3 多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统技术
一、技术名称:多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:石油化工行业各类型微电网工程及分布式风、光利用和储能工程
四、该技术应用现状及产业化情况
油田多采用单井独立变频电控装置,存在谐波污染严重、抽油机 倒发电馈能处理方式不当、能耗大和变压器冗余容量大等问题。多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统技术通过物联网集散群控系 统,发挥集多能直流群控和信息化资源共享为一体的集群控制优势, 结合风电、光伏等新能源的利用,拓展节能空间。目前,该技术已经在 胜利油田、华北油田、中原油田、新疆油田等多个油田应用约 3200 台,节能减碳效益比单井独立电控装置提高 12~19%,市场前景广阔。
五、技术内容
1.技术原理
通过新能源风/光/储/网电等多能互补控制构成直流微电网,为多个抽油机电控终端供电,充分发挥直流供电的优点和多抽油机的群体 优势。各抽油机冲次可根据采油工况优化调节,通过物联网无线通讯 技术实现集群井间协调和监控管理。通过协调控制井群各抽油机上、 下冲程状态,使下冲程向直流母线的馈能功率在处于上冲程耗能状态 的抽油机上得以共享利用,即各抽油机倒发电馈能通过直流母线互馈 共享、循环利用。该技术既提高能效,又降低谐波,从根本上解决油田抽油机电控长期存在的采油工艺和能效问题,大幅度降低所需供电变压器容量和台数,显著降低抽油机的耗电量,从而实现节能增效。
2.关键技术
(1)抽油机冲程相位参差协调及优化控制技术
根据直流母线上各逆变终端之间的倒发电能流互馈共享、循环利用和抽油机馈耗功率平衡的要求,结合抽油机载荷的周期性急剧变化 特点,实现各抽油机冲程相位参差协调及优化控制,提高系统节能减 碳效益。
(2)抽油机柔性驱动及姿态控制技术
结合采油工艺要求,群控系统的逆变终端可实现对抽油机及电机的精准快速柔性控制,实现抽油机的柔性驱动及姿态控制,优化了井 筒举升工艺,提高了泵效,降低检泵及作业成本。
(3)直流微电网多能互补控制技术
采用直流微电网的风/光/气/蓄/网等多能互补的控制方式,结合新能源接入、储能等措施,保障在抽油作业意外事件发生时保持独立运 行,最大限度降低突发事件带来的影响。
3.工艺流程
多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统方案流程如图 1 所示。
六、主要技术指标
1.抽油机吨液生产节电率:15~25%;
2.网侧功率因数:优于 0.95;
3.直流微电网风、光等可再生能源利用率提高 8%-20%;
4.储能系统效率提高 7%~15%;
5.循环寿命提高 5%~20%。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术已获得国家发明专利 5 项、实用新型专利 31 项和软件著作 权 15 项。2013 年 10 月,该技术通过山东省科技厅组织的科技成果鉴定,整体达到国际先进水平;2019 年 12 月,该技术入选《国家工业节 能技术装备推荐目录》(2019)。
八、典型用户及投资效益
典型用户:中国石化集团
典型案例 1
案例名称:胜利油田东辛采油厂营二管理区营 26 断块基于多能互补型直流微电网供电的抽油机节能群控系统供电技术应用工程
建设规模:30 口油井,30kW 光伏发电,30kW 垂直轴风力发电机。 建设条件:油井配电系统原采用常规“一井一变”配电模式,存在变 压器负载率及功率因数低、配电线路损耗高、配电电气设施多。主要建 设内容:项目以井场分布式光伏发电系统、地面小型风力发电机组系 统和抽油机直流群控系统相结合的方式进行建设。每个发电单元光伏 组件和风力发电机组所发电能通过直流变换器并入直流母线电路,通 过直流互馈型直流母线,以集散式供电模式到达各井口,经逆变终端实现对抽油机电机的变频驱动。
主要设备:3 台 160kW 整流装置,30 台 37kW 逆变装置,3 台光 伏组件汇流柜,3 台光伏 DC-DC 直流并网控制器,100 块315WpA 级 单晶太阳能光伏组件,1 台 30kW 垂直轴风力发电机。项目总投资 203 万元,建设期为 0.5 个月。年碳减排量 293tCO2,碳减排成本为 340~360 元/tCO2。年经济效益 130 万元,投资回收期约 3 年。
典型案例 2
案例名称:胜利油田东辛采油厂辛 50 区块基于多能互补型直流微 电网供电的抽油机节能群控系统供电技术应用工程
建设规模:25 口油井,30kW 光伏,30kW 垂直轴风力发电机。 建设条件:油井配电系统原采用常规“一井一变”配电模式,存在变压器负载率及功率因数低、配电线路损耗高、配电电气设施多。主要建 设内容:项目以井场分布式光伏发电系统、地面小型风力发电机组系统和抽油机直流群控系统相结合的方式进行建设。每个发电单元光伏组件和风力发电机组所发电能通过直流变换器并入直流母线电路,通 过直流互馈型直流母线,以集散式供电模式到达各井口,经逆变终端 实现对抽油机电机的变频驱动。
主要设备:2 台整流装置 160kW,25 台逆变装置 37kW,3 台光伏 组件汇流柜,3 台光伏 DC-DC 直流并网控制器,100 块 315WpA 级单 晶太阳能光伏组件,1 台 30kW 垂直轴风力发电机。项目总投资 177.58 万元,建设期为 0.5 个月。年碳减排量 256tCO2,碳减排成本为 340~360 元/tCO2。年经济效益 123.6 万元,投资回收期约 2 年。
九、推广前景和减排潜力
预计未来 5 年,该技术在油田领域的推广比例将达到 25%左右, 项目总投资为 21 亿元,可形成的年碳减排能力约为 32 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理