風網互補智能供電系統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公司工藝研究所）

風網互補智能供電系統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。如何實現油田的節能、降耗、高效開發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油田以實現石油開發過程的降本增效，國內外已有諸多嘗試。遼河淺灘海油田地處遼東灣地區，沿海油區的風能資源豐富，這為風能資源的開發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的風能資源，實現油田的節能減排目標，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風力系統

1　概況

遼河油田BJL采油作業區位于遼寧省盤山縣境內，大凌河入海口東側，是遼河油田灘海最早開展油氣勘探、最早獲工業油氣流的地區，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。

經過多年的開發，一半以上的油井已由開發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區總用電量的80%以上，而且隨著油田的進一步開發，在穩產的基礎上，節能、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

采油作業區位于遼東灣的頂部，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

3.1系統組成及原理

非并網風網互補智能供電系統，主要由風力發電機組、互補智能控制系統、高效智能緩存系統、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結構示意圖

工作原理：風力發電機產生的交流電，經整流后為直流電，進入到非并網風網互補智能控制系統，與網電整流后的直流電進行互補，同步給負載供電[6]。然后系統自動將直流電逆變為交流電供給負載。當風力發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；當風力發電機輸出功率小于負載工作功率時，不管風力發電機輸出功率大小，都以風電發電量的多少為基數，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電機實際運行情況，自動調整相關參數，達到最佳節能效果。

圖2　非并網風網互補智能供電系統結構示意圖

3.2系統主要設備單元

風力發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的核心設備，它既要保證風電機組的安全、穩定和高效運行，又要保證負載的連續穩定運行。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系統卸荷方式

系統采用的卸荷方式為脈沖寬度調制（PWM）的無級調節法，具體方式如下：

其中，k為+1或-1，規則為：

γ是指數，取法規則為：

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、穩產，開辟了一條節能、增效、增產、降耗的新路。

2）對區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，適宜開發利用風力發電系統。

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

4）風力系統初期投入較大，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境效益。

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

[4]吳大軍,聶開俊,楊姍姍,等.風電-網電并聯油田供電系統的研制[J].淮陰工學院學報,2012,21(5):15-20.

[5]朱益飛.小功率風力發電技術在油田生產中的應用及效益分析[J].電力需求與管理,2010,12(5):39-44.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.022

2014-06-16）

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