闞長賓（遼河油田淺海石油開發(fā)公司工藝研究所）

風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)在淺灘海油田的應(yīng)用與評價*

闞長賓（遼河油田淺海石油開發(fā)公司工藝研究所）

石油開采過程中的抽油機是油田生產(chǎn)的主要耗能設(shè)備。如何實現(xiàn)油田的節(jié)能、降耗、高效開發(fā)一直是石油工程技術(shù)人員的難題，同時如何有效利用可再生能源來開發(fā)油田以實現(xiàn)石油開發(fā)過程的降本增效，國內(nèi)外已有諸多嘗試。遼河淺灘海油田地處遼東灣地區(qū)，沿海油區(qū)的風(fēng)能資源豐富，這為風(fēng)能資源的開發(fā)利用提供了良好的資源條件。結(jié)合遼河淺灘海油田試驗應(yīng)用的抽油機風(fēng)網(wǎng)互補智能供電技術(shù)，對試驗應(yīng)用的風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)進(jìn)行簡單技術(shù)介紹，并結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況進(jìn)行效益綜合評價。試驗表明，抽油機風(fēng)網(wǎng)互補智能供電技術(shù)，可以有效利用沿海油區(qū)的風(fēng)能資源，實現(xiàn)油田的節(jié)能減排目標(biāo)，在取得良好經(jīng)濟效益的同時又有巨大的社會效益。

淺灘海油田智能供電系統(tǒng)風(fēng)力系統(tǒng)

1　概況

遼河油田BJL采油作業(yè)區(qū)位于遼寧省盤山縣境內(nèi)，大凌河入?？跂|側(cè)，是遼河油田灘海最早開展油氣勘探、最早獲工業(yè)油氣流的地區(qū)，采用海油陸采的開采方式，投產(chǎn)以來一直依靠天然能量開發(fā)。

經(jīng)過多年的開發(fā)，一半以上的油井已由開發(fā)初期具備自噴能力的高產(chǎn)井轉(zhuǎn)為當(dāng)前依靠人工舉升方式的低產(chǎn)井。噸油成本中，電費支出約占生產(chǎn)成本的三分之一，抽油機用電量約占作業(yè)區(qū)總用電量的80%以上，而且隨著油田的進(jìn)一步開發(fā)，在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，節(jié)能、增效、增產(chǎn)、降耗顯得更為重要[1,2]。因此，開展抽油機風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)試驗對于抽油機供電，充分利用風(fēng)能，大幅降低對電力的需求，實現(xiàn)“綠色油田”具有重要現(xiàn)實意義[3,4]。

2　風(fēng)能資源

采油作業(yè)區(qū)位于遼東灣的頂部，離盤錦海洋站和鲅魚圈海洋站最近，因此利用1961—1991年盤錦和鲅魚圈海洋站的資料（表1）評定該區(qū)的風(fēng)能資源量。

由表1可知，鲅魚圈站的年平均風(fēng)速為5.8 m/s，最大風(fēng)速達(dá)到31.0 m/s。盤錦站的年平均風(fēng)速為5.8 m/s，最大風(fēng)速為23.0 m/s。鲅魚圈站多年平均大于6級的大風(fēng)日數(shù)為82.8天，大于8級的大風(fēng)日數(shù)為51.2天。盤錦站多年平均大于6級的大風(fēng)日數(shù)為94.0天，大于8級的大風(fēng)日數(shù)為49.5天。

3　風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成及原理

非并網(wǎng)風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)，主要由風(fēng)力發(fā)電機組、互補智能控制系統(tǒng)、高效智能緩存系統(tǒng)、整流器、直流變換器等組成[5]，如圖1所示。

圖1　非并網(wǎng)風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的交流電，經(jīng)整流后為直流電，進(jìn)入到非并網(wǎng)風(fēng)網(wǎng)互補智能控制系統(tǒng)，與網(wǎng)電整流后的直流電進(jìn)行互補，同步給負(fù)載供電[6]。然后系統(tǒng)自動將直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┙o負(fù)載。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機輸出功率大于負(fù)載工作功率時，完全由風(fēng)電供電，多余部分由風(fēng)電功率平衡模塊消納；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機輸出功率小于負(fù)載工作功率時，不管風(fēng)力發(fā)電機輸出功率大小，都以風(fēng)電發(fā)電量的多少為基數(shù)，與網(wǎng)電同步給負(fù)載供電，保證風(fēng)電100%使用[7]。

表1　鲅魚圈和盤錦海洋站月平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、風(fēng)向及其大風(fēng)日數(shù)（1961—1991年）

該系統(tǒng)具有自適應(yīng)、自調(diào)解功能（圖2），可以根據(jù)不同抽油機和風(fēng)力發(fā)電機實際運行情況，自動調(diào)整相關(guān)參數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

圖2　非并網(wǎng)風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2系統(tǒng)主要設(shè)備單元

風(fēng)力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：風(fēng)力機組主體和塔桿（包括基礎(chǔ)）。

30 kW風(fēng)力機組參數(shù)見表2，功率輸出特性曲線見圖3。

非并網(wǎng)風(fēng)網(wǎng)互補智能控制器是該系統(tǒng)的核心設(shè)備，它既要保證風(fēng)電機組的安全、穩(wěn)定和高效運行，又要保證負(fù)載的連續(xù)穩(wěn)定運行。其關(guān)鍵在于風(fēng)電機組輸出功率波動的情況下，能夠自動輸出穩(wěn)定的電力給負(fù)載（自動輸出與負(fù)載匹配的功率），如圖4所示。

表2　30kW變槳距風(fēng)機設(shè)計參數(shù)

圖3　30kW風(fēng)力發(fā)電機功率輸出特性曲線

圖4　智能控制器功率輸出特性示意圖

3.3系統(tǒng)卸荷方式

系統(tǒng)采用的卸荷方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）的無級調(diào)節(jié)法，具體方式如下：

其中，k為+1或-1，規(guī)則為：

γ是指數(shù)，取法規(guī)則為：

當(dāng)ΔA=1且和前次調(diào)整方向相同時，γ=1；

當(dāng)ΔA＞1且和前次調(diào)整方向相同時，γn=γn-1；

當(dāng)ΔA≥1且和前次調(diào)整方向相反時，γ=-1。

圖5給出了卸荷電阻使用過程曲線。從全投全退曲線可知，卸荷電阻最快可在0.8 s內(nèi)全部投入使用，在0.8 s內(nèi)又可以全部退出使用。從全投穩(wěn)壓曲線可知，當(dāng)風(fēng)電功率遠(yuǎn)大于負(fù)載功率時，卸荷電阻最慢可在1.5 s內(nèi)將風(fēng)電電壓穩(wěn)定在卸荷電壓U卸附近。

圖5　卸荷電阻使用過程曲線

4　經(jīng)濟效益與社會效益評價

4.1經(jīng)濟效益預(yù)測

因未來的電價調(diào)整不可預(yù)期，對其進(jìn)行經(jīng)濟效益預(yù)測時，以目前的電價為基數(shù)進(jìn)行預(yù)測。

年發(fā)電量：95 260 kWh（2012年12月1日至2013年12月1日）；

使用年限內(nèi)折算累發(fā)電量：1 905 200 kWh（設(shè)計使用年限為20年）；

初期投入：50.0萬元；

折算累計產(chǎn)出：129.91萬元（按當(dāng)前電價0.681 9元/kWh計）；

4.2環(huán)境效益預(yù)測

按照IPCC標(biāo)準(zhǔn)計算，1度（kWh）電相應(yīng)于0.37 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，排放0.872 kg CO2、排放0.026 3 kg SO2、排放0.013 1 kg NOX、產(chǎn)生0.238 kg碳粉塵。

累計節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤：704 924.0 kg；

累計減少CO2排放：1 661 334.4 kg；

累計減少SO2排放：50 106.8 kg；

累計減少NOX排放：24 958.1 kg；

累計減少碳粉塵排放：453 437.6 kg。

5　結(jié)論與認(rèn)識

1）風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)的應(yīng)用，收到了良好的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。為邊際、低效油田的進(jìn)一步開采、穩(wěn)產(chǎn)，開辟了一條節(jié)能、增效、增產(chǎn)、降耗的新路。

2）對區(qū)域位置和風(fēng)場資料的調(diào)查分析顯示，該地域風(fēng)能資源量豐富，適宜開發(fā)利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

3）從目前的運行情況看，30 kW的風(fēng)機系統(tǒng)為4臺抽油機供電，在風(fēng)速大于10 m/s時，系統(tǒng)負(fù)載較小，風(fēng)機系統(tǒng)經(jīng)常處于卸載狀態(tài)。建議增大系統(tǒng)負(fù)載，以充分利用風(fēng)電，減少系統(tǒng)卸載量。

4）風(fēng)力系統(tǒng)初期投入較大，資金回收期較長，但考慮其經(jīng)濟效益的同時應(yīng)該重視社會環(huán)境效益。

[1]陳俊,梁立民,張向華.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在埕島油田單井采油平臺的應(yīng)用[J].中國海上油氣,2004,16(5):357-361.

[2]何衛(wèi)兵.風(fēng)力發(fā)電在油田灘海地區(qū)的應(yīng)用[J].電力需求與管理,2009,11(1):20-25.

[3]王輝.風(fēng)電優(yōu)先風(fēng)網(wǎng)互補技術(shù)在長慶油田的適用性研究[J].石油石化節(jié)能,2013(2):52-56.

[4]吳大軍,聶開俊,楊姍姍,等.風(fēng)電-網(wǎng)電并聯(lián)油田供電系統(tǒng)的研制[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報,2012,21(5):15-20.

[5]朱益飛.小功率風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用及效益分析[J].電力需求與管理,2010,12(5):39-44.

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[7]張春海.風(fēng)電技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用分析[J].知識經(jīng)濟,2011(1):116.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.022

2014-06-16）

闞長賓，工程師，2009年畢業(yè)于國家海洋局第一海洋研究所，碩士，從事油田開發(fā)與管理工作，E-mail：kchangbin@163. com，地址：遼寧盤錦市興隆臺區(qū)迎賓路111號遼河油田淺海石油開發(fā)公司工藝研究所，124010。

中油遼科技（2012ZDIAN-09-05）降本增效技術(shù)研究（抽油機井風(fēng)網(wǎng)互補智能供電系統(tǒng)試驗）項目資助。