CN211598925U - 风光互补离线发电驱动区块采油系统 - Google Patents

风光互补离线发电驱动区块采油系统 Download PDF

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Abstract

为提高能源的综合利用效率,本实用新型提供了一种新的风光互补离线发电驱动区块采油系统,包括风力发电模块、槽式太阳能集热发电模块、控制器、蓄能模块、储油罐加热系统,风力发电模块通过第一整流器与控制器相连;槽式太阳能集热发电模块,包括依次相连的槽式太阳能集热板、蒸汽发生器、小型汽轮机发电系统,小型汽轮机发电系统电力输出端通过第二整流器与控制器相连;蓄能模块电力输入端与控制器相连,电力输出端通过控制器与逆变器和抽油设备依次相连;储油罐加热系统,包括热交换器和直流辅助加热装置,热交换器进口与小型汽轮机发电系统相连,出口通过冷凝器后与蒸汽发生器相连,蓄能模块电力输出端通过控制器与直流辅助热装置电力输入端相连。

Description

风光互补离线发电驱动区块采油系统
技术领域
本实用新型涉及油田天然气开发技术领域,特别涉及一种风光互补离线发电驱动区块采油系统。
背景技术
目前我国油田普遍采用的人工举升采油方式是抽油机采油,现有抽油机采油系统存在最大问题是效率低,功耗高,系统效率一般不超过 30 %,年耗电量占油田总耗电量的20%~30%。随着国家节能减排政策的实施和推广,国家“十三五”节能减排综合工作方案明确提出,到2020年,全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%。油田作为耗能大户,非常有必要进行新能源研究和应用,其中风能和太阳能是普遍认可的新能源,尤其风光互补发电模式组成离线电网有效克服单一风能和太阳能发电稳定性差、能量密度低等缺陷,可以互补利用,具有积极应用和推广价值。
目前,国内对风光互补离线发电驱动区块采油系统相关研究不多,进入应用的更少。自2004年2月在胜利埕岛油田平台运用风力发电技术补充平台电力,取得一定经验。2014年,辽河油田在滩海平台采用风能发电补充平台电网进行抽油机采油,取得一定效果。随着风力发电技术和太阳能光伏发电技术日益成熟,国内对风光互补离线发电在油田以外场所应用较多,如在偏远区块家庭和社区供电、车辆充电、道路照明等多领域进行应用,取得较好效果,对风能和太阳能采油系统已经有多个成功应用案例,具备在油田推广应用风光互补离线发电区块采油系统的技术和能力。
多能互补分布式能源系统的发展始于 21 世纪初,美国最先开展相关理论和技术研究,并于2001 年提出能源集成系统发展计划,旨在保证能源系统可靠运行的前提下,提高可再生能源在能源供应链中的份额,推进能源集成系统的发展。其后,瑞士、丹麦等国也对多能互补分布式能源系统展开了研究,并制定了相关的推广政策。2016 年 7 月中国国家发展改革委和能源局联合发布了《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》,指出建成终端一体化集成供能系统,因地制宜实施传统能源与风能、太阳能等能源系统的开发利用,提高能源的综合利用效率。为实现这一目标,我们进行风光互补发电构建微电网发电驱动区块采油系统进行先导性试验,取得良好应用效果。微电网技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势,是未来智能配用电系统的重要组成部分,对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。在现有技术中,涉及风光互补的技术很多,目前尚无应用于离线发电驱动区块采油方面的技术,为此我们实用新型了一种新的风光互补离线发电驱动区块采油系统,解决了以上技术问题。
发明内容
为了解决上述问题,本实用新型提供了一种风光互补离线发电驱动区块采油系统,采用的技术方案如下:
风光互补离线发电驱动区块采油系统,其特征在于,主要包括风力发电模块、槽式太阳能集热发电模块、控制器、蓄能模块、储油罐加热系统,其中:
风力发电模块,主要由包括风力发电机,风力发电机电力通过第一整流器与控制器相连;
槽式太阳能集热发电模块,主要包括依次相连的槽式太阳能集热板、蒸汽发生器、小型汽轮机发电系统,所述小型汽轮机发电系统电力输出端通过第二整流器与控制器相连;
蓄能模块,主要由多组蓄能电池组成,所述蓄能模块电力输入端与控制器相连,电力输出端通过控制器与逆变器和抽油设备依次相连;
储油罐加热系统,主要包括热交换器和直流辅助加热装置,所述热交换器位于储油罐内,热交换器进口与小型汽轮机发电系统相连,热交换器出口通过冷凝器后与蒸汽发生器相连,所述储油罐内还设有与控制器相连的直流辅助加热装置;
此外,所述蓄能模块电力输出端还通过控制器与直流辅助加热装置电力输入端相连。
优选的,所述槽式太阳能集热发电模块还包括冷凝器,所述冷凝器一端与蒸汽发生器相连,另一端与热交换器输出端相连。
优选的,所述逆变器包括DC/AC变换器、IGBT开关电路、DSP数字信号控制器以及负荷监控电路,所述DC/AC变换器一端与控制器相连,另一端与IGBT开关电路相连, IGBT开关电路的输出端连接有负荷监控电路,所述负荷监控电路输出端通过DSP数字信号控制器与IGBT开关电路相连。
优选的,所述风力发电模块还包括转速控制器。
本实用新型的有益效果在于:
1、太阳能集热发电系统,不仅提供发电,而且实现余热加热储油罐或管式加热炉,提高能效;
2、配置抽油机专用逆变器,具有跟踪负载自动调压的功能,同时具有调频调速、软启软停及综合保护功能;
3、整体系统采用多能互补负荷自适应控制策略,考虑正常工况、无风有光、有光无风和无风无光等多种工况,维持整个系统连续运转。
附图说明
图1为风光互补离线发电驱动区块采油系统结构示意图
图2为逆变器电路原理示意图
其中,1-风力发电机,2-第一整流器,3-转速控制器,4-控制器,5-槽式太阳能集热板,6-蒸汽发生器,7-小型蒸汽轮机发电系统,8-第二整流器,9-蓄能模块,10-逆变器,11-抽油机,12-热交换器,13-直流辅助加热装置,14-冷凝器,15-储油罐,16-DC/AC变换器,17-IGBT开关电路,18-负荷监控电路,19-DSP数字信号控制器。
具体实施方式
下面将参照附图1-2更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在实用新型的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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,仅是为了便于描述实用新型,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,因此不能理解为对实用新型的限制。
如图1所示的风光互补离线发电驱动区块采油系统,主要包括风力发电模块、槽式太阳能集热发电模块、蓄能模块以及控制器4。
其中风力发电模块包括永磁变桨距风力发电机1、第一整流器2和转速控制器3,永磁变桨距风力发电机1连接于第一整流器2,进行风力发电产生电流,并将电流传输给第一整流器2,第一整流器2连接于控制器4,将电流进行整流后传输给控制器4,转速控制器3连接于永磁变桨距风力发电机1,控制该永磁变桨距风力发电机1的转速。
槽式太阳能集热发电系统由槽式太阳能集热板5、蒸汽发生器6、小型汽轮机发电系统7、冷凝器14、第二整流器8等组成,槽式太阳能集热板5具有多个,反射太阳光加热真空管内导热油,多个真空管内导热油汇集后进入蒸汽发生器6,蒸汽发生器6产生热蒸汽,热蒸汽温度一般不低于300℃,蒸汽驱动小型汽轮机发电系统7发电,产生的电流通过第二整流器8传输给控制器4,此外,小型汽轮机发电系统7还与热交换器12输入端相连,冷凝器14连接于蒸汽发生器6与热交换器12之间,具体的,冷凝器14一端与热交换器12输出端相连,另一端与蒸汽发生器6相连,蒸汽驱动小型汽轮机发电系统7发电后剩余的蒸汽进入储油罐15内的热交换器12或管式加热炉加热系统后,余热经冷凝器14冷凝后回到蒸汽发生器6内。
逆变器10如图2所示,由DC/AC变换器16、IGBT开关电路17、DSP数字信号控制器19、负荷监控电路18等组成,经DC/AC变换器16变为交流后,经IGBT开关电路17,消除电机等中电感都等无功功耗,调节功率开关器件的通断速度。同时,增加负荷监控电路18,将IGBT开关电路17输出的电流经DSP数字信号控制器19处理后,反馈到IGBT开关电路17,配合脉冲宽度调制实现电机变频控制,附图2为原理图,可以根据具体设计和使用进行必要增加。
蓄能模块9由多组蓄电池组组成,主要用于储存电力,由于蓄电池只能承受一定的充电电流和浮充电压,过电流和过电压充电都会对蓄电池造成严重的损害。若小型蒸汽轮机和风力发电机所发出的电能电流过大,可考虑同时对2组或两组以上蓄电池组进行充电和放电管理,控制原则同上。若蓄电池组处于充满状态,控制器通过调整小型蒸汽轮机蒸汽量和风力发电机1转速进而调整所发出的电能,在系统内将多余的能量消耗掉。
在具体使用中,考虑正常工况、无风有光、有光无风和无风无光等多种工况。配置抽油机专用逆变器10,具有跟踪负载自动调压的功能(需要多大功率输出多大功率),同时具有调频调速、软启软停及综合保护功能。将输入直流电变为400-600V三相交流电;储油罐15加热采用直流加热,开发的抽油机逆变器10,逆变10自动检测母线电压,实现过压失速控制,避免馈能的集中释放,造成过压烧坏设备、停机等事故发生,使同一直流母线上的各抽油机倒发电能量与电动消耗能量保持平衡,提高直流母线能量的互馈共享和循环利用效率及整体系统节能效率,单井冗余被充分融合压减。
本实施例中,按照10口油井设计,需要功率370kW,日耗电约1800kW•h,主要原因是配置37kW电机抽油机实际功率小,耗电少。以上组成离线电网驱动区块10口井。井间距最大不超2km,另外,配置储油罐3个,辅助电加热功率合计150kW。
按照风能太阳能2:1功率配置,确保冗余50%,优先考虑风力发电机发电,其中风力发电机采用变桨距风力发电机,配置35kW风机4台,140kW,正常日发电1700千瓦时;槽式太阳能发电系统功率200kW,日有效发电时间6h,日发电1000千瓦时。蓄电池组24V200A蓄电池40块,分为10组,2天储备,即2天无风(低于3级)和阴雨工况。
正常工况,光照正常,风级大于4级:风能太阳能同时发电,经过整流器进入控制器4,控制器4输出直流,到井口经抽油机专用逆变器10变为400V三项交流电,驱动抽油机11工作;同时,为蓄能口快进行分组充电,光能充足,小型汽轮机发电余热加热储油罐。
有风阴雨工况:由于阴雨状况,槽式太阳能发电系统不工作,风级不低于4级,风力发电机1发电驱动系统工作,经过第一整流器2整流器进入控制器4,控制器4输出直流,到井口经抽油机专用逆变器10变为400V三项交流电,驱动抽油机11工作;直流加热储油罐15。
无风光照正常工况:风力发电机不工作,槽式太阳能发电系统工作,由于发电量不足以驱动系统工作,蓄能系统参与部分放电,小型汽轮机发电余热加热储油罐。
无风阴雨工况:风力发电机不工作,槽式太阳能发电系统不工作,系统完全利用蓄能模块9电能工作,蓄能模块9经直流传输后到井口经抽油机专用逆变器10变为400V三项交流电,驱动抽油机11工作,直流加热储油罐15。
上述实施例仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.风光互补离线发电驱动区块采油系统,其特征在于,主要包括风力发电模块、槽式太阳能集热发电模块、控制器、蓄能模块、储油罐加热系统,其中:
风力发电模块,主要包括风力发电机,风力发电机电力通过第一整流器与控制器相连;
槽式太阳能集热发电模块,主要包括依次相连的槽式太阳能集热板、蒸汽发生器、小型汽轮机发电系统,所述小型汽轮机发电系统电力输出端通过第二整流器与控制器相连;
蓄能模块,主要由多组蓄能电池组成,所述蓄能模块电力输入端与控制器相连,电力输出端通过控制器与逆变器和抽油设备依次相连;
储油罐加热系统,主要包括热交换器和直流辅助加热装置,所述热交换器位于储油罐内,热交换器进口与小型汽轮机发电系统相连,热交换器出口通过冷凝器后与蒸汽发生器相连,所述储油罐内还设有与控制器相连的直流辅助加热装置;
此外,所述蓄能模块电力输出端还通过控制器与直流辅助加热装置电力输入端相连。
2.根据权利要求1所述的风光互补离线发电驱动区块采油系统,其特征在于,所述槽式太阳能集热发电模块还包括冷凝器,所述冷凝器一端与蒸汽发生器相连,另一端与热交换器输出端相连。
3.根据权利要求1所述的风光互补离线发电驱动区块采油系统,其特征在于,所述逆变器包括DC/AC变换器、IGBT开关电路、DSP数字信号控制器以及负荷监控电路,所述DC/AC变换器一端与控制器相连,另一端与IGBT开关电路相连, IGBT开关电路的输出端连接有负荷监控电路,所述负荷监控电路输出端通过DSP数字信号控制器与IGBT开关电路相连。
4.根据权利要求1所述的风光互补离线发电驱动区块采油系统,其特征在于,所述风力发电模块还包括转速控制器。
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