【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气管道输氢领域，特别涉及一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法及系统。
技术介绍
1、氢能具有来源丰富、绿色环保、能量密度大、转化效率高和适用范围广的特点，被广泛认为是终端清洁高效的能源类型，应用前景广阔。利用电解水技术制取氢气，消耗电能将水转换为氢气等物质进行存储，是实现富余电能的就地转化、解决可再生能源消纳的有效途径。我国氢能资源主要分布在炼化企业集中、风光发电和天然气资源丰富的西北、东北、中西部等地区，然而消费市场主要集中在东部地区。目前我国的氢能储运技术主要通过高压气态长管拖车服务于短途运输，对于中长距离的氢能输送技术仍为我国的短板，而未来中长距离氢能储运需求量巨大。截至2022年，我国氢气管道里程约400公里，在用管道仅有百公里左右。相比之下，天然气管道基本形成了覆盖全国的供应格局，储运潜力巨大。参考国外示范工程，利用现有天然气管网掺氢输送以满足各地区氢能资源需求是当前解决我国氢能中长距离输运最有效的方法。
2、对于天然气掺氢系统，多数研究分析了天然气物性参数随掺氢浓度的变化趋势，并讨论了天然气管道掺氢对天然气分析计量和相关设备的影响，但对掺氢天然气输运系统输运过程中的运行特性及系统成本鲜有研究。
技术实现思路
1、针对氢气掺入天然气管道后系统的压力、渗透、腐蚀等特性发生变化，导致掺氢天然气管道输运系统的经济运行特性用传统方法难以刻画的问题，本专利技术提出一种考虑系统运行特性影响的掺氢天然气管道输运系统成本建模方法及系统，通过分析掺氢比、输送
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，包括如下步骤：
4、根据不同掺氢比下的天然气和氢气的混合气体的相对分子质量、密度、热值和黏度，计算得到不同掺氢比下混合气体的物性参数作为后续运行特性建模的输入参数；
5、根据掺氢天然气管道输运过程中管道的压降随管道参数，管道内气体的密度和流速的变化规律建立管道压力特性模型；根据掺氢天然气管道输运过程中管道的渗透流量随管道参数、管道内气体黏度以及管道内外压力差的变化规律建立管道渗透特性模型；根据管道使用寿命随管道壁厚和腐蚀速率的变化规律建立管道的衰减特性模型；
6、结合建立的掺氢天然气管道输运系统运行的管道压力特性模型建立压气站能耗成本模型；结合管道渗透特性模型建立管道渗透能耗成本模型；结合管道的衰减特性模型建立管道租赁成本模型；
7、根据压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型建立掺氢天然气管道输运系统的总运行成本模型。
8、进一步地，所述考虑掺氢天然气管道输运过程中管道存在压降建立管道压力特性模型包括：
9、建立管道压力特性模型如下：
10、
11、式中，δp为管道的压降，单位为pa/km；f为管道的摩擦系数；l为管道的长度，单位为km；v为管道中气体的流速，单位为m/s；d为管道的内径，单位为m；g为当地的重力加速度，取9.8m/s2；δh为管道的高程变化量，单位为m；
12、管道内气体的流速计算公式如下：
13、
14、式中，qn为管道的标准体积流量，单位为m3/s；p为管道中气体的压力，单位为pa；t为管道内气体的温度，单位为k；p0为标况下的压力，单位为pa；t0为标况下的温度，单位为k；
15、采用colebrook公式计算管道的摩擦系数f：
16、
17、式中，ke为天然气管道内壁的相对粗糙度，单位为m；re为雷诺数；雷诺数re的计算公式如下：
18、
19、进一步地，所述根据掺氢天然气管道输运过程中管道内的气体会扩散到管道外建立管道渗透特性模型包括：
20、建立管道渗透特性模型如下：
21、
22、式中，ql,i为管道i的气体渗透流量，单位为m3/s；λl为管道渗透率，单位为μm2；p1i、p2i分别为管道i的内部、外部的压力，单位为pa；ai为管道i的横截面积，单位为m2；di为管道i的壁厚，单位为m；
23、管道的渗透率与温度、掺氢比之间的关系式如下：
24、
25、e＝h/ρ (13)
26、式中，λ0为管道的渗透常数，单位为μm2；e为单位质量输送气体的能量，单位为j/kg。
27、进一步地，所述考虑氢气掺入天然气管道后管道腐蚀速率增加对管道的使用寿命产生影响建立管道的衰减特性模型包括：
28、计算天然气管道的使用寿命tr：
29、
30、式中，da为管道壁厚，单位为mm；dmin为管道的最小允许壁厚，单位为mm；vc为管道的腐蚀速率，单位为mm/a；
31、管道腐蚀速率与氢气浓度呈正相关：
32、
33、式中，vc,0为管道运行期间年平均腐蚀速率，取0.42mm/a。
34、进一步地，所述结合建立的掺氢天然气管道输运系统运行的特性模型建立压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型包括：
35、建立压气站能耗成本模型，包括：
36、压缩机运行功率的数学模型如下：
37、
38、式中，pc为压缩机的运行功率，单位为kw；win为压缩机入气口的气体质量流量，单位为kg/s；p1、p2分别为压缩机进气口、出气口的压力，单位为pa；m为平均容积多变指数；ηc为压缩机的压缩效率；
39、运行期间内压气站加压能耗成本ccomp为：
40、
41、式中，cg(t)为t时刻用电成本，单位为元/(kw·h)；tt为系统运行时长；i为系统内压气站的数量；pi(t)为t时刻第i个压气站的运行功率，单位为kw；δt为运行时间间隔；
42、建立管道渗透能耗成本模型，包括：
43、运行期间内天然气管道渗透能量损耗成本closs为：
44、
45、式中：n为系统包含的天然气管道条数；ch(t)、cng(t)为t时刻氢气价格、天然气价格，单位为元/m3；
46、建立管道租赁成本模型，包括：
47、天然气管道租赁费用cpipe由下式计算：
48、
49、式中，cv,pipe、co,pipe分别为天然气管道的建设成本、年运维成本，单位为元；q0为管道的年设计输气能力，单位为m3/a；
50、根据租赁费用建立管道租赁成本clease的模型如下：
51、
52、式中，cpipe(t)为t本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述考虑掺氢天然气管道输运过程中管道存在压降建立管道压力特性模型包括：
3.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述根据掺氢天然气管道输运过程中管道内的气体会扩散到管道外建立管道渗透特性模型包括：
4.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述考虑氢气掺入天然气管道后管道腐蚀速率增加对管道的使用寿命产生影响建立管道的衰减特性模型包括：
5.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述结合建立的掺氢天然气管道输运系统运行的特性模型建立压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型包括：
6.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述根据压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型建立掺氢天然气管道输运系统的总运行成
7.一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，其特征在于，包括如下模块：
8.根据权利要求7所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，其特征在于，所述特性模型建立模块实现管道压力特性模型的建立，包括：
9.根据权利要求7所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，其特征在于，所述管道压力特性模型实现：
10.根据权利要求7所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，其特征在于，所述管道压力特性模型建立管道的衰减特性模型，包括：
11.根据权利要求7所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，其特征在于，所述成本模型建立模块实现：
12.根据权利要求7所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述总运行成本计算模块实现：
13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6之一所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法的步骤。
14.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6之一所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述考虑掺氢天然气管道输运过程中管道存在压降建立管道压力特性模型包括：
3.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述根据掺氢天然气管道输运过程中管道内的气体会扩散到管道外建立管道渗透特性模型包括：
4.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述考虑氢气掺入天然气管道后管道腐蚀速率增加对管道的使用寿命产生影响建立管道的衰减特性模型包括：
5.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述结合建立的掺氢天然气管道输运系统运行的特性模型建立压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型包括：
6.根据权利要求1所述的一种掺氢天然气管道输运系统成本建模方法，其特征在于，所述根据压气站能耗成本模型、管道渗透能耗成本模型以及管道租赁成本模型建立掺氢天然气管道输运系统的总运行成本模型包括：
7.一种掺氢天然气管道输运系统成本建模系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁铁江，张明扬，张宁，周专，王新刚，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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