CN220190477U - 一种海上微电网 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上微电网，该海上微电网包括：海上新能源发电网，设置有供电端；变配电平台，设置有输电组件，所述输电组件与所述供电端连接；油气平台，设置有平台负载、供氢系统以及氢能发电装置，所述输电组件与所述平台负载、所述供氢系统连接，所述氢能发电装置与所述平台负载连接。如此设置，扩大了海上新能源的消纳途径，即风力发电、太阳能发电、潮汐发电等可再生能源的消纳途径，减少了碳排放，减少污染程度。同时，对电网友好，节省了海上风电输电技术的输送建设。

Description

一种海上微电网

技术领域

本实用新型涉及微电网技术领域，具体涉及一种海上微电网。

背景技术

根据油气平台的功能定位，其具备钻井、采油、注水、修井、集输等功能。主要能源消耗为电能、天然气。电能依靠微燃机发电供给，天然气为人工岛自产。海洋油气平台正常生产时，设备24小时连续运转，对电源的供电可靠性和电能质量要求高，一般通过燃烧天然气实现原油加热流程正常运行。

目前，油气平台一般采用燃油/燃气发电机组发电，使得成本高、碳排放高、污染严重。并且，只有距离陆地较近的才能接入终端电站或者市电，电能自陆上变电站传输至油气平台存在较大的损耗。虽然传统的分布式电源可以解决边远地区的用电问题，但是其微燃机的燃料为化石能源，有较高的碳排放，存在环境污染情况。

因此，油气平台的用电方式存在碳排放高、污染严重且成本高的问题。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于现有技术中存在的油气平台的用电方式碳排放高、污染严重且成本高的问题，从而提供一种海上微电网。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种海上微电网，该海上微电网包括：海上新能源发电网，设置有供电端；

变配电平台，设置有输电组件，所述输电组件与所述供电端连接；

油气平台，设置有平台负载、供氢系统以及氢能发电装置，所述输电组件与所述平台负载、所述供氢系统连接，所述氢能发电装置与所述平台负载连接。

可选地，所述海上新能源发电网至少包括海上风力发电网、潮汐发电网以及海上太阳能发电网。

可选地，所述油气平台上设置有降压变压装置，所述降压变压装置的输入侧与所述输电组件连接，所述降压变压装置的输出侧与所述平台负载、所述供氢系统连接。

可选地，所述输电组件为输电母线。

可选地，所述输电母线为35kV母线。

可选地，所述变配电平台上还设置有储能系统，所述储能系统连接到所述输电母线上。

可选地，所述油气平台上还设置有供电母线，所述降压变压装置的输出侧、所述平台负载、氢能发电装置以及所述供氢系统均连接到所述供电母线上。

可选地，所述降压变压装置的输出侧与所述供电母线连接。

可选地，所述供氢系统至少包括制氢系统、储氢设备以及输氢管路组件。

可选地，所述氢能发电装置至少为氢气燃气轮机、氢燃料电池中的一种。

本实用新型技术方案与现有技术相比，具有如下优点：

1.本实用新型实施例提供了一种海上微电网，该海上微电网包括：海上新能源发电网，设置有供电端；变配电平台，设置有输电组件，所述输电组件与所述供电端连接；油气平台，设置有平台负载、供氢系统以及氢能发电装置，所述输电组件与所述平台负载、所述供氢系统连接，所述氢能发电装置与所述平台负载连接。

如此设置，在海上构建一种以清洁能源发电为主的离网型微电网，并用氢能发电装置作为微电网支撑电源，取代了传统的化石燃料微燃机，从而实现海上负荷零碳能源电力供给。扩大了海上新能源的消纳途径，即风力发电、太阳能发电、潮汐发电等可再生能源的消纳途径，减少了碳排放，减少污染程度。同时，对电网友好，节省了海上风电输电技术的输送建设成本。将现有技术中的输电上岸转变为就地消纳，避免了海上新能源发电并网时对电网稳定性的冲击，减少电网对调峰资源的需求量，降低火电机组调峰压力。并且，实现净零生产，环保效益显著。由于氢资源及其丰富，燃烧热值高，其燃烧产物为水。通过海上新能源及氢能发电装置的供电方式，真正实现了“零碳”生产。降低碳排放量，具有显著的环境效果，符合节能减排的要求，促进高耗能产业清洁化发展。

另外，能够为电力领域的减碳作出重要贡献。国内最大的碳排放来源是火力发电，降低碳排放的主要措施是增大风电、光伏发电等可再生能源发电比例。未来的电力系统将以新能源为主体，但可再生能源发电具有的波动性、间歇性较大以及分布远离负荷中心等问题进一步凸显，电网的平衡能力严重制约了其对可再生能源电力的消纳水平。氢能可以与可再生能源结合，通过绿电制氢实现能量的大规模时空转移，从而为电力领域的减碳作出重要贡献。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通工人来讲，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1为本实用新型实施例海上微电网的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例海上微电网的电气布局图。

附图标记：

1、海上新能源发电网；2、变配电平台；3、油气平台；4、储能系统；5、输电母线；6、供电母线；7、平台负载；8、氢能发电装置；9、供氢系统；91、制氢系统；92、储氢设备；93、输氢管路组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通工人在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通工人而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

根据油气平台3的功能定位，其具备钻井、采油、注水、修井、集输等功能。主要能源消耗为电能、天然气。电能依靠微燃机发电供给，天然气为人工岛自产。根据工艺流程和生产需求，主要用电负荷有电潜泵、注水泵、电伴热、生活办公负荷等。根据工艺流程和生产需求，主要天然气消耗为原油加热炉，以一用一备的方式为油井来液加热。

油气平台3能源消耗主要是电能，电能驱动电潜泵、注水泵等实现油气生产流程正常运行，驱动空调、电暖气、热水器来满足办公和日常生活的冷热负荷。油气平台3正常生产时，设备24小时连续运转，对电源的供电可靠性和电能质量要求高。通过燃烧天然气实现原油加热流程正常运行。

由此可见，油气平台3、热网和天然气网的协同程度较低，没有利用周边丰富的可再生能源。

目前，油气平台3用电方式主要存在碳排放高、污染严重且成本高的问题，主要体现在：

(1)油气平台3一般采用燃油/燃气发电机组发电，成本高、碳排放高、污染严重。

(2)只有距离陆地较近的才能接入终端电站或者市电，电能自陆上变电站传输至油气平台3存在较大的损耗。

传统的分布式电源可以解决边远地区的用电问题，但是其微燃机的燃料为化石能源，有较高的碳排放，存在环境污染情况。因此，降低油气生产能耗、实现清洁化生产是海洋油气绿色发展的重要方向。

为此，在本实用新型实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种海上微电网，该海上微电网包括：海上新能源发电网1、变配电平台2以及油气平台3。

具体地，在本实用新型实施例中，海上新能源发电网1设置有供电端。海上新能源发电网1中的新能源发电装置在发电后可以通过供电端向外供电。变配电平台2主要是用于升压、降压以及配电，变配电平台2设置有输电组件，其中，所述输电组件与所述供电端连接。油气平台3设置有平台负载7、供氢系统9以及氢能发电装置8，其中，平台负载7主要是油气平台3上的一些电气设备，供氢系统9主要包括一些制氢、储氢和输氢等工艺设备，鉴于氢气属于化工产品，以及考虑到氢气的安全性，所以把供氢系统9和氢能发电装置8放在油气平台3上。

在本实施例中，所述输电组件与所述平台负载7、所述供氢系统9连接，所述氢能发电装置8与所述平台负载7连接，也就是说，所述输电组件同时为所述平台负载7、所述供氢系统9供电，而所述氢能发电装置8只为所述平台负载7供电。需要注意的是，此时是利用海上新能源发电网1中产生的余电让所述供氢系统9进行制氢。根据油气平台3海域自然资源条件，海上新能源发电网1是微电网的主要分布式电源，但新能源发电具有间歇性和波动性，易在微电网中产生电压波动与闪变等电能质量问题。而氢能发电装置8，例如氢气燃气轮机具有响应速度快、可靠性高、便于灵活控制等优点，能够平衡风电功率波动，适合作为微电网主电源。

如此设置，在海上构建一种以清洁能源发电为主的离网型微电网，并用氢能发电装置作为微电网支撑电源，取代了传统的化石燃料微燃机，从而实现海上负荷零碳能源电力供给。扩大了海上新能源的消纳途径，即风力发电、太阳能发电、潮汐发电等可再生能源的消纳途径，减少了碳排放，减少污染程度。同时，对电网友好，节省了海上风电输电技术的输送建设成本。将现有技术中的输电上岸转变为就地消纳，避免了海上新能源发电并网时对电网稳定性的冲击，减少电网对调峰资源的需求量，降低火电机组调峰压力。并且，实现净零生产，环保效益显著。由于氢资源及其丰富，燃烧热值高，其燃烧产物为水。通过海上新能源及氢能发电装置8的供电方式，真正实现了“零碳”生产。降低碳排放量，具有显著的环境效果，符合节能减排的要求，促进高耗能产业清洁化发展。

另外，能够为电力领域的减碳作出重要贡献。国内最大的碳排放来源是火力发电，降低碳排放的主要措施是增大风电、光伏发电等可再生能源发电比例。未来的电力系统将以新能源为主体，但可再生能源发电具有的波动性、间歇性较大以及分布远离负荷中心等问题进一步凸显，电网的平衡能力严重制约了其对可再生能源电力的消纳水平。氢能可以与可再生能源结合，通过绿电制氢实现能量的大规模时空转移，从而为电力领域的减碳作出重要贡献。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述海上新能源发电网1至少包括海上风力发电网、潮汐发电网以及海上太阳能发电网。当然，本实施例仅仅是对海上新能源发电网1的类型进行举例说明，但是并不对此进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行改变，能够起到相同的技术效果即可。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述油气平台3上设置有降压变压装置，所述降压变压装置的输入侧可以通过海缆与所述输电组件连接，所述降压变压装置的输出侧与所述平台负载7、所述供氢系统9连接。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述输电组件可以为输电母线5。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述变配电平台2上还设置有储能系统4，所述储能系统4连接到所述输电母线5上。为了保证重要负荷的供电连续性，设置了储能系统4，储能系统4可以为蓄电池储能系统。储能系统4可以储存新能源发电的电能。

具体地，所述输电母线5可以为35kV母线。蓄电池储能系统通过双向逆变器接到35kV母线上。所述油气平台3上还设置有供电母线6，所述降压变压装置的输出侧、所述平台负载7、氢能发电装置8以及所述供氢系统9均连接到所述供电母线6上。供电母线6可以选用400V母线。当然，本实施例仅仅是对输电母线5、供电母线6的类型进行举例说明，但是并不对此进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行改变，能够起到相同的技术效果即可。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述降压变压装置的输出侧与所述供电母线6连接。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述供氢系统9至少包括制氢系统91、储氢设备92以及输氢管路组件93。在油气平台3上，利用新能源发电的余电制氢，并存储在储氢设备92中。储氢设备92中的氢气是氢能发电装置8的原料。

1、氢能发电装置8和储能系统4控制逻辑如下：

(1)当微电网的电压和频率不稳定时，氢能发电装置8启动，氢能发电装置8用于支撑整个系统的电压和频率；

(2)当氢能发电装置8缺少氢气或因故障无法运行或热负荷处于低谷期时，停用氢能发电装置8，由储能系统4充当主电源，维持系统的电压和频率。

2、氢气制取的控制逻辑

当氢能发电装置8或储能系统4未向微电网供电，且当储氢设备92中的氢气低于最低容量要求时，接通制氢系统91的电源，开始制取氢气，这样是为了避免频繁启动；当制取的氢气达到储氢设备92的额定容量时，断开制氢系统91的电源，停止制取氢气。

进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，所述氢能发电装置8至少为氢气燃气轮机、氢燃料电池中的一种。其中，氢气燃气轮机尺寸小、质量轻，运行维护成本低，适用于油气平台3这种用地面积紧张的场所。所发热能用来加热来液油井，发电功率并入油气平台3配电室的400V母线。

本实施例以图2所示进行举例说明：油气平台3由2路35kV电源供电，采用单母线分段接线方式，每段输出母线设置2回35kV出线，分别带400VⅠ、Ⅱ段母线。35kV两段母线间有联络开关，400V两段母线间有联络开关。

本实施例中的海上微电网也可用于海岛、海洋牧场等需用电，但远离电网的场景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通工人来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种海上微电网，其特征在于，包括：

海上新能源发电网(1)，设置有供电端；

变配电平台(2)，设置有输电组件，所述输电组件与所述供电端连接；

油气平台(3)，设置有平台负载(7)、供氢系统(9)以及氢能发电装置(8)，所述输电组件与所述平台负载(7)、所述供氢系统(9)连接，所述氢能发电装置(8)与所述平台负载(7)连接，所述氢能发电装置(8)只为所述平台负载(7)供电。

2.根据权利要求1所述的海上微电网，其特征在于，所述海上新能源发电网(1)至少包括海上风力发电网、潮汐发电网以及海上太阳能发电网。

3.根据权利要求1或2所述的海上微电网，其特征在于，所述油气平台(3)上设置有降压变压装置，所述降压变压装置的输入侧与所述输电组件连接，所述降压变压装置的输出侧与所述平台负载(7)、所述供氢系统(9)连接。

4.根据权利要求3所述的海上微电网，其特征在于，所述输电组件为输电母线(5)。

5.根据权利要求4所述的海上微电网，其特征在于，所述输电母线(5)为35kV母线。

6.根据权利要求4或5所述的海上微电网，其特征在于，所述变配电平台(2)上还设置有储能系统(4)，所述储能系统(4)连接到所述输电母线(5)上。

7.根据权利要求4或5所述的海上微电网，其特征在于，所述油气平台(3)上还设置有供电母线(6)，所述降压变压装置的输出侧、所述平台负载(7)、氢能发电装置(8)以及所述供氢系统(9)均连接到所述供电母线(6)上。

8.根据权利要求7所述的海上微电网，其特征在于，所述降压变压装置的输出侧与所述供电母线(6)连接。

9.根据权利要求4或5所述的海上微电网，其特征在于，所述供氢系统(9)至少包括制氢系统(91)、储氢设备(92)以及输氢管路组件(93)。

10.根据权利要求4或5所述的海上微电网，其特征在于，所述氢能发电装置(8)至少为氢气燃气轮机、氢燃料电池中的一种。