CN113669039B - 蒸汽辅助稠油热采系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸汽辅助稠油热采系统，涉及稠油热采领域。该系统包括：集热储热子系统(110)，包括太阳能集热装置(1)和储热装置，用于提供高温热能并储存；风光发电子系统(120)，包括光伏发电阵列(8)、风力发电机组(9)和电控装置(10)，用于利用风能和太阳辐射能互补发电并对电能实现调度；以及注汽热采子系统(130)，用于将高温热能与电能按照能量梯级利用原则相互耦合以提供稠油热采所需能量。本发明通过充分利用太阳能与风能此类可再生资源为稠油热采提供能源，通过动态优化调控使风能和太阳能实现实时梯级互补利用，应对气象条件变化，降低了单一能源系统的波动性，并且使稠油热采过程能够脱离电网独立运行。

Description

蒸汽辅助稠油热采系统

技术领域

本发明涉及稠油热采领域，尤其涉及一种蒸汽辅助稠油热采系统。

背景技术

稠油资源是重要的石油资源，稠油因其粘度高、流动性能差，一般在油层条件下不能流动，常规开采方法很难有效的开发。目前主要的开采手段是注蒸汽加热降粘、注化学剂降粘以及注气降粘等，而热力采油是目前稠油热采最为主要的方法。

然而，常规注蒸汽稠油热采需要消耗大量水蒸汽，一般的油汽比在0.15～0.25之间，而蒸汽生产需要消耗大量的化石燃料。相比于传统锅炉，太阳能蒸汽发生器的特点在于受环境影响较大，同时季节周期和昼夜交替也会导致装置产生热量不稳定，使蒸汽无法恒速注入；太阳能辐射强度低这一问题会直接影响到装置运行的经济效益，所以急需集热效率更高的设备提高装置运行的经济性。

综合利用风能与地热能供热在一些领域已经有所应用，但基本针对于生活供暖、农业生产等较低温度的领域，而稠油热采此类较高温度的领域在我国基本处于空缺状态。有鉴于此，可独立供能的太阳能风能互补系统稠油热采注汽系统具有良好的发展前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对目前稠油热采过程耗能高部分地区能源供应困难的问题，本发明提供了一种可独立运行的蒸汽辅助稠油热采系统。

(二)技术方案

本发明提供一种蒸汽辅助稠油热采系统，包括：集热储热子系统110，包括太阳能集热装置1和储热装置，用于提供高温热能并储存；风光发电子系统120，包括光伏发电阵列8、风力发电机组9和电控装置10，用于利用风能和太阳辐射能互补发电并对电能实现调度；以及注汽热采子系统130，用于将高温热能与电能按照能量梯级利用原则相互耦合以提供稠油热采所需能量。

在一些实施例中，集热储热子系统110还包括依次设置于太阳能集热装置1和储热装置之间的工质循环泵2和第一控制阀a，储热装置包括高温储罐4、第二控制阀b和低温储罐5，其中：工质循环泵2用于驱动导热工质循环流动，储热装置用于储存导热工质吸收的高温太阳能集热能；第一控制阀a用于控制导热工质分流至高温储罐4或蒸汽发生器3，导热工质经由蒸汽发生器3换热为低温工质，低温工质经由第二控制阀b控制分流至低温储罐5或太阳能集热装置1。

在一些实施例中，高温储罐4与低温储罐5之间还依次设置有储热工质泵6和工质加热器7；其中，工质加热器7由电控装置10供应电能，低温储罐5储存的部分低温工质由储热工质泵6驱动进入工质加热器7吸收热能后存储至高温储罐4。

在一些实施例中，太阳能集热装置1的集热类型包括抛物槽式、线性菲涅尔式、塔式或碟式；优选地，采用抛物槽式太阳能集热装置提供清洁的高温热能，抛物槽式太阳能集热装置由多个抛物槽式单元组成，每个抛物槽式单元包括槽式聚光镜、真空集热管和跟踪驱动装置。

在一些实施例中，光伏发电阵列8和风力发电机组9分别电连接电控装置10，电控装置10用于控制电能的储存以及电力变压输送；风光发电子系统120还包括蓄电池组11，用于吸收电力变压输送之后的剩余电能或者将储存的电能补充至电控装置10。

在一些实施例中，注汽热采子系统130包括软化水罐13、给水泵14、蒸发器15、压缩机16、热泵加热器17、节流阀18、蒸汽发生器3、电能加热器25、末端加热器20、注汽井22和采油机21，其中：电控装置10分别向给水泵14、压缩机16、电能加热器25、末端加热器20和采油机21供应电能；给水泵14用于将软化水罐14提供的软化水加压到注汽压力，加压后的软化水输入至热泵加热器17预热，蒸发器15、压缩机16、热泵加热器17和节流阀18依次闭环连接，预热后的软化水输入蒸汽发生器3；太阳能集热装置1为蒸汽发生器3提供高温热能，蒸汽发生器3加热预热后的软化水产生高温蒸汽输入至电能加热器25；电能加热器25用于对蒸汽发生器3的输出蒸汽进行加热，加热后的输出蒸汽经由末端加热器20调整参数后注入注汽井22。

在一些实施例中，热泵加热器17的输出管路上还依次设置有第七控制阀g、第八控制阀h和第五控制阀e；第七控制阀g、第八控制阀h和第五控制阀e用于将经过热泵加热器17预热后的软化水分流至电能加热器25或补燃锅炉19加热生成蒸汽，生成的蒸汽经由末端加热器20调整参数后注入注汽井22。

在一些实施例中，蒸汽发生器3的输出管路上还设置有第三控制阀c、第四控制阀d和第六控制阀f，蒸汽发生器3的输出蒸汽依次经过第三控制阀c、第四控制阀d和第六控制阀f进入末端加热器20；和/或蒸汽发生器3的输出蒸汽还依次经过第三控制阀c、第八控制阀h和第五控制阀e分流至电能加热器25或补燃锅炉19加热。

在一些实施例中，蒸汽辅助稠油热采系统还包括：备用能源子系统，包括备用发电机组12和补燃锅炉19；其中，备用发电机组12用于向电控装置10提供备用电能，补燃锅炉19用于向注汽热采子系统130补充蒸汽生产所需热量。

在一些实施例中，蒸汽辅助稠油热采系统还包括：运行控制子系统，包括相互电连接的中心控制器23和运算单元24：其中，中心控制器23和运算单元24由电控装置10提供电能，运行控制子系统用于采用优化算法，考虑风能和太阳能的不稳定性和波动性实时动态，来统筹协调集热储热子系统110、风光发电子系统120、注汽热采子系统130或备用能源子系统的运行状态。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)通过充分利用太阳能与风能此类可再生资源为稠油热采提供能源，使稠油热采过程能够脱离电网独立运行，同时大幅减少了传统化石燃料直接燃烧对环境的污染和破坏，也将显著提高可再生能源的利用水平；

(2)通过综合利用太阳能与风能互补特性，有效降低了风能和太阳能源的波动性，根据太阳辐射热能与风力电能的不同特点，差别化互补利用，做到了能量的品位对口及梯级利用，显著提高可再生能源的利用效率，降低开发利用成本；

(3)通过增加储热设备，将富余的太阳辐射能和风能储存为热能，保证夜间无太阳辐射时的热能供给，同时设置备用能源，保障在极端气象条件下的系统的连续运行，实现了系统的独立供能，无需外部电网补充电能，为偏远地区稠油热采的能源供应提供了解决方案；

(4)本发明可根据生产需要灵活控制调配系统中的热能与电能，实现能源独立供给，技术灵活度高、适应性强，能够较好地得到推广应用。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的架构图；

图2示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的结构图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的运行模式。

【附图标记说明】

110-集热储热子系统；120-风光发电子系统；130-注汽热采子系统；1-太阳能集热装置；2-工质循环泵；3-蒸汽发生器；4-高温储罐；5-低温储罐；6-储热工质泵；7-工质加热器；8-光伏发电阵列；9-风力发电机组；10-电控装置；11-蓄电池组；12-备用发电机组；13-软化水罐；14-给水泵；15-蒸发器；16-压缩机；17-热泵加热器；18-节流阀；19-补燃锅炉；20-末端加热器；21-采油机；22-注汽井；23-中心控制器；24-运算单元；25-电能加热器；a-第一控制阀；b-第二控制阀；c-第三控制阀；d-第四控制阀；e-第五控制阀；f-第六控制阀；g-第七控制阀；h-第八控制阀；i-第九控制阀；j-第十控制阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例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做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。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的总体架构图。图2示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的结构图。

结合图1和图2，本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统100可以包括集热储热子系统110、风光发电子系统120和注汽热采子系统130。其中，集热储热子系统110包括太阳能集热装置1和储热装置，用于提供高温热能并储存。风光发电子系统120包括光伏发电阵列8、风力发电机组9和电控装置10，用于利用风能和太阳辐射能互补发电并对电能实现调度。注汽热采子系统130用于将高温热能与电能按照能量梯级利用原则相互耦合以提供稠油热采所需能量。

通过本公开的实施例，集热储热子系统110通过太阳能集热装置1提供系统所需的高温热源，风光发电子系统120利用光伏发电阵列8和风力发电机组9互补发电以减少单一能源发电的不稳定性，并且为注汽热采子系统130中的各个用电装置提供电能。注汽热采子系统130作为能量消耗系统，将集热储热子系统110的高温热能与风光发电子系统120的电能供应相耦合，实现能量的梯级互补利用。

如图2所示，集热储热子系统110还可以包括依次设置于太阳能集热装置1和储热装置之间的工质循环泵2和第一控制阀a，储热装置包括高温储罐4、第二控制阀b和低温储罐5。其中，工质循环泵2用于驱动导热工质循环流动，储热装置用于储存导热工质吸收的高温太阳能集热能。第一控制阀a用于控制导热工质分流至高温储罐4或蒸汽发生器3或控制高温储罐4与工质循环泵2输出工质汇入蒸汽发生器3。导热工质经由蒸汽发生器3换热为低温工质。第二控制阀b用于控制低温工质分流至低温储罐5或太阳能集热装置1或控制低温储罐5与蒸汽发生器3输出工质汇入太阳能集热装置1。

进一步地，在集热储热子系统110中，高温储罐4与低温储罐5之间还依次设置有储热工质泵6和工质加热器7。其中，工质加热器7由电控装置10供应电能，低温储罐5储存的部分低温工质由储热工质泵6驱动进入工质加热器7吸收热能后存储至高温储罐4。

其中，太阳能集热装置1的集热类型可以选用抛物槽式、线性菲涅尔式、塔式或碟式。优选地，太阳能集热装置1可以采用抛物槽式提供清洁的高温热能，抛物槽式太阳能集热装置由多个抛物槽式单元组成，每个抛物槽式单元包括槽式聚光镜、真空集热管和跟踪驱动装置，对太阳能的进行实时跟踪和收集。更具体地，抛物槽式太阳能集热装置可以为抛物槽式太阳能集热镜场。

可选地，高温储罐4与低温储罐5利用熔融或导热油作为储热介质，实现热能的储存。

通过本公开的实施例，太阳辐射能经槽式聚光镜汇聚到真空集热管，转化为热能并传递至管内的导热工质，导热工质由工质循环泵2送至真空集热管中吸收太阳辐射热，吸热后的高温工质经控制阀a控制进入蒸汽发生器3中释放热能，换热后的低温工质再次进入太阳能集热装置1进行往复循环。储热部分采用由高温储罐4和低温储罐5组成的双罐储热方法，加热后的高温工质储存在高温储罐4中，而换热后的低温工质则由低温储罐5储存。由此，本公开通过调节工质循环泵2、储热工质泵6、第一控制阀a或第二控制阀b切换不同的流动方式，可实现太阳辐射能的蓄热与放热。

其中，在太阳辐射集热量大于在蒸汽发生器3的热负荷需求时，采用蓄热流动。通过调整控制阀b和工质循环泵2将来自低温储罐5与高温储罐4出口的导热工质输送至太阳能集热装置1中吸收太阳辐射热，随后工质经第一控制阀a分为两部分，一部分通过蒸汽发生器3满足生产蒸汽的热量需求，另一部分的高温工质输送到高温储罐4中。放热流动与蓄热流动方式相反，在太阳辐射集热量不大于蒸汽发生器3的换热需求时，需要从高温储罐4中释放部分热能，通过工质循环泵2和第一控制阀a共同调节，使太阳能集热装置1与高温储罐4的工质共同流入蒸汽发生器3，换热后的工质经第二控制阀b分为两部分，一部分流入低温储罐5，另一部分进入太阳能集热装置1再次循环。电能储存为热能的过程为：低温储罐5中的低温储热工质在由储热工质泵6驱动进入工质加热器7，吸收热能后进入高温储罐4中储存。需要说明的是，电能储热流动与蓄热流动或放热流动可同时运行。

在风光发电子系统120中，光伏发电阵列8和风力发电机组9分别电连接电控装置10，电控装置10用于控制电能的储存以及电力变压输送；风光发电子系统120还包括蓄电池组11，用于吸收电力变压输送之后的剩余电能或者将储存的电能补充至电控装置10。

具体地，电控装置10可以包括控制器、变压器和逆变器。光伏发电阵列8、风力发电机组9分别将太阳辐射能和风能转化为电能。光伏发电阵列8和风力发电机组9产生的电能首先由电控装置10调整电力参数，将系统发电量输送至用电设备，电量多余时经变压处理后输送到蓄电池组11储存。

如图2所示，注汽热采子系统130可以包括软化水罐13、给水泵14、蒸发器15、压缩机16、热泵加热器17、节流阀18、蒸汽发生器3、电能加热器25、末端加热器20、注汽井22和采油机21。其中，电控装置10分别向给水泵14、压缩机16、电能加热器25、末端加热器20和采油机21供应电能。给水泵14用于将软化水罐14提供的软化水加压到注汽压力，加压后的软化水输入至热泵加热器17预热。蒸发器15、压缩机16、热泵加热器17和节流阀18依次闭环连接，构成热泵循环。预热后的软化水输入蒸汽发生器3。太阳能集热装置1为蒸汽发生器3提供高温热能，蒸汽发生器3加热预热后的软化水产生高温蒸汽输入至电能加热器25。电能加热器25用于对蒸汽发生器3的输出蒸汽进行过热，过热后的输出蒸汽经由末端加热器20调整参数后注入注汽井22。

考虑到风能和光能的不稳定性和波动性，注汽热采子系统130的电能供应必须满足基础电负荷，例如采油机21和给水泵14的最低负载。

本公开实施例中，热泵加热器17的输出管路上还依次设置有第七控制阀g、第八控制阀h和第五控制阀e；第七控制阀g、第八控制阀h和第五控制阀e用于将经过热泵加热器17预热后的软化水分流至电能加热器25或补燃锅炉19加热生成蒸汽，生成的蒸汽经由末端加热器20调整参数后注入注汽井22。

本公开实施例中，蒸汽发生器3的输出管路上还设置有第三控制阀c、第四控制阀d和第六控制阀f，蒸汽发生器3的输出蒸汽依次经过第三控制阀c、第四控制阀d和第六控制阀f进入末端加热器20；和/或蒸汽发生器3的输出蒸汽还依次经过第三控制阀c、第八控制阀h和第五控制阀e分流至电能加热器25或补燃锅炉19加热。

控制阀a-g用于调节各蒸汽生产设备(例如蒸汽发生器3、热泵加热器17、电能加热器25或末端加热器20)的蒸汽流量，进而调整设备的用电负荷或热负荷，以匹配集热储热子系统110和风光发电子系统120的能量供应。

在软化水加热过程中，热泵加热器17用于软化水的预热，预热后的软化水进入蒸汽发生器3，间接吸收高温的太阳能热能，产生的水蒸气无需补燃，经第三控制阀c和第四控制阀d控制直接进入电能驱动的末端加热器20，调整注入蒸汽的热力参数后注入各注汽井22内，以调整最终注入蒸汽的热力参数，减少注入蒸汽与所需蒸汽热力参数的误差，并克服管道输送过程中散热及其他未知影响造成的蒸汽温度下降，另外也可以根据不同注汽井22的注汽需求进行灵活调控。

如图2所示，末端加热器20、注汽井22和采油机21组成一套采油设备，注汽热采子系统130还可以包括设置于不同位置的多套采油设备。

通过本公开的实施例，注汽热采子系统130充分利用电能的灵活特性生产符合注采标准的高温水蒸汽。并且，考虑到风能和光能的不稳定性和波动性，对系统发电子系统的电能和集热系统热能与备用能源的热能和电能供应进行实时动态调节，相互补充。

在一些实施例中，蒸汽辅助稠油热采系统还可以包括备用能源子系统，包括备用发电机组12和补燃锅炉19。其中，备用发电机组12用于向电控装置10提供备用电能，补燃锅炉19用于向注汽热采子系统130补充蒸汽生产所需热量。由此，备用发电机组12可以根据系统用电载荷状态补充电能，确保系统电力供应充足，补燃锅炉19可以根据蒸汽生产参数需求确定补充热量，确保太阳能与电热能供应不足时的蒸汽参数达到质量要求。

备用能源子系统作为备用补充能源，在非理想气象条件下对风、光资源进行补充。备用能源子系统的发电量和热量供应均小于系统运行的设计用电负载和热负荷，但设计备用热能与电能供应容量需保障极端气象条件下(例如风光资源完全缺失)系统能够以低负荷运行。

通过本公开的实施例，备用能源子系统在可再生资源严重缺乏时利用化石燃料提供热能与电能，保证蒸汽辅助稠油热采系统正常运行，实现稠油热采工作的独立运行。

在一些实施例中，蒸汽辅助稠油热采系统还包括：运行控制子系统，包括相互连接的中心控制器23和运算单元24：其中，中心控制器23和运算单元24由电控装置10提供电能，运行控制子系统用于采用优化算法，考虑风能和太阳能的不稳定性和波动性实时动态，来统筹协调集热储热子系统110、风光发电子系统120、注汽热采子系统130或备用能源子系统的运行状态。

通过本公开的实施例，运行控制子系统可以根据稠油热采的蒸汽生产需求与风能太阳能所处气象条件，实时调整各子系统的运行状态，并动态优化调整蒸汽生产过程中风光互补关系、协调系统可再生能量供应与备用能源供应的关系，保障系统能量供给与稠油热采过程的能量消耗协调匹配。

具体来说，运行控制子系统可以包括第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元。其中，第一控制单元用于调节集热储热子系统110中集热镜场的倾角和跟踪状态，并调整储热装置相关的热能转化利用、储存与释放过程。第二控制单元用于调整风光发电子系统120以及备用能源子系统的备用发电机组12的电力生产过程，根据生产需要控制系统电能调度。第三控制单元用于控制补燃锅炉19的运行，并协同调整注汽热采子系统130及其它用电设备的能量需求与各子系统供能的匹配。

运行控制子系统通过资源预测、实时监测、末端反馈三个过程对系统运行状态进行实时动态调整。中心控制器23首先利用检测环境太阳能与风能的动态变化或通过其它方式预测风光资源的波动，预先计算各供能子系统提供的电能与热能，对运行状态进行预调整；运行过程中，运行控制子系统实时监测系统的电能及热能供应状态，根据实际供能条件与预测的偏差对系统进行适当调整，确保系统的稳定运行。最后通过注汽热采子系统130反馈注入蒸汽的热力参数，对各能量供应子系统与进行再次调整，确保蒸汽生产负荷稠油热采生产的要求。

其中，中心控制器23和运算单元24利用优化算法对系统进行控制，根据能的梯级利用原则最大化利用可再生资源，减少化石能源的消耗，采用多目标优化算法综合考虑经济性、能量消耗、环境影响等多个因素对系统的能量利用效率、

效率、运行成本、比碳排放等多个目标进行优化，使系统在全天候全工况条件下持续、经济、高效、稳定地运行。注汽热采子系统130的蒸汽生产热能消耗与电能消耗可以通过运行控制子系统灵活调整，以匹配不同时刻集热储热子系统110热能供应和风光发电子系统120的电力供应。

通过本公开的实施例，蒸汽辅助稠油热采系统可以根据梯级原则利用不同品质的能量，风光发电子系统120及备用能源子系统中的备用发电机组12产生的电能一部分利用热泵(包括蒸发器15、压缩机16、热泵加热器17和节流阀18)结合低温工质提供蒸汽生产的低温段热源，一部分采用电能直接加热的形式作为蒸汽生产末端高温段热源充分利用电能高品质优势。集热储热子系统110的高温热能则作为蒸汽生产中温及高温段热源。备用能源子系统中的补燃锅炉19的高温热能作为末端高温段热源，其余热进入余热锅炉利用，并由根据不同运行状态下的不同烟气温度用于的相应的蒸汽生产阶段，实现能量品位的梯级利用。

图3示意性示出了根据本公开实施例的蒸汽辅助稠油热采系统的运行模式。

如图3所示，根据本实施例的蒸汽辅助稠油热采系统可以至少设置有以下运行模式：

A.最低耗能模式；

B.补充热能模式；

C.热电互补模式；

D.辐射蓄热模式；

E.电蓄热模式。

其中，在最低耗能模式下，太阳能集热量与风光互补发电量均无法满足注汽热采子系统130的能量需要，通过备用能源子系统使系统维持最低能耗运行。电力维持基础载荷，系统各用电设备处于最低功率。具体方式为：采油机21、末端加热器20和给水泵14都减少负载以降低用电负荷；热泵循环停止运行；一些必要用电设备，包括中心控制器23、运算单元24和太阳能集热装置1等则正常运行；在合理范围内减少注入蒸汽的流量，减少补燃锅炉19消耗的燃料量，尽量降低给水泵14的耗功。这些最低用电负荷缺少电能均由备用发电机组12补充电能，蒸汽生产缺少的热能则由补燃锅炉19补充。

在补充热能模式下，风光互补发电量满足注汽热采子系统130的电能需要但热能相对供应不足时，采用补充热能模式对注汽热采子系统130进行补充。具体方式为：备用能源子系统的补燃锅炉19开启将蒸汽发生器3中的输出蒸汽加热到所需参数，备用发电机组12待机。蒸汽生产流程为：软化水由软化水罐13经过给水泵14加压到注汽压力，依次通过热泵加热器17和蒸汽发生器3加热，最后按照电能富余程度，一部分水由电能加热器25加热到所需参数，一部分由补燃锅炉19加热到所需热力参数，最后由末端加热器20调整参数向各个注汽井22注入。采油机及其他用电设备则正常运行。

在热电互补模式下，系统发电量与热能供应量满足系统需要时，通过电能与热能相互补充使注汽热采子系统130正常运行。此时，备用能源子系统停止运行，对风光发电子系统120产生的电能优先满足基础载荷，剩余电能用于补充热能。具体方式为：电能在满足采油机21、给水泵14和太阳能集热装置1等必要用电负荷后，优先将电能提供压缩机16用电负荷，将电能与低温工质结合，为系统提供较高温度的补充热源，剩余电能则通过电能直接产热的方式由电能加热器25和末端加热器20补充高温段的热能。对集热储热子系统110，工质采用稳定循环流动或放热流动方式提供系统所需的热能。其中，蒸汽生产流程为：软化水由软化水罐13经过给水泵14加压到注汽压力，依次通过热泵加热器17、蒸汽发生器3、电能加热器25加热到设定参数，最后经末端加热器20调整参数向各注汽井22注入。

在辐射蓄热模式下，系统发电量与热能供应量大于注汽热采子系统130的能量需要，通过电能与热能相互补充使注汽热采子系统130正常运行，并将集热储热子系统110的热能加以储存。此时备用能源子系统停止运行。风光发电子系统120产生的电能满足基础用电负荷后，剩余电能全部用于蒸汽生产。具体方式为：多余电能提供给压缩机16、电能加热器25和末端加热器20加热高温段的水蒸气，减少太阳热能的利用。对集热储热子系统110，产生的热能一部分用于蒸汽生产的热负荷，剩余部分通过太阳能蓄热流动的流动方式将热能储存到高温蓄热罐4内。蒸汽生产流程与热电互补模式一致。

在电蓄热模式下，系统发电量与热能供应量远大于注汽热采子系统130的能量需要，通过独立电加热使注汽热采子系统130正常运行，将集热储热子系统110的全部收集热量储存，备用能源子系统则停止运行。具体方式为：通过电能直接产热的方式由电能加热器25和末端加热器20加热高温段的水蒸气，减少太阳能热的利用，同时压缩机16处于最大运行负荷将热能用于加热软化水，剩余电能通过工质加热器7储存到高温储罐4中。集热储热子系统110通过太阳能蓄热流动将热能储存到高温蓄热罐4内。蒸汽生产流程为：软化水由软化水罐13经过给水泵14加压到注汽压力，通过热泵加热器17加热后通过第七控制阀g、第八控制阀h和第五控制阀e直接进入电能加热器25加热到所需参数，最后蒸汽经末端加热器20调整参数向各个注汽井22注入。采油机及其他用电设备保持正常运行。

综上所述，本发明合理利用太阳能与风能的互补特性，辅助合理的储能设备，通过灵活的能源调配实现蒸汽的稳定生产，并且设置备用能源保证可再生能源极端缺乏条件下系统的连续运行。本发明通过充分利用太阳能与风能此类可再生资源为稠油热采提供能源，使稠油热采过程能够脱离电网独立运行，同时大幅减少了传统化石燃料直接燃烧对环境的污染和破坏，也将显著提高可再生能源的利用水平。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蒸汽辅助稠油热采系统，包括：

集热储热子系统(110)，包括太阳能集热装置(1)和储热装置，用于提供高温热能并储存；

风光发电子系统(120)，包括光伏发电阵列(8)、风力发电机组(9)和电控装置(10)，用于利用风能和太阳辐射能互补发电并对电能实现调度；

注汽热采子系统(130)，用于将所述高温热能与电能按照能量梯级利用原则相互耦合以提供稠油热采所需能量；

其中，所述注汽热采子系统(130)包括软化水罐(13)、给水泵(14)、蒸发器(15)、压缩机(16)、热泵加热器(17)、节流阀(18)、蒸汽发生器(3)、电能加热器(25)、末端加热器(20)、注汽井(22)和采油机(21)，其中：

所述电控装置(10)分别向给水泵(14)、压缩机(16)、电能加热器(25)、末端加热器(20)和采油机(21)供应电能；

所述给水泵(14)用于将所述软化水罐(13)提供的软化水加压到注汽压力，加压后的软化水输入至所述热泵加热器(17)预热，所述蒸发器(15)、压缩机(16)、热泵加热器(17)和节流阀(18)依次闭环连接，预热后的软化水输入蒸汽发生器(3)；

所述太阳能集热装置(1)为蒸汽发生器(3)提供高温热能，蒸汽发生器(3)加热预热后的软化水产生高温蒸汽输入至电能加热器(25)；

所述电能加热器(25)用于对蒸汽发生器(3)的输出蒸汽进行加热，加热后的输出蒸汽经由末端加热器(20)调整参数后注入所述注汽井(22)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述集热储热子系统(110)还包括依次设置于太阳能集热装置(1)和储热装置之间的工质循环泵(2)和第一控制阀(a)，所述储热装置包括高温储罐(4)、第二控制阀(b)和低温储罐(5)，其中：

所述工质循环泵(2)用于驱动导热工质循环流动，所述储热装置用于储存导热工质吸收的高温太阳能集热能；

所述第一控制阀(a)用于控制所述导热工质分流至高温储罐(4)或蒸汽发生器(3)，所述导热工质经由蒸汽发生器(3)换热为低温工质，所述低温工质经由第二控制阀(b)控制分流至低温储罐(5)或太阳能集热装置(1)。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述高温储罐(4)与低温储罐(5)之间还依次设置有储热工质泵(6)和工质加热器(7)；

其中，所述工质加热器(7)由电控装置(10)供应电能，所述低温储罐(5)储存的部分低温工质由储热工质泵(6)驱动进入工质加热器(7)吸收热能后存储至高温储罐(4)。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述太阳能集热装置(1)的集热类型采用抛物槽式，所述抛物槽式的太阳能集热装置由多个抛物槽式单元组成，每个抛物槽式单元包括槽式聚光镜、真空集热管和跟踪驱动装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光伏发电阵列(8)和风力发电机组(9)分别连接所述电控装置(10)，所述电控装置(10)用于控制电能的储存以及电力变压输送；

所述风光发电子系统(120)还包括蓄电池组(11)，用于吸收电力变压输送之后的剩余电能或者将储存的电能补充至电控装置(10)。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热泵加热器(17)的输出管路上还依次设置有第七控制阀(g)、第八控制阀(h)和第五控制阀(e)；

所述第七控制阀(g)、第八控制阀(h)和第五控制阀(e)用于将经过热泵加热器(17)预热后的软化水分流至所述电能加热器(25)或补燃锅炉(19)加热生成蒸汽，生成的蒸汽经由末端加热器(20)调整参数后注入所述注汽井(22)。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述蒸汽发生器(3)的输出管路上还设置有第三控制阀(c)、第四控制阀(d)和第六控制阀(f)，所述蒸汽发生器(3)的输出蒸汽依次经过第三控制阀(c)、第四控制阀(d)和第六控制阀(f)进入末端加热器(20)；

和/或所述蒸汽发生器(3)的输出蒸汽还依次经过第三控制阀(c)、第八控制阀(h)和第五控制阀(e)分流至电能加热器(25)或补燃锅炉(19)加热。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述蒸汽辅助稠油热采系统还包括：

备用能源子系统，包括备用发电机组(12)和补燃锅炉(19)；

其中，所述备用发电机组(12)用于向所述电控装置(10)提供备用电能，所述补燃锅炉(19)用于向所述注汽热采子系统(130)补充蒸汽生产所需热量。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述蒸汽辅助稠油热采系统还包括：

运行控制子系统，包括相互连接的中心控制器(23)和运算单元(24)：

其中，所述中心控制器(23)和运算单元(24)由所述电控装置(10)提供电能，所述运行控制子系统用于采用优化算法，考虑风能和太阳能的不稳定性和波动性实时动态，来统筹协调所述集热储热子系统(110)、风光发电子系统(120)、注汽热采子系统(130)或备用能源子系统的运行状态。

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