2021年11月，塔里木油田与济柴动力合作开展集团科研课题《天然气压差发电技术及装备研究》，研究设备适应性，分析油田各站点资源潜力，筛选应用场景，解决配套工程。2022年5月明确在西气东输轮南输气首站开展透平膨胀技术先导性试验项目，拟在西气东输第一站库尔勒输气管线安装使用一套透平式天然气压差发电装备，装机功率600kW，预计年发电量485万千瓦时，年减碳3335吨。该项目于2023年4月14日开工建设，同年9月27日建成满发并网运行，是塔里木油田首座压差发电项目，也使西气东输第一站成为塔里木油田首个零碳油气场站。

一、技术概况

（一）项目背景

    利用天然气压力差发电是一种清洁高效的能源回收利用技术。以往天然气由高压管网进入低压管网时，通常采用节流的方式降低天然气压力，不仅浪费了压力势能，而且极易对后续管线带来低温结冰堵塞等安全隐患。

    国外天然气压差利用技术研究较早，其主要系统工艺路线已成熟，主要采用膨胀机替代传统调压阀进行压力能回收并带动发电机发电。目前关于压差发电工艺研究主要包括天然气预热方法及能量利用。采用可再生能源或废弃能量预热天然气可有效提高压差发电经济效益和环境效益，是国外天然气压差（余压）发电技术研究趋势。

    进入21世纪以来，随着天然气产业的迅速发展，我国加快了天然气管网的建设，与此同时，国内膨胀机制造厂家的不断崛起，也为管网压力能的实际应用奠定基础。其次，我国对于加快建设资源节约型、环境友好型和经济型社会的发展要求也促进了天然气管网压能的应用。中石油集团在2016年开展天然气压差发电技术研究，2020年以来西南油气田在该领域取得较多成果，多个余压发电项目成功并网投运。

（二）研究背景

    西气东输第一站是一座集天然气处理、计量、外输为一体的综合性站场。现有轮库新线的天然气通过超高压（6-10MPa）长输管道配送至用气端，并根据不同用户类型（居民、工商业用户、燃气电厂等）的用气压力逐级降压（0.4MPa及以下）后，进入下游管道，为库尔勒地区提供工业和民用天然气。目前天然气减压过程采用调压阀实现，调压前管网压力约6.16-6.53MPa，调压后压力约4.54-4.75MPa，各级降压过程释放的压力能没有回收利用，完全消耗于克服流动阻力，造成巨大能源浪费。

（三）技术原理

    该工程原理是将轮南-库尔勒输气管道中的调压阀替换为膨胀机设备，利用天然气进站调压过程中产生的压差能量，进行动能回收，进而驱动发电机发电。运行发电过程不消耗天然气，不产生污水、废气及固废等，让西气东输第一站在供应天然气资源的同时，还能源源不断生产“零碳”电

    该工程项目选用透平式膨胀机+防爆发电机替代调压阀，透平和齿轮箱一体化集成设计。利用压差将天然气导入膨胀设备，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。膨胀发电系统由膨胀机（核心部件）、发电机、自动控制系统（PLC等）、辅助系统（供油、降温、管件等）及配电系统等部分组成，机组成橇户外布置。

透平式天然气压差发电装备示意图

    两级膨胀机分别悬挂在减速箱高速轴两端，用螺栓轴向把接，膨胀机轴端采用串联式干气密封结构，以避免天然气工质外漏。天然气工质切向进入膨胀机第1级蜗壳组件做功后，从蜗壳轴向排出，通过齿轮箱底部的连通管与膨胀机第2级连接，再次膨胀做功后从第2级蜗壳轴向排出。

    减速箱低速轴通过挠性联轴器与发电机连接，油站放置在发电机底部，起到支撑发电机的作用，也便于齿轮箱和发电机润滑油的进回油管路布置。干气密封控制盘架放置在膨胀机排气侧，便于膨胀机上的干气密封本体与控制盘架上的密封气、氮气、泄露气等气体管路连接。

二、项目概况

（一）工艺流程

    装置自西气东输主管线上取气，试行取气量与管道输气量占比约40.85%，以压差发电装置技术进行动能回收。装置年发电约为520万千瓦时，年用电量约为34.28万千瓦时，建成后年节约电能约485.72万千瓦时。所产电能输送至轮南油气储运中心输油首站10千伏高压配电室，轮南油气储运中心每年耗电量约为1111万千瓦时，通过压差发电与网电联合的供电模式，实现压差发电机组发电量完全自发自用。

机组工艺流程简图

（二）运行情况

   装置于2023年9月27日并网发电成功，发电功率到达额定功率600kw，进气压力6.16MPa，出站压力4MPa，目前运行正常。

机组生产参数远传数据图

三、发展前景

   西气东输第一站压差发电项目的成功投产，有效降低了轮库线天然气调压造成的能源浪费，开启了塔里木油田天然气管网余压动能资源化利用的新模式，是塔里木油田深入贯彻绿色发展理念，积极探索“双碳”目标下的绿色低碳发展新路径的一次重要尝试。

   在天然气开采、输送和利用过程中，天然气压差巨大，压差发电技术在长输管线各级分输站、调压站、门站等均具有较好的应用价值，节能减排、生态环保效益显著，后续可进一步推广使用。

    塔里木油田各类集输和长输站场天然气输量巨大，且分输节流调压场景丰富，可利用余压（压差）潜力巨大。借助天然气压差发电技术，可以提高供电系统的安全可靠性，以减少在发生电力故障时造成的损失。也可以充分利用高压天然气的压力能获取电能和冷能实现企业自用，有利于油田持续高质量发展。

   随着新政策的出台和工业节能技术的不断进步，我国节能市场将迎来高速发展。为应对未来的市场需求，我国将进一步加大对工业节能技术研发的投入，提高节能技术的整体水平。近日，科技部发布《国家绿色低碳先进技术成果目录》，85项技术入选。其中13项节能减排与低碳领域，包括用能设备节能降碳、工艺改造节能减排、余热余压节能低碳、煤炭高效清洁利用等。

   四川天瑞节能环保科技有限公司在节能、降碳的背景下，自主创新研究出余压领域新型天然气压差节能技术，在不改变原调压阀组功能的同时、回收利用天然气调压阀前后压差能量做功进行发电。发电机组结构简单、占用空间小、零排放，系统设备投资小、节能效果显著，具有良好的节能降碳效益，实现企业降本增效和实现双碳目标。