闞長賓（遼河油田淺海石油開發(fā)公司工藝研究所）

風網互補智能供電系統(tǒng)在淺灘海油田的應用與評價*

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的主要耗能設備。如何實現油田的節(jié)能、降耗、高效開發(fā)一直是石油工程技術人員的難題，同時如何有效利用可再生能源來開發(fā)油田以實現石油開發(fā)過程的降本增效，國內外已有諸多嘗試。遼河淺灘海油田地處遼東灣地區(qū)，沿海油區(qū)的風能資源豐富，這為風能資源的開發(fā)利用提供了良好的資源條件。結合遼河淺灘海油田試驗應用的抽油機風網互補智能供電技術，對試驗應用的風網互補智能供電系統(tǒng)進行簡單技術介紹，并結合現場應用情況進行效益綜合評價。試驗表明，抽油機風網互補智能供電技術，可以有效利用沿海油區(qū)的風能資源，實現油田的節(jié)能減排目標，在取得良好經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，大凌河入?？跂|側，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，投產以來一直依靠天然能量開發(fā)。

經過多年的開發(fā)，一半以上的油井已由開發(fā)初期具備自噴能力的高產井轉為當前依靠人工舉升方式的低產井。噸油成本中，電費支出約占生產成本的三分之一，抽油機用電量約占作業(yè)區(qū)總用電量的80%以上，而且隨著油田的進一步開發(fā)，在穩(wěn)產的基礎上，節(jié)能、增效、增產、降耗顯得更為重要[1,2]。因此，開展抽油機風網互補智能供電系統(tǒng)試驗對于抽油機供電，充分利用風能，大幅降低對電力的需求，實現“綠色油田”具有重要現實意義[3,4]。

2　風能資源

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)的風能資源量。

由表1可知，鲅魚圈站的年平均風速為5.8 m/s，最大風速達到31.0 m/s。盤錦站的年平均風速為5.8 m/s，最大風速為23.0 m/s。鲅魚圈站多年平均大于6級的大風日數為82.8天，大于8級的大風日數為51.2天。盤錦站多年平均大于6級的大風日數為94.0天，大于8級的大風日數為49.5天。

3　風網互補智能供電系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成及原理

非并網風網互補智能供電系統(tǒng)，主要由風力發(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　非并網風網互補智能供電系統(tǒng)結構示意圖

工作原理：風力發(fā)電機產生的交流電，經整流后為直流電，進入到非并網風網互補智能控制系統(tǒng)，與網電整流后的直流電進行互補，同步給負載供電[6]。然后系統(tǒng)自動將直流電逆變?yōu)榻涣麟姽┙o負載。當風力發(fā)電機輸出功率大于負載工作功率時，完全由風電供電，多余部分由風電功率平衡模塊消納；當風力發(fā)電機輸出功率小于負載工作功率時，不管風力發(fā)電機輸出功率大小，都以風電發(fā)電量的多少為基數，與網電同步給負載供電，保證風電100%使用[7]。

表1　鲅魚圈和盤錦海洋站月平均風速、最大風速、風向及其大風日數（1961—1991年）

該系統(tǒng)具有自適應、自調解功能（圖2），可以根據不同抽油機和風力發(fā)電機實際運行情況，自動調整相關參數，達到最佳節(jié)能效果。

圖2　非并網風網互補智能供電系統(tǒng)結構示意圖

3.2系統(tǒng)主要設備單元

風力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：風力機組主體和塔桿（包括基礎）。

30 kW風力機組參數見表2，功率輸出特性曲線見圖3。

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

表2　30kW變槳距風機設計參數

圖3　30kW風力發(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制（PWM）的無級調節(jié)法，具體方式如下：

其中，k為+1或-1，規(guī)則為：

γ是指數，取法規(guī)則為：

當ΔA=1且和前次調整方向相同時，γ=1；

當ΔA＞1且和前次調整方向相同時，γn=γn-1；

當ΔA≥1且和前次調整方向相反時，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內全部投入使用，在0.8 s內又可以全部退出使用。從全投穩(wěn)壓曲線可知，當風電功率遠大于負載功率時，卸荷電阻最慢可在1.5 s內將風電電壓穩(wěn)定在卸荷電壓U卸附近。

圖5　卸荷電阻使用過程曲線

4　經濟效益與社會效益評價

4.1經濟效益預測

因未來的電價調整不可預期，對其進行經濟效益預測時，以目前的電價為基數進行預測。

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

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

初期投入：50.0萬元；

折算累計產出：129.91萬元（按當前電價0.681 9元/kWh計）；

4.2環(huán)境效益預測

按照IPCC標準計算，1度（kWh）電相應于0.37 kg標準煤，排放0.872 kg CO2、排放0.026 3 kg SO2、排放0.013 1 kg NOX、產生0.238 kg碳粉塵。

累計節(jié)省標準煤：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　結論與認識

1）風網互補智能供電系統(tǒng)的應用，收到了良好的經濟效益和巨大的社會效益。為邊際、低效油田的進一步開采、穩(wěn)產，開辟了一條節(jié)能、增效、增產、降耗的新路。

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

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

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

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

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

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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）降本增效技術研究（抽油機井風網互補智能供電系統(tǒng)試驗）項目資助。