新能源“智能微网”在零碳井场建设中的应用与评价

新能源“智能微网”在零碳井场建设中的应用与评价

孙凯

（大港油田公司采油工艺研究院，天津大港，300280）

摘要：随着油田开发进入中后期，为保障产量油田对未动用的区块提出了勘探开发要求，需要电力设施的大力跟进才能顺利进行。常规的供电方案存在地方电网协调困难、无法稳定生产，铺设线路与柴油发电机供电成本过高的矛盾，制约着整个区块开发过程，因此研究开发具有环保、无污染、免维护、安装使用方便的供电方式是当务之急。从油田实际出发，调研风能和太阳能资源，设计风能、太阳能与储能互补发电系统，进行试点项目应用，为风光互补发电技术在井场上的应用提供丰富的经验。

关键词：  新能源  风光互补发电技术

1 引言

经过多年的开发油田进入中后期，为保障产量实现稳产目标，开始对未动用的区块提出勘探开发要求，因此需要进行电力设施的大力跟进以保障勘探开发的顺利进行。目前常规的供电方式有地方电网供电、铺设电力线路和柴油发电机。采用地方电网供电存在着与地方政府及电力部门协调困难、办理手续纷繁复杂的矛盾，并且地方电网电力供应不稳定，存在无法稳定、正常生产，电力保障困难，因此研究开发就地安装、成本低廉、维护方便、节约资源、环境友好的供电方式是开发边远井的当务之急。

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，近年来在国内得到了越来越广泛的应用。大港油田地处渤海湾地区，有丰富的风能和太阳能资源，年平均风速6m/s，年平均光照小时数为2694小时[1]，平均每天光照7.4小时[2]，开发和利用这些可再生资源，替代或部分替代现有化石能源有较大的便利和优势。

2风光电互补供电系统

风光柴储互补供电系统结构如图2-1所示，包括风能发电系统、太阳能发电系统、配电系统、控制系统、抽油机变频控制器等五大部分，是集风能、太阳能等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统[3]。

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，经过配电对负载供电。

太阳能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，通过配电对负载进行供电。

中控部分，根据负载情况最优组合太阳能与风能所发的电量；远程通讯功能，可以实现供电系统、抽油机系统数据上传及启动、停机、制动、解除制动、写入参数等控制数据的接收与实施；故障处理及报警功能。

抽油机变频控制器，风光抽油机专用变频器可根据油井工况对冲程频次和上下冲程的速度进行调节提高泵充满系数及排量系数，达到节能，增产，无级调速的效果。直流母线的控制方式可以有效防止系统向电网反送电。

该风电互补供电系统不改变原有供电和控制系统结构，使项目的实施更加简单，改动最小，能量变换的环节最少，系统效率最高，节能减排效果最好，彻底解决了采油井场全天候供电问题。

3 油井井场风光互补供电系统技术方案

本次风光互补供电系统为采油井场抽油机和其他负载供电，利用井场空闲场地，主要以油罐周边和井场边缘为主，安装智能控制系统，利用风能发电和太阳能发电替代现有的柴油发电，降低原油生产能源消耗，实现可再生能源的循环利用。太阳能板可以架装在储罐阳面（组装结构，可拆卸、迁移），辅助小功率风机补充电能。不影响井场原有布局和其他功能。

3.1 油井井场概况

抽油机额定功率37kW，每隔两天天运行一天，间歇运行，理论24小时耗电能：360kWh/天；年耗电能：43800kWh/年。

目前井场供电源：90kW柴油发电机组一套，柴油发电机日平均消耗柴油量：230L/d。其中，抽油机停机期间，井场日常生活用柴油机发电消耗量30L/d。

3.2风光互补供电方案比选

表3-1  新能源发电设备的不同配置方案

*该表格内的数据是理论年平均值（生产日）*

根据上一栏表格综合数据，方案比选分析表：

综合以上各指标对比分析，最优选方案是第二个。投产后，还可根据油井实际生产工况再对新能源发电系统的控制方式优化。 

4 运行情况跟踪

井场风光电互补发电系统于2022年投产，经过一年运行情况分析，年节约柴油2万升，清洁能源替代率达到了95%。新能源供电系统与传统供电系统比较，社会效益和经济效益都非常明显。

5 结语

太阳能和风能发电技术及产品的长足发展，研究开发就地安装、管理方便、资源节约、环境友好的风光互补供电系统奠定了良好的基础。从该系统的研究、建设与应用的结果看，收到了良好的经济效益和巨大的社会效益，为油井开采、稳产，开辟了一条节能、增效、增产、降耗的新路。因此利用抽油机风光互补发电系统对抽油机供电，实现充分利用风能和太阳能，大幅降低能源消耗，对实现“绿色油田”具有重要的意义。

参考文献

[1] 杨艳娟. 天津滨海新区风资源特征分析[C]. 第29届中国气象学会年会2012.

[2] 任绳风, 吕建, 殷洪亮. 天津市太阳能资源分析及其在供暖上的应用[J]. 中国建设动态：阳光能源, 2007, 第2期:34-36.

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