冷能利用系统、具备冷能利用系统的能量系统以及冷能利用系统的利用方法技术方案

本发明专利技术提供一种冷能利用系统，其是极低温流体的超临界压力发电(LSG)，能自由地控制二级膨胀透平机出口侧的气体输出压力，并且能提高液化气的冷能的利用效率。LSG具备：升压泵，将低温液化气以保持液态的状态升压至其临界压力以上的规定压力；朗肯循环方式的一级发电装置；以及直接膨胀方式的二级发电装置。为了有效利用液化气的冷能，与温度相比，将冷能用作压力比较有效。LSG更主要地将冷能转换为压力，能通过液化气组成、加热源温度以及气体输出压力来决定达到最高转换效率的最佳运转条件。作为一例，在气体输出压力较低的最大发电情况下，发电单位消耗量以实机校正值计约为486[kJ/kg](135[kWh/ton])，能将相当于约54％的冷能作为电力进行回收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用储藏于储藏罐的低温液化气的冷能的冷能利用系统、具备冷能利用系统的能量系统以及冷能利用系统的利用方法。
技术介绍
作为低温液化气，例如已知有液化天然气(LNG)。液化天然气是使用电力对外国的产地所出产的天然气(NG)进行冷却并液化而获得的物质。进行液化使体积减少的液化天然气通过LNG运输油轮被进口。液化天然气通常在进口地利用开架式气化器等进行气化。此时，使液化天然气与海水进行热交换，从而液化天然气的冷能被废弃在海水中。需要说明的是，图15中示出了对一年间进口至日本的液化天然气的冷能利用状况进行推定的结果。冷能的大部分未被回收，进而以未利用的状态被废弃。因此，为了有效利用冷能，已知有利用液化天然气的冷能的冷能利用系统。作为冷能利用系统，具体而言，例如已知有冷能发电系统。作为现有的冷能发电系统，有朗肯循环方式、直接膨胀方式、以及二者联用方式。朗肯循环方式通过液化天然气的冷能使烃、氟利昂等工作流体(中间介质)在冷凝器中冷凝，使冷凝后的工作流体在气化器中气化。然后，通过气化后的工作流体使透平机驱动，由此进行发电。直接膨胀方式使液化天然气在气化器中气化，通过气化后的天然气使透平机驱动，由此进行发电。另一方面，例如，如下述专利文献1、2中可以看出，联用方式的冷能发电系统是将朗肯循环方式与直接膨胀方式组合的方式。与朗肯循环方式和直接膨胀方式的各自单独的方式相比，联用方式的液化天然气的有效冷能(冷能)的回收率高，发电能力高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平9-151707号公报专利文献2：日本特开平5-302504号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在联用方式的冷能发电系统中，液化天然气的冷能(有效能)被用作：温度使在朗肯循环中循环的工作流体冷凝；以及压力利用通过与上述工作流体的热交换而气化的天然气使直接膨胀方式的透平机驱动。此处，如图16所示，当液化天然气的冷能中用作气体输出压力的部分较多时，冷能可利用部分减少。需要说明的是，图16是举例示出了现有的冷能利用系统中的按每一LNG进口基地的冷能的可利用部分的图。因此，在气体供给目的地所要求的气体输出压力较高的情况下，能由直接膨胀方式的透平机利用的压力降低，发电量降低。在图17以及图18中，示出了冷能发电系统的实绩。详细而言，图17是冷能发电系统的实绩一览表，图18是表示图17中的气体输出压力与冷能发电的发电单位消耗量的关系的图。如图17以及图18所示，气体输出压力越高，发电单位消耗量越趋于降低。特别是，近年来，随着电气产业中的燃气轮机联合循环发电的普及、以及燃气产业中的气体输出量的增加，气体输出压力变高。因此，液化天然气的冷能中转换为输出气体的压力的比例变高，在冷能发电系统中可转换为电力的冷能趋于减少。其结果是，冷能发电系统的发电量趋于减少，冷能发电系统尚未普及。需要说明的是，并不限于冷能发电系统，只要是利用冷能的系统，在气体供给目的地所要求的气体输出压力较高的情况下，同样会产生如下问题：在直接膨胀方式的透平机中可利用的气体的压力降低。此外，不限于液化天然气，只要是使用低温的液化气的冷能利用系统就同样会产生上述问题。本专利技术的主要目的在于，提供一种冷能利用系统及其最佳运转条件，该冷能利用系统能自由地设定并控制直接膨胀方式的透平机出口侧的气体输出压力，并且能提高液化气的冷能的利用效率。用于解决问题的方案为了解决上述问题，本专利技术的特征在于，具备：升压泵，将储藏于储藏罐的低温的液化气以保持液态的状态升压至规定压力；一级装置，具有：气化器，使由所述升压泵升压后的所述液化气与规定的冷热交换对象进行热交换，由此使所述冷热交换对象冷却，并且使所述液化气气化；以及二级装置，具有：二级透平机，由作为在所述气化器中气化后的所述液化气的气化气进行驱动，在作为所述储藏罐的储藏对象的气体的莫里尔图上，将规定储藏于所述储藏罐的状态下的所述气体的压力以及温度的点定义为过程起始点(C1)，在所述莫里尔图上，将规定所述气化器的入口侧的所述气体的所述规定压力以及温度的点定义为预超增压点(C2)，在所述莫里尔图上，将作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)、或规定所述气化器的出口侧的所述气体的压力以及温度的点(CA)中的任一点定义为中间点，在所述莫里尔图上，将规定所述二级透平机的出口侧的所述气体的压力以及温度的点定义为透平机出口点(C4)，将从所述预超增压点的焓减去所述过程起始点的焓所得的值定义为第一焓差(Δh1)，将从所述中间点的焓减去所述预超增压点的焓所得的值定义为第二焓差(Δh2；Δh2rank)，将从作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)的状态达到所述透平机出口点的状态之前由所述二级透平机所做的功定义为第三焓差(Δh3)，将以下任一值定义为合计焓差(Δhtotal)：从所述第二焓差以及所述第三焓差的相加值减去所述第一焓差所得的值；或将作为由所述预超增压点以及所述中间点的各自的温度决定的卡诺循环的理论热效率以下的值且大于0的值的效率系数与所述第二焓差相乘，并从其乘积与所述第三焓差的相加值减去所述第一焓差所得的值，所述规定压力基于所述合计焓差进行设定。在本专利技术中，通过升压泵使储藏于储藏罐的低温的液化气以保持液态的状态升压至规定压力。然后，在构成一级装置的气化器中，使由升压泵升压后的液化气与规定的冷热交换对象(中间介质)进行热交换。由此，冷热交换对象被冷却，并且液化气被气化为气化气。然后，构成二级装置的二级透平机通过从气化器流出的气化气进行驱动。如此，储藏于储藏罐的低温的液化气的冷能被用作：在一级装置中使冷热交换对象冷却的温度在二级装置中使透平机驱动的压力此处，本申请专利技术人得到如下结论：为了掌握液化气的冷能的利用效率，使用基于上述第一焓差、第二焓差、以及第三焓差的合计焓差是有效的。详细而言，合计焓差的值越大，表示液化气的冷能的利用效率越高。然后，可以看出合计焓差依赖于预超增压点的气体压力，通过将与冷能的利用效率变高的合计焓差对应的预超增压点的压力设定为上述规定压力，能提高冷能的利用效率。鉴于这一点，在本专利技术中，通过基于合计焓差来设定规定压力，能提高冷能的利用效率。此外，当通过升压泵使液化气的压力上升时，二级透平机出口侧的气体输出压力上升。在本专利技术中，由于通过升压泵对液化气的压力进行升压(Pre-overboost：预超增压)，因此能自由地设定并控制二级透平机出口侧的气体输出压力。此处，本专利技术的冷能利用系统例如能具体化为如下。详细而言，冷能利用系统的特征在于，具备：升压泵，将储藏于储藏罐的低温的液化气以保持液态的状态升压至其临界压力以上的规定压力；一级装置，具有：气化器，使由所述升压泵升压后的所述液化气与规定的冷热交换对象(中间介质)以将所述液化气的压力维持在所述临界压力以上的状态进行热交换，由此使所述冷热交换对象冷却，并且使所述液化气气化；以及二级装置，具有：二级透平机，由作为在所述气化器中气化后的所述液化气的气化气进行驱动。在上述构成中，在气化器中使液化气以维持在其临界压力以上的状态气化的工序是为了高效地利用液化气的冷能详细而言，气化工序入口(C2)的液化气的焓与气化工序出口(C3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷能利用系统，其特征在于，具备：升压泵，将储藏于储藏罐的低温液化气以保持液态的状态升压至规定压力；一级装置，具有：气化器，使由所述升压泵升压后的所述液化气与规定的冷热交换对象进行热交换，由此使所述冷热交换对象冷却，并且使所述液化气气化；以及二级装置，具有：二级透平机，由作为在所述气化器中气化后的所述液化气的气化气进行驱动，在作为所述储藏罐的储藏对象的气体的莫里尔图上，将规定储藏于所述储藏罐的状态下的所述气体的压力以及温度的点，定义为过程起始点(C1)，在所述莫里尔图上，将规定所述气化器的入口侧的所述气体的所述规定压力以及温度的点，定义为预超增压点(C2)，在所述莫里尔图上，将作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)、或规定所述气化器的出口侧的所述气体的压力以及温度的点(CA)中的任一点，定义为中间点，在所述莫里尔图上，将规定所述二级透平机的出口侧的所述气体的压力以及温度的点，定义为透平机出口点(C4)，将从所述预超增压点的焓减去所述过程起始点的焓所得的值定义为第一焓差(Δh1)，将从所述中间点的焓减去所述预超增压点的焓所得的值定义为第二焓差(Δh2；Δh2rank)，在将从作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)的状态达到所述透平机出口点的状态之前，由所述二级透平机所做的功定义为第三焓差(Δh3)，将以下任一值定义为合计焓差(Δhtotal)：从所述第二焓差以及所述第三焓差的相加值减去所述第一焓差所得的值；或将作为由所述预超增压点以及所述中间点的各自的温度决定的卡诺循环的理论热效率以下的值且大于0的值的效率系数与所述第二焓差相乘，并从其乘积与所述第三焓差的相加值，减去所述第一焓差所得的值，所述规定压力基于所述合计焓差进行设定。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.19 JP 2014-0980911.一种冷能利用系统，其特征在于，具备：升压泵，将储藏于储藏罐的低温液化气以保持液态的状态升压至规定压力；一级装置，具有：气化器，使由所述升压泵升压后的所述液化气与规定的冷热交换对象进行热交换，由此使所述冷热交换对象冷却，并且使所述液化气气化；以及二级装置，具有：二级透平机，由作为在所述气化器中气化后的所述液化气的气化气进行驱动，在作为所述储藏罐的储藏对象的气体的莫里尔图上，将规定储藏于所述储藏罐的状态下的所述气体的压力以及温度的点，定义为过程起始点(C1)，在所述莫里尔图上，将规定所述气化器的入口侧的所述气体的所述规定压力以及温度的点，定义为预超增压点(C2)，在所述莫里尔图上，将作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)、或规定所述气化器的出口侧的所述气体的压力以及温度的点(CA)中的任一点，定义为中间点，在所述莫里尔图上，将规定所述二级透平机的出口侧的所述气体的压力以及温度的点，定义为透平机出口点(C4)，将从所述预超增压点的焓减去所述过程起始点的焓所得的值定义为第一焓差(Δh1)，将从所述中间点的焓减去所述预超增压点的焓所得的值定义为第二焓差(Δh2；Δh2rank)，在将从作为规定所述二级透平机的入口侧的所述气体的压力以及温度的点的透平机入口点(C3)的状态达到所述透平机出口点的状态之前，由所述二级透平机所做的功定义为第三焓差(Δh3)，将以下任一值定义为合计焓差(Δhtotal)：从所述第二焓差以及所述第三焓差的相加值减去所述第一焓差所得的值；或将作为由所述预超增压点以及所述中间点的各自的温度决定的卡诺循环的理论热效率以下的值且大于0的值的效率系数与所述第二焓差相乘，并从其乘积与所述第三焓差的相加值，减去所述第一焓差所得的值，所述规定压力基于所述合计焓差进行设定。2.根据权利要求1所述的冷能利用系统，其特征在于，所述合计焓差定义为：从所述第二焓差以及所述第三焓差的相加值，减去所述第一焓差所得的值。3.根据权利要求1所述的冷能利用系统，其特征在于，所述气化器使在蒸气动力循环中循环的作为所述冷热交换对象的工作流体与由所述升压泵升压后的所述液化气进行热交换，由此使所述工作流体冷凝，并且使所述液化气气化，进一步具备：加热器，对从所述气化器流出的气化气进行加热使其升温，除了所述气化器，所述一级装置还具有：蒸发器，使在所述气化器中冷凝的工作流体蒸发；以及一级透平机，由在所述蒸发器中蒸发的工作流体进行驱动，所述一级装置是发电装置，通过所述一级透平机的驱动进行发电，所述二级装置是直接膨胀方式的发电装置，通过由所述加热器升温后的气化气来驱动所述二级透平机，由此进行发电。4.根据权利要求3所述的冷能利用系统，其特征在于，所述蒸气动力循环是朗肯循环。5.根据权利要求3或4所述的冷能利用系统，其特征在于，所述合计焓...

【专利技术属性】
技术研发人员：多田雅史，
申请(专利权)人：多田雅史，
类型：发明
国别省市：日本;JP