CN204190671U - 油气生产物联网新能源供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型油气生产物联网新能源供电系统，油田现场情况复杂且大多处于偏远地区，供电方式始终是油田发展的制约因素之一，本系统提供了风光互补供电方式，同时还提供了远程数据传输和控制功能，本实用新型的目的是为了解决油田设备在没有市电供电情况下数据采集和控制设备的的供电需求，同时还提供了数据采集、远程传输和部分控制功能，本实用新型包括风力发电设备、太阳能发电设备、储能蓄电池、能源控制器、油气生产物联网测控终端、4G无线路由器、支撑杆。本实用新型有风能发电机(1)和太阳能电池板(2)发电共同给储能蓄电池(12)充电，两充冲电方式互补，保证在晴好天气和恶劣天气都能进行充电，保证了充电的高效率，储能蓄电池(12)负责把电能储存起来，为其他设备运行所需电能，电源管理单元（8）进行充、放电的管理，具有过充、过放、过流、过压等保护功能，保证整个系统的正常运转，油气生产物联网测控终端（9）负责把生产现场的各类仪表、设备的数据进行采集、整理，并通过4G无线路由器（10）把数据通过无线传输的方式传输到远方的操作后台。油气生产物联网测控终端（9）还具有无线、有线通道，并具有多路数字、模拟接口，具有各类数据的采集和控制功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气生产物联网和风光互补发电技术领域，更具体地说，是通过风能和太阳能互补给油气生产物联网监测控制系统供电的一种新能源应用技术。
背景技术
风能和太阳能资源分布广泛，属清洁可再生能源，用于发电对环境无害且取之不尽，用之不竭。油田生产、安全、控制和通信系统供电的设施是必不可少的，可是由于油田现场情况复杂且大多处于偏远地区，供电方式始终是油田发展的制约因素之一。近几年为解决油田供电问题，更出于环境保护及节约能源方面的考虑，油田大多采用太阳能供电，但太阳能光伏发电的能量密度低且太阳能电池板光电转换效率有限，获得一定的电能要使用大面积的太阳能电池板，导致获得单位电能需要占用大量的面积，且成本高昂，限制了太阳能光伏发电的大规模应用。风力发电近几年发展迅速，一方面作为化石能源的替代品向大规模、产业化的风力发电场发展，另一方面以小型风力发电形式为分散、边远用户提供电力。不管是太阳能还是风能发电都受到地区环境的制约，有些地区日照时间短，有些地区风能贫乏，所以我们设计了一款风光互补发电方式，应用到油气生产物联网的建设与开发中来，风光互补发电系统具有资源互补功能、供电安全性、稳定性均好于单一能源发电系统且价格居中而得到越来越广泛地应用。
光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，再有蓄电池为直流负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统可靠性高，运行维护成本低，缺点是系统造价高。
油田生产现场距公共电网远、用电负荷较小，小型离网风能/风光互补发电系统因具有下列特点而成为被瞩目的对象：
1） 就地发、供电，安全独立、无需敷设电缆、一次性投资低；
2） 资源可再生、没有后续能源费用；
3） 清洁、不造成环境污染；
4） 寿命较长（太阳能电池15年、风力发电机25年以上），维护、管理方便。
由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和控制部分是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。
风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，即可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。
实用新型内容
本实用新型油气生产物联网新能源供电系统所要解决的技术问题是，1，油田现场情况复杂。地下管道繁多，供电线缆铺设困难，风光互补供电可以不用铺设线缆；2、供电系统与测控终端集成在一起，施工维护方便；3、风光互补的供电方式弥补了风能和光能单一的供电方式的资源不确定性造成的供电不稳定缺点。
本实用新型油气生产物联网新能源供电系统主要包括风力发电机组、太阳能光伏电池组、电源管理单元、储能蓄电池、油气生产物联网测控终端（RTU）、4G无线路由器(DTU)、控制电器柜、支撑杆等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术和油田生产测控功能为一体的复合系统。
(1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，然后通过电源管理单元对蓄电池充电，再经过电源管理单元给系统中的直流负载供电；
(2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后通过电源管理单元对蓄电池充电，再经过电源管理单元给系统中的直流负载供电；
(3)电源管理单元根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，管理单元把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；
(4)储能蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。
(5) 油气生产物联网测控终端（RTU），通过无线、有线等通讯方式把油气生产中的各类检测数据采集上来，并把控制信号传输到各控制单元。
(6) 无线路由器(DTU)负责把RTU采集到的测量信息上传到远程服务器上，并负责把远程服务器下发的控制命令发给RTU。
风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。
有益效果
1、 可以在油气生产中的很多环节中使用到本系统，如采油井、输油管道、各种泵站、监测站、注水井、注聚井等。
2、 油气生产、运输等过程中的检测数据经4G无线网络远程传输，代替传统的人工现场抄收数据的操作，节约了人力成本。
3、 风能和太阳能的互补性很强，风光互补的供电方式弥补了风电和光电独立系统的缺陷。
4、 夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。
5、 风能和太阳能都是清洁能源，随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用化进程中产品的不断完善，为风光互补供电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设。
附图说明
图1、图2、图3是本实用新型的系统组成图，图4是本实用新型的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3对本实用新型作进一步描述。风能发电机组（1）被安装在不低于5米的支撑杆（4）的顶端，处于风力较稳定层面，风机具有尾部风翼，可以主动校准风向，使风叶始终正对风向，风力发电机的输出电缆由支撑杆内部走线，太阳能电池板（2）由两块相同功率的12V电池板串联为24V输出电压，并用专用支架（3）安装在支撑杆（4）的3米左右高度，并与支撑杆（4）成45度，现场安装时要正对正午太阳的方向，保证了太阳能的最大利用率，风能发电机（1）和太阳能板（2）的输出都连接到电源管理单元（8）上，储能蓄电池组（12）也连接到电源管理单元（8）上，由电源管理单元（8）对储能蓄电池（12）进行充、放电和电量控制管理，当蓄电池电量低于充电恢复电压时，接通风能发电机和太阳能电池板的充电电路，为蓄电池充电，当蓄电池电量充满后，切断太阳能电池板的充电回路，并控制风能发电机刹车，停止充电，当蓄电池电压低于过放保护电压时，断开负载，保护蓄电池，防止蓄电池过放，损坏蓄电池，电源管理单元（8）还具有充电电路和负载电路的过流、过压保护功能，储能蓄电池（12）把风力发电机（1）和太阳能电池板（2）产生的电能储存起来，提供给测控终端（9）、4G路由器（10）和控制单元使用，油气生产物联网测控终端（RTU）(9)通过无线、有线等通讯方式把油气生产中的各类检测数据采集上来，并把控制信号传输到各控制单元。
Claims (2)
1.油气生产物联网新能源供电系统，包括风力发电机组(1)、太阳能电池板(2)、电源管理单元(8)、储能蓄电池(12)、油气生产物联网测控终端（RTU）(9)、4G无线路由器(DTU)(10)，把（8）、（9）、（10）、（12）放置到密封金属箱体(6)内，并与（1）、（2）一同固定在支撑杆（4）的不同高度位置，或者把（6）放置到地面上的防盗箱内。
2.根据权利要求1所述的油气生产物联网新能源供电系统，其特征在于风能发电机组（1）位于高于6米的支撑杆顶端，处于风力较稳定层面，太阳能电池板（2）用专用支架（3）安装在支撑杆（4）的3米高度，并与支撑杆（4）成45度，安装时要正对正午太阳的方向，保证了太阳能的最大利用率，电源管理单元（8）对储能蓄电池（12）进行充、放电和电量控制管理，当蓄电池电量低于充电恢复电压时，接通风能发电机和太阳能电池板的充电电路，为蓄电池充电，当蓄电池电量充满后，切断太阳能电池板的充电回路，并控制风能发电机刹车，停止充电，当蓄电池电压低于过放保护电压时，断开负载，保护蓄电池，防止蓄电池过放，损坏蓄电池，储能蓄电池（12）把风力发电机（1）和太阳能电池板（2）产生的电能储存起来，提供给测控终端（9）、4G路由器（10）和控制单元使用，油气生产物联网测控终端（RTU）(9)通过无线、有线等通讯方式把油气生产中的各类检测数据采集上来，并把控制信号传输到各控制单元。
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