CN103061990A - 一种油田抽油机的可再生能源微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，包括：多角楼塔式垂直轴风力发电机和氢能储电系统，所述氢能储电系统包括：氢气发生器、氢气存储器、氢燃料电池；所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统产生的电能输送至所述微电网中和/或氢气发生器中；所述氢气发生器的输出端与所述氢气存储器连接；所述氢气存储器的输出端与所述氢燃料电池连接；所述氢燃料电池将电能输出至所述微电网中；所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统包括：中空钢结构角楼塔、设置于所述多角楼塔各个角垂直轴风力发电机，所述多角塔楼各个角的角面其中一个开放，另一个封闭，并在各角设有多列风叶和多个风力发电机组。改善长距离输电消耗高及稳定性差的问题。

Description

一种油田抽油机的可再生能源微电网系统
技术领域
本发明涉及油田发电技术领域，更具体地说，涉及一种基于再生能源和氢能转换的油田抽油机的可再生能源微电网系统。
背景技术
近年来，随着用电负荷的不断加大，电力系统的远距离输送容量及输电消耗也同时不断增加，针对用电量较大的用户如冶金、煤矿和石油企业，通过配电网建立单独的发电单元或网络对企业的重要用电负荷进行供电，所述单独的发电单元或者网络称为分散式/嵌入式发电单元或网络。
以我国油田用电为例，由于我国油田多为低渗透的低能、低产油田，用电量相对自喷油井耗费量更为巨大，现有的针对油田抽油机进行供电的网络系统，利用的是国家电网或者从国家电网抽调的分散式发电单元或网络。
然而，鉴于油田的建造地理位置偏远，上述分散式发电单元或网络从国家电网中获取电能，存在着远距离输电消耗及稳定性差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，以实现对油田输电的微电网系统，降低了输电消耗并保证了高稳定性。
一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，用于为油田抽油机供电，包括：多角楼塔式垂直轴风力发电机和氢能储电系统，所述氢能储电系统包括：氢气发生器、氢气存储器、氢燃料电池；
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统产生的电能输送至所述微电网中和/或氢气发生器中；
所述氢气发生器的输出端与所述氢气存储器连接；
所述氢气存储器的输出端与所述氢燃料电池连接；
所述氢燃料电池将电能输出至所述微电网中；
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统包括：中空钢结构角楼塔、设置于所述多角楼塔各个角的垂直轴风力发电机，所述多角塔楼各个角的角面其中一个开放，另一个封闭，并在各角设有多列风叶和多个风力发电机组。
本实施方式中，多角楼塔式发电机组为微电网系统供电，利用角楼塔内的中空风力旋转场的作用，带动角楼每个角上的风力发电机旋转发电将电能输送至微电网，并为油田抽油机供电，所述微电网系统为所述油田抽油机供电可达到就近供电并实现单独控制，改善长距离输电消耗高及稳定性差的问题。且所述多角楼塔式垂直轴风力发电机发出的电能转换为氢气后通过压缩输送至所述氢气存储器中，并通过氢燃料电池供给微电网系统，其优点在于能源可长时间储存、长距离传输损耗低且无污染。
优选地，所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的输出端依次通过逆变器、整流器和稳流器与所述氢气发生器连接；
所述氢燃料电池的电能输出端依次通过逆变器及稳流器与所述微电网连接。
可选地，所述氢能储电系统利用铅酸蓄电池、锂电池和超容钛电池的其中之一或任意组合储存电能。
为了完善上述方案，所述系统还包括：设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的塔架上和/或塔顶的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置的电能输出端与所述微电网连接。
以及，设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的塔内和/或塔周围的生物质能发电装置，所述生物质能发电装置将电能输出至所述微电网中。
优选地，当所述油田为海上油田时，还包括：设置于所述海上油台底部的水流动能发电装置，所述水流动能发电装置将其电能输出至所述微电网中。
优选地，所述氢气发生器包括：燃料储存室、氢气分离室、分隔器，其中：
所述分隔器装设于所述燃料储存室与氢气分离室之间，偏向并挤压所述燃料储存室的燃料软袋产生氢气；
所述燃料储存室与所述氢分离室内侧设有渗透膜，将产生的氢气渗透至所述氢气发生器的主体室空间并经输出口和/或输出。
优选地，所述氢气发生器中采用的金属氢化物具体为硼氢化钠NaBH4，所述硼氢化钠与水在催化后反应产生氢气。
该实施方式中的氢气发生器当所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统产生氢气后将风能转化为氢气存储，所述氢气发生器则是利用化学反应的方式为微电网系统供电，该实施方式中提供简捷的产氢方法，且降低了产氢的成本。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例利用设置于多角楼塔式建筑的各个角上的风叶感应风力，带动垂直轴风力发电机组运转，在角楼塔内的中空风力旋转场的作用下产生电能为油田抽油机供电，并可将电能以氢气形式存储传送，实现了自然资源转化为电能并就近供电的目的，改善了现有技术中远距离输电消耗大及稳定性差的缺点，同时，由于采用了氢能转换及供电方式，不仅电能储量大、转化效率高，且反应产物对环境无污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明实施例公开的一种油田抽油机的可再生能源微电网系统结构示意图；
图1b为本发明实施例公开的一种油田抽油机的可再生能源微电网系统多角楼塔式结构示意图；
图2为本发明又一实施例公开的一种油田抽油机的可再生能源微电网系统结构示意图
图3为本发明又一实施例公开的一种油田抽油机的可再生能源微电网系统氢气发生器结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，以实现对油田输电的微电网系统，降低了输电消耗并保证了高稳定性。
图1a示出了一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，用于为油田抽油机15供电，包括：
多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11和氢能储电系统，所述
所述氢能储电系统包括：氢气发生器12、氢气存储器13、氢燃料电池14，其中：
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11产生的电能输送至所述微电网中和/或氢气发生器12中；
所述氢气发生器12的输出端与所述氢气存储器13连接；
所述氢气存储器13的输出端与所述氢燃料电池14连接；
所述氢燃料电池14将电能输出至所述微电网中；
作为优选，所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11的输出端依次通过逆变器、整流器和稳流器与所述氢气发生器12连接；
所述氢燃料电池13的电能输出端依次通过逆变器及稳流器与所述微电网连接。
可选地，所述氢能储电系统利用铅酸蓄电池、锂电池和超容钛电池的其中之一或任意组合储存电能。
所述微电网是针对油田抽油机的单元的独立可控系统，相对于国家电网等大电网表现为单一控制用电的网络，针对本实施例中的油田的应用场景，则可建造于与油田相近的场地，进行就近供电，并具有反应快馈线损耗低的优点。
如图1b所示：
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11包括：中空钢结构角楼塔111于所述多角楼塔各个角的垂直轴风力发电机（所述风力发电机未在图中示出），多角塔楼各个角面112其中一面1121开放，另一面1122封闭，并在各角设有多列风叶和多个风力发电机组；
同时，为了便于操作人员进行操作或检修，可在塔楼的每层上设置平台。
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统，以八角楼塔为例，在东、西、南、北、东南、东北、西南、西北和西南八个方向的塔角上安装有多列风叶和多个风力发电机组，配合角楼塔内的中空风力旋转场的作用，产生旋转或向上的风力，带动八个角所有风力发电机旋转，同时，旋转的垂直轴风力发电机又加速了角楼塔内的中空风力旋转场，从而产生风能，再由所述风能转换为电能。
图2示出了一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，包括：
相同之处参见图1图示及其对应说明，不做赘述，现就不同之处进行说明：
图中示出了太阳能发电装置21，所述太阳能发电装置21设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11的塔架上和/或塔顶，其电能输出端与微电网连接，所述太阳能发电装置作为当前利用较多的自然可再生资源进行辅助发电方式为油田抽油机供电，该实施方式，不仅增强了所述微电网的环境适应性，为油田抽油机供电提供多种形式，满足供电需要；
生物质能发电装置22，所述生物质能发电装置22设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统11的塔内和/或塔周，其电能输出端所述微电网连接。
所述生物质能发电装置（或固体垃圾发电装置）整合于所述微电网系统中，为所述油田抽油机的电能获取提供了又一条途径，并起到了节能环保的效果。
图2中标示了所述油田为海上油田时，设置于所述海上油台底部的水流动能发电装置23，所述水流动能发电装置将其电能输出至所述微电网中，以及，所述微电网系统与所述国家电网24连接的状况，作为优选：
考虑到一部分油田在海上的情况，可根据当地海域的状况，利用水流动能进行发电或者进行电解水发电的形式，供给抽油机的用电需求；
当所述微电网系统出现故障或单独供电不足时可利用国家电网24中的电能供给电能，从而保证油田的正常工作；当然所述微电网系统产生的电能也可输送至国家电网24中。
图3示出了一种油田抽油机的可再生能源微电网系统氢气发生器，所述氢气发生器则是利用化学反应的方式为微电网系统供电，在进行氢气发生器的说明前，需要明确的是：
提高金属氢化物系统的生产氢气性能和降低生产氢气的成本主要是使用氢化复合物，本发明是使用硼氢化钠（NaBH4）。
化学反应过程如下：
其中MBH4和MBO2分别代表硼氢化金属和金属硼酸。硼氢化金属分解氢气和金属硼酸的分解率取决于pH值。通常使用稳定剂如氢氧化钠（NaOH）添加到混合的金属氢化物溶液中催化产生氢气由于硼氢化钠可溶于碱性水溶液中，几乎不会与水发生任何反应，故使用安全方便，且成本较低，达到了产氢性能简捷和成本低廉的技术效果。
如图所示，氢气发生器包括：
主体室100，内有燃料液储存室114和氢分离室112，所述燃料液储存室114和所述氢分离室112中间设置有可移动的分隔器108。燃料液储存室114含有燃料液体，如硼氢化钠溶液，可以发生燃料反应产生氢气。燃料液通过燃料导管118进入催化剂室124进行水解反应。
产生的氢气燃料通过导管126进入所述氢分离室112。在燃料液储存室114和氢分离室112内壁上分别设有第一气体渗透膜窗132和第二气体渗透膜窗130，水解反应后产生的氢气分别通过第一气体渗透膜窗132和第二气体渗透膜窗130进入主体室100的第一空间136和第二空间134，最后通过氢气输出口106从100室输出或通过排出管138排出。
需要注意的是：分隔器108总是偏向燃料液储存室114的软袋，以利于产生和维持压力，软袋中的氢燃料液通过燃料管道118进入催化剂室122，在催化剂室122里电解水产生氢气。
所述分隔器108向软袋114的偏向性是由100室内的调节器110完成。调节器110的一端固定在100室的内壁上，另一端固定在在所述分隔器108上。
有上述分析可知：产生偏向力的调节器110使得分隔器108对第一个软袋114的压力，总是驱使氢燃料液不断地通过氢燃液管118进入催化剂室122，使燃料液反应生成氢气通过氢气输出口106输出。
氢能是一种清洁燃料，其与氧气反应不产生污染环境的副产品。使用氢作为燃料有效地解决了与石油有关燃料使用带来的环境问题。
综上所述：
本发明实施例利用设置于多角楼塔式建筑的各个角上的风叶感应风力，带动垂直轴风力发电机组运转，在角楼塔内的中空风力旋转场的作用下产生电能为油田抽油机供电，并可将电能以氢气形式存储传送，实现了自然资源转化为电能并就近供电的目的，改善了现有技术中远距离输电消耗大及稳定性差的缺点，同时，由于采用了氢能转换及供电方式，不仅电能储量大、转化效率高，且反应产物对环境无污染。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种油田抽油机的可再生能源微电网系统，用于为油田抽油机供电，其特征在于，包括：多角楼塔式垂直轴风力发电机系统和氢能储电系统，所述氢能储电系统包括：
氢气发生器、氢气存储器、氢燃料电池：
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统产生的电能输送至所述微电网中和/或氢气发生器中；
所述氢气发生器的输出端与所述氢气存储器连接；
所述氢气存储器的输出端与所述氢燃料电池连接；
所述氢燃料电池将电能输出至所述微电网中；
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统包括：中空钢结构角楼塔、设置于所述多角楼塔各个角的垂直轴风力发电机，所述多角塔楼各个角的角面其中一个开放，另一个封闭，并在各角设有多列风叶和多个风力发电机组。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的输出端依次通过逆变器、整流器和稳流器与所述氢气发生器连接；
所述氢燃料电池的电能输出端依次通过逆变器及稳流器与所述微电网连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢能储电系统利用铅酸蓄电池、锂电池和超容钛电池的其中之一或任意组合储存电能。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的塔架上和/或塔顶的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置的电能输出端与所述微电网连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述多角楼塔式垂直轴风力发电机系统的塔内和/或塔周围的生物质能发电装置，所述生物质能发电装置将电能输出至所述微电网中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述油田为海上油田时，还包括：设置于所述海上油台底部的水流动能发电装置，所述水流动能发电装置将其电能输出至所述微电网中。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微电网系统的输入端与国家电网连接。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氢气发生器包括：燃料储存室、氢气分离室、分隔器，其中：
所述分隔器装设于所述燃料储存室与氢气分离室之间，偏向并挤压所述燃料储存室的燃料软袋产生氢气；
所述燃料储存室与所述氢分离室内侧设有渗透膜，将产生的氢气渗透至所述氢气发生器的主体室空间并经输出口和/或输出。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氢气发生器中采用的金属氢化物具体为硼氢化钠NaBH4，所述硼氢化钠与水在催化后反应产生氢气。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中空钢结构角楼塔具体为八角楼塔中空钢结构。
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