газовые турбины 4 выполнены так, чтобы их возможности по выработке энергии и подаче тепла, то есть максимальное количество газа, которое должно потребляться газовыми двигателями 3 и газовыми турбинами 4, превышает количество выработанного газа, как описано выше, некоторые из газовых двигателей 3 не работают. На фиг.8 по оси абсцисс представлен режим работы, и по оси ординат представлено количество газа, потребляемого при выработке энергии и подаче тепла на площадки E и T. Также ось абсцисс соответствует времени, и ось ординат соответствует мощности системы. На фиг.8 каждая из величин от Ge1 до Ge4 обозначает количество газа, потребляемого каждым газовым двигателем 3, и каждая из величин Gt1 и Gt2 обозначает количество газа, потребляемого каждой газовой турбиной 4. И каждая из величин от Qa до Qe обозначает количество газа, выпускаемого в атмосферу в каждом режиме работы, и Tm обозначает минимальное количество газа, необходимое для поддержания работы одной газовой турбины 4.
В основном, газ всегда вырабатывается из каменноугольных пластов C с некоторым изменением количества собранного газа. Газ всасывается устройствами 6 для всасывания (фиг.1), насколько это возможно, в целях безопасности добычи в полостях М в шахте. Перед запуском работы для получения энергии и подачи тепла на площадки E и T в системе 1, высококалорийный газ и газ с промежуточной калорийностью, которые были отделены от всасываемого газа посредством устройства 8 для разделения газа, подаются в соответствующие места потребления U1 и U2 (фиг.1). С другой стороны, поскольку низкокалорийный газ не может использоваться другим оборудованием, за исключением системы 1, низкокалорийный газ обычно выпускается наружу из устройства 38 для выпуска или подобного ему, перед тем как запускаются газовые двигатели 3 и газовые турбины 4. На основе информации от расходомера 43, установленного на устройстве 38 для выпуска или тому подобном, устройство 100 управления системой узнает о расходе газа по трубопроводу 11 для низкокалорийного газа. Кроме того, устройство 100 управления системой определяет расход газа, потребляемого одним газовым двигателем 3, расход газа, потребляемого одной газовой турбиной 4 и каждым из числа газовых двигателей 3 и газовых турбин 4.
В соответствии с командой от устройства 100 управления системой, газовые двигатели 3 запускаются последовательно (от (A) до (D) с фиг.8). Одновременно с этим регулирующий клапан 44 расхода устройства 38 для выпуска постепенно закрывается. В продолжение этой работы устройство 100 управления системой сравнивает информацию (количество газа, выпускаемого в атмосферу) от расходомера 43 устройства 38 для выпуска с количеством газа, потребляемого определенным газовым двигателем 3, и запускает следующий газовый двигатель 3. Когда один из четырех газовых двигателей 3 установлен как запасной двигатель, запускаются три газовых двигателя 3. Затем устройство 100 управления системой сравнивает информацию от расходомера 43 с минимальным количеством газа, потребляемого одной газовой турбиной 4 (Tm на фиг.8), и запускает одну газовую турбину 4 ((E) на фиг.8). Когда становится необходимым выпустить газ из устройства 38 для выпуска на основе информации от расходомера 43, в то время как газовая турбина 4 продолжает работать под нагрузкой приблизительно 100% (полная нагрузка), другие газовые турбины 4 последовательно запускаются ((F) на фиг.8), чтобы потреблять избыточный газ. Вместо запуска следующей газовой турбины 4, после того как нагрузка на одну газовую турбину 4 становится полной, как показано на фиг.8, множество газовых турбин 4 может быть запущено в то же самое время и может работать под промежуточной нагрузкой.
Вышеописанный процесс запуска, то есть процесс последовательного запуска газовых двигателей 3 и газовых турбин 4, конечно, применим к случаю, где количество выработанного газа увеличивается, в то время как работа по выработке энергии и подача тепла на площадки E и T частично выполняется в режиме, при котором газа вырабатывается меньше, чем обычно.
Целью системы 1 является эффективный расход газа, собранного из каменноугольных пластов C или тому подобного, и удовлетворение требований на электроэнергию и/или тепло настолько, насколько это возможно, используя самообразующийся газ. Поэтому, когда вырабатываемого газа достаточно для работы системы 1, работают все газовые двигатели 3 и газовые турбины 4, кроме запасного газового двигателя 3. Даже когда газ подается в меньшем количестве, и, следовательно, работают некоторые из газовых двигателей 3 и некоторые из газовых турбин 4, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одна газовая турбина 4 продолжала потреблять изменяющуюся часть газа. Это происходит только потому, что газовая турбина 4 может спокойно и плавно изменять свою нагрузку, но газовые двигатели 3 не могут делать этого. Также, даже когда устойчиво выработанное количество S согласно фиг.7 уменьшается, по меньшей мере, одна газовая турбина 4 из всех газовых турбин и газовых двигателей должна продолжать работу.
Когда количество вырабатываемого газа уменьшается в продолжение работы всей системы 1, работа осуществляется следующим образом. Конкретно, когда устройство 100 управления системой принимает сигнал (сигнал LL), показывающий диапазон от LL до L от устройства 16 для мониторинга баланса количества газа, это обнаруживается техническим персоналом посредством использования индикаторного устройства или устройства для оповещения (не показано). Также после приема сигнала (сигнал LLL), показывающего диапазон от LLL до LL, устройство 100 управления системой подает команду, по меньшей мере, на одну газовую турбину 4 для уменьшения нагрузки. В ответ на эту команду газовая турбина 4 уменьшает количество потребляемого газа. Если устройство 16 для мониторинга баланса количества газа продолжает подавать сигнал LLL, устройство 100 управления системой подает команду, чтобы последовательно остановить работу газовых турбин 4 или газовых двигателей 3. Также в этом случае для того, чтобы потреблять газ при изменяющемся расходе, одна газовая турбина 4 продолжает работать до тех пор, пока не остановится. Альтернативно, как правило, аварийная остановка выработки энергии и подачи тепла на площадки E и T может быть выполнена автоматически или вручную.
Тем временем внешняя информация OD, относящаяся к требованию на энергию, такому как требование на электроэнергию или требование на пар, запоминается устройством 100 управления системой. Устройство 100 управления системой управляет запуском и остановкой газовых двигателей 3 или газовых турбин 4 посредством сравнения информации OD с количеством фактически выработанной энергии и количеством фактической подачи пара. В альтернативном примере вышеупомянутого процесса при оценке того, что количество низкокалорийного газа должно быть увеличено в соответствии с требованием на электроэнергию, устройство 100 управления системой подает команду на устройство 10 для регулирования калорийности газа для увеличения выработки низкокалорийного газа.
В случае, если потребность в электроэнергии уменьшается, и потребность в паре не изменяется, в то время как количество выработанного газа постоянно, устройство 100 управления системой подает команду, чтобы последовательно остановить работу газовых двигателей 3 и поддержать работу газовых турбин 4. Кроме того, устройство 100 управления системой подает команду на регулирующий клапан 44 расхода устройства 38 для выпуска, и на основе сигнала от устройства 16 для мониторинга баланса количества газа, чтобы заставить его открыться, открытое положение регулирующего клапана 44 расхода регулируется, и посредством этого выпускается избыточный газ. Наоборот, когда уменьшается только требование на пар, и требование на электроэнергию не изменяется, нагрузка газовых турбин 4 уменьшается и остающийся газовый двигатель 3 запускается вместо них. Когда как требование на электроэнергию, так и требование на пар уменьшается, газовая турбина 4 работает под уменьшенной нагрузкой и газовые двигатели 3 последовательно останавливаются.
С другой стороны, когда количество выработанного газа увеличивается, в то время как работает часть газовых двигателей 3 и газовых турбин 4, устройство 16 для мониторинга баланса количества газа подает сигнал HH или сигнал HHH и число газовых двигателей 3 и газовых турбин 4, которые должны работать, увеличивается при подобном управлении при запуске системы 1. Также, когда устройство 16 для мониторинга баланса количества газа подает сигнал HH неожиданно, в то время как вся система 1 работает, это обнаруживается оператором посредством индикаторного устройства или устройства для оповещения (не показано). Далее, когда устройство 16 для мониторинга подает сигнал HHH, устройство 100 управления системой подает команду на регулирующий клапан 44 расхода устройства 38 для выпуска для его открывания. При этом устройство 100 управления системой регулирует открытое положение регулирующего клапана 44 расхода на основе сигнала от устройства 16 для мониторинга баланса количества газа. Так как сигнал (такой, как сигнал LLL или сигнал HHH) от устройства 16 для мониторинга баланса количества газа указывает отклонение от исходного положения B, открытое положение регулирующего клапана 44 расхода регулируется для устранения такого отклонения.
В вышеописанном варианте осуществления, изменяющееся количество V газа, потребляемого газовыми турбинами, которые могут спокойно и быстро регулировать нагрузку, и газовыми двигателями 3, потребляющими постоянное количество газа, то есть постоянное количество S является меньшим, чем минимум V. Это происходит потому, что такой способ работы очень эффективен. Однако настоящее изобретение не ограничивается только этим, а с газовыми турбинами 4 можно обращаться как с газовыми двигателями 3, например, они могут работать в двухпозиционном режиме в зависимости от условий выработки газа.
В то время как каменноугольный рудничный газ, собранный из каменноугольных пластов C, был описан как источник газа в вышеописанном варианте осуществления, настоящее изобретение не ограничивается только КРГ. Например, может использоваться метан, выработанный или извлеченный из органического загрязняющего шлама в продолжение обработки сточных вод. Также может использоваться газ биомассы, получающийся при ферментации биомассы из отходов сельского хозяйства, биомассы из древесных отходов, отходов от домашнего скота и других природных отходов. Кроме того, может использоваться метан (называемый газом со свалок), вырабатываемый посредством ферментации и разложения общих отходов, включая мусор в местах свалок.
Исходными материалами для этих газов являются все отходы, и поэтому количество вырабатываемых газов изменяется со временем. В частности, количество вырабатываемых газов со свалок уменьшается со временем в связи с характеристиками отходов со свалок. Для того чтобы такие источники газа использовать эффективно, газовые двигатели низкой мощности вместе с газовыми турбинами оборудованы на транспортере, и перемещаются к местам свалок, и устанавливаются там для кратковременного использования в то время, когда газ является достаточно доступным.
Промышленное применение
В соответствии с настоящим изобретением, самообразующийся газ, выпускаемый в атмосферу, который фактически не используется, но вызывает загрязнение воздуха, может использоваться как чистое топливо и превращаться в такую энергию, как электроэнергия, пар и т.п. Кроме того, изменяющаяся часть выработанного газа может потребляться полностью эффективно, без потерь.
1. Система электроснабжения, содержащая газовый двигатель, газовую турбину, устройство для сбора газа, собирающее вырабатываемый газ, устройство для разделения газа, непрерывно разделяющее газ, который подается из устройства для сбора газа и содержание горючего компонента которого изменяется во времени в соответствии с содержанием горючего компонента газа, устройство для регулирования калорийности для избирательного смешивания газов, имеющих различное содержание горючего компонента, которые разделяются посредством устройства для разделения газов для регулирования содержания горючего компонента газа, который должен подаваться в газовый двигатель и газовую турбину, и устройство управления системой для управления работой газового двигателя, работой газовой турбины и работой устройства для регулирования калорийности.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая устройство для мониторинга баланса количества газа для осуществления мониторинга баланса подачи и требования между количеством газа, потребляемого газовым двигателем и газовой турбиной в рабочих условиях, и количеством газа, подаваемого из устройства для регулирования калорийности в газовую турбину и газовый двигатель, при этом устройство управления системой предназначено для управления работой, по меньшей мере, одного из газового двигателя, газовой турбины и устройства для регулирования калорийности на основе сигнала от устройства для мониторинга баланса количества газа.
3. Система по п.2, дополнительно содержащая устройство для выпуска, выполненное на канале для подачи газа, через который газ подается в газовую турбину и газовый двигатель, чтобы выпускать газ из канала для подачи газа наружу, при этом устройство управления системой предназначено для управления работой устройства для выпуска на основе сигнала от устройства для мониторинга баланса количества газа.
4. Система по п.1, дополнительно содержащая котел-утилизатор, соединенный с газовой турбиной.
5. Система по п.4, дополнительно содержащая паровую турбину, соединенную с котлом-утилизатором.
6. Система по п.1, в которой устройство для разделения газов включает измеритель горючего компонента, непрерывно измеряющий содержание горючего компонента газа, собранного устройством для сбора газа, множество каналов для подачи газа, через которые подаются газы в соответствии с установленными диапазонами содержания горючего компонента, и средство для переключения каналов, выбирающее один из множества каналов для подачи газов на основе результатов измерения измерителем горючего компонента и осуществляющее переключение на выбранный канал для подачи газа.
7. Система по п.1, в которой устройство для регулирования калорийности включает в себя множество каналов для подачи газов, в которые подаются газы, разделенные в соответствии с содержанием горючего компонента посредством устройства для разделения газа, канал для подачи смешанного газа, с которым соединено множество каналов для подачи газа, причем канал для подачи смешанного газа проходит в газовый двигатель и газовую турбину, и средство для открытия и закрытия для регулирования открытых положений множества каналов для подачи газа.
8. Система по п.7, в которой устройство для регулирования калорийности дополнительно включает в себя канал для подачи воздуха, соединенный с каналом для подачи смешанного газа, и средство для открытия и закрытия для регулирования открытых положений канала для подачи воздуха и множества каналов для подачи газа.
9. Система по п.7 или 8, в которой устройство для регулирования калорийности включает в себя измеритель горючего компонента с обратной связью, выполненный на канале для подачи смешанного газа, и устройство для управления регулированием калорийности для управления средством для открытия и закрытия для обеспечения установки содержания горючего компонента в установленном диапазоне на основе результатов измерения измерителем горючего компонента с обратной связью.
10. Система по п.2 или 3, в которой устройство для мониторинга баланса количества газа выполнено на канале для подачи смешанного газа, проходящем из устройства для регулирования калорийности в газовый двигатель и газовую турбину, при этом устройство для мониторинга баланса количества газа включает в себя закрытый контейнер, соединенный с каналом для подачи смешанного газа, датчик давления для определения внутреннего давления в закрытом контейнере и первый датчик баланса для определения степени баланса подачи и требования посредством сравнения между результатами датчика давления и установленного исходного давления.
11. Система по п.2 или 3, в которой устройство для мониторинга баланса количества газа выполнено на канале для подачи смешанного газа, проходящем из устройства для регулирования калорийности в газовый двигатель и газовую турбину, и устройство для мониторинга баланса количества газа включает в себя контейнер, имеющий отверстие на верхнем конце и предназначенный для соединения с каналом для подачи смешанного газа, верхнюю крышку, выполненную с возможностью перемещения по вертикали вдоль внутренней стороны контейнера и герметичного закрывания отверстия на верхнем конце контейнера, датчик положения для определения положения верхней крышки, перемещающейся по вертикали в соответствии с изменением внутреннего давления в контейнере, и второй датчик баланса для определения степени баланса подачи и требования на основе сигнала определения от датчика положения.
12. Система по п.1, в которой устройство управления системой выполнено с возможностью осуществления управления для регулирования, по меньшей мере, одной газовой турбины в эксплуатационном режиме в соответствии с изменением количества подачи газа в продолжение работы как газового двигателя, так и газовой турбины.
13. Система по п.12, в которой устройство управления системой выполнено с возможностью осуществления управления для изменения нагрузки газовой турбины в соответствии с сигналом, показывающим изменение количества подачи газа от устройства для мониторинга баланса количества газа.
