油田多能互补分布式能源站技术应用

ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２０.０４.００８

油田多能互补分布式能源站技术应用

李　庆(大庆油田工程有限公司ꎬ大庆１６３０００)

摘　要:风、光伏等新能源发电项目兴起ꎬ需要火力发电机组做调峰ꎬ传统的天然气发电项目因成本问题受到限制ꎬ随着分布式能源站技术推广ꎬ利用燃气发电机组快速调峰能力ꎬ融合新能源发电ꎬ多能互补能源供应系统技术得以应用ꎬ新能源利用率显著提高ꎮ油田天然气资源丰富ꎬ风、光能充沛ꎬ电网规模容量大ꎬ诸多条件决定了油田具备建立多能互补能源系统的优势ꎮ对油田多能互补能源优化利用ꎬ多能互补分布式能源站建设方式ꎬ运行调节、能源梯级利用节能效果进行了分析研究ꎮ关键词:多能互补ꎻ分布式能源站ꎻ燃气发电ꎻ油田含油污水余热中图分类号:ＴＥ０９ 文献标志码:Ａ 文章编号:１００９－３２３０(２０２０)０４－００３０－０４ＯｉｌｆｉｅｌｄＭｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＥｎｅｒｇｙＳｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ＬＩＱｉｎｇ(ＤａｑｉｎｇＯｉｌｆｉｅｌｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＤａｑｉｎｇ１６３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｉｓｅｏｆｗｉｎｄꎬｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｎｄｏｔｈｅｒｎｅｗｅｎｅｒｇｙｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓｒｅｑｕｉｒｅｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔｓｔｏｐｅｒｆｏｒｍｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇ.Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｄｕｅｔｏｃｏｓｔｉｓｓｕｅｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｕｓｅｏｆｇａｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｔｏｑｕｉｃｋｌｙｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎬｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄꎬａｎｄｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｈａｓｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ.Ｏｉｌｆｉｅｌｄｓａｒｅｒｉｃｈｉｎｎａｔｕｒａｌｇａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓꎬａｂｕｎｄａｎｔｗｉｎｄａｎｄｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙꎬａｎｄｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃａｐａｃｉｔｙ.Ｍａｎｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｉｌｆｉｅｌｄｓｉｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍｓ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓｉｎｔｈｅｏｉｌｆｉｅｌｄꎬｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎｓꎬｏｐｅｒａｔｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔꎬａｎｄｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃａｓｃａｄｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎꎻｇａｓｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎻｗａｓｔｅｈｅａｔｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ０　引　言

收稿日期:２０２０－０３－２０ 修订日期:２０２０－０３－２６作者简介:李　庆(１９６７－)ꎬ男ꎬ本科ꎬ高级工程师ꎬ从事油田管道设计及能源动力研究工作ꎮ近几年我国天然气发电发展速度较快ꎬ因天然气价高ꎬ发电成本远高于传统煤电ꎬ未来规模发展受政策影响较大ꎮ新能源发电稳定性不佳ꎬ调峰能力不足ꎬ为天然气发电与新能源融合发展创造了条件ꎮ天然气发电与风电、光伏融合发展可解决弃风、弃光问题ꎬ提高发电小时数ꎬ降低发电成本ꎮ当前ꎬ风电、光伏等新能源的快速发展已是大势所趋ꎬ天然气作为传统能源在能源生产和消费革命的大背景下ꎬ必须要重新定位ꎬ处理好与新能０３ 应用能源技术 ２０２０年第４期(总第２６８期)源之间的发展关系ꎬ扩大天然气利用领域ꎬ探索天然气与风能、光能等清洁能源融合发展路径ꎮ确保在未来能源体系中占据有利地位ꎮ１　油田多能互补能源优化利用多能互补系统是传统分布式能源应用的拓展ꎬ多种能源按照不同资源条件和用能对象ꎬ采取多种能源互相补充和梯级利用ꎬ从而提升能源系统的综合利用效率ꎬ缓解能源供需矛盾ꎬ构成丰富的清洁、低碳供能结构体系ꎮ１.１　油田多能互补能源站建设优势１.１.１　风力资源大庆地区风能源开发潜力大ꎮ春秋风速偏大ꎬ冬夏风速较小ꎬ呈季风特征ꎮ年有效风速持续时间长ꎬ年平均风速３.８ｍ/ｓꎬ个别地区在７ｍ/ｓ以上ꎬ年大于６级风日数为３０天ꎬ７０ｍ轮毂高度全年有效风速可利用小时数为２８１６ｈ以上ꎬ全市可供开发风电资源总量在５００万ｋＷ以上ꎮ１.１.２　地热资源大庆油田低温余热丰富ꎬ用热需求大ꎮ油田最大可利用地热资源为含油污水ꎮ回注含油污水量１９５.１７×１０４ｍ３/ｄꎬ含油污水的温度基本在３０－３５℃之间ꎬ蕴含丰富的热能ꎮ按照水源热泵最高提取温度１０℃计算ꎬ每年可提取余热量折算１０１.８万ｔ标准煤ꎮ１.１.３　油田电网大庆油田电力网消纳能力强ꎮ作为最大油田ꎬ疆域广阔ꎬ拥有自己的电厂与企业电网ꎬ电力网消纳能力强ꎮ同时拥有总量大ꎬ相对平稳的电力、热力需求ꎬ年发电量约５０亿ｋＷ􀅰ｈꎬ年供电量１５０亿ｋＷ􀅰ｈꎮ１.１.４　技术路线油田多能互补分布能源站适合采用“终端模式”ꎬ实现多能协同供应和能源梯级利用ꎮ油田站场进行风、气、地热资源相互融合ꎬ气电、风电相互补充ꎬ最大限度消纳风电ꎬ气电调峰ꎬ稳定输出电量接入油田电网ꎻ燃气发电机组高温烟气余热回收ꎬ烟气型补燃吸收式热泵机组ꎬ回收含油污水余热ꎬ供站场用热ꎮ技术路线框图如图１所示ꎮ

图１２　油田多能互补分布式能源站油田分布式能源站采用风电－气电多能互补方式ꎬ保持发电系统输出功率在一段时间内相对稳定ꎬ以风力发电为主ꎬ不足的电量由燃气发电进行补充ꎬ机组产生的余热全部回收利用ꎮ风力发电与燃气发电在能源站升压至３５ｋＶ后就近接入油田１１０ｋＶ变电所ꎮ为提高上网电量ꎬ风电场控制在最大功率跟踪模式ꎬ以最大程度利用风能ꎮ同时向区域电网能量管理系统上传输出功率等信息ꎮ能量管理系统综合风功率预测系统的数据和风电场传输的实时数据ꎬ得到燃机出力的基准值ꎬ对燃机出力进行调节ꎮ油田典型站场冬季生产、供暖供热负荷约９􀆰５ＭＷꎬ夏季生产供热负荷４.８ＭＷꎬ选用２台燃气发电机组ꎬ额定发电功率５.８３８ＭＷꎻ每台机组配１台烟气型补燃吸收式热泵机组ꎬ供热负荷５ＭＷꎮ风力发电站规模可按照４台３ＭＷ风力发电机ꎮ本工程工艺系统流程框图如图２所示ꎮ３　油田多能互补分布式能源站节能分析３.１　分布式能源站运行机制燃气机组余热负荷与站场热负荷相匹配ꎬ最１３２０２０年第４期(总第２６８期) 应用能源技术　

图２大限度实现能源梯级利用ꎮ全年发电功率分阶段稳定输出保持在８~１２ＭＷ之间ꎬ年发电量约８２５０×１０４ｋＷ􀅰ｈꎮ风力发电功率与燃气发电功率互补曲线图、油田站场用热负荷与气电提供热负荷曲线分别如图３－４所示ꎮ

图３　风力发电功率与燃气发电功率曲线图３.２　多能互补能源站输出调节分布式能源站以分阶段输出稳定电量为基本原则ꎬ风电全部消纳ꎬ燃气发电做调峰ꎬ燃机余热全部回收ꎬ做到能源梯级利用ꎮ气电最大发电功率根据供热负荷的季节变化做调整

ꎮ图４　站场用热负荷与燃气发电机组余热负荷曲线图风力电站与燃气发电功率变化曲线ꎬ燃气电站供热负荷变化曲线分别如图５－６所示ꎮ风电与气电电力输出互补关系如图７所示ꎮ风力发电站４台３ＭＷ风电机组ꎬ经计算全年利用小时数约２８１６小时ꎬ年发电量３３８０×１０４ｋＷ􀅰ｈꎮ燃气电站２台５.８３８ＭＷ燃气发电机组ꎬ受供热负荷与总发电功率的限制ꎬ全年利用小时数约４１７３小时ꎬ年发电量４８７０×１０４ｋＷ􀅰ｈꎮ３.３　分布式能源站消耗及产出分布式能源站夏季发电输出功率８ＭＷꎬ冬２３ 应用能源技术 ２０２０年第４期(总第２６８期)季发电输出功率１２ＭＷꎮ年发电量为８２５０×１０４ｋＷ􀅰ｈꎬ年供热量为１９.８×１０４ＧＪꎬ年消耗天然气量为１０９６×１０４Ｎｍ３ꎮ与同等规模燃气发电比较节省天然气约６００×１０４Ｎｍ３ꎮ

图５　风力发电与燃气发电功率曲线图

图６　

燃气电站供热负荷曲线图图７　全年燃气发电量曲线图４　结束语天然气多能互补分布式能源站燃气内燃机组做风电调峰ꎬ负荷变化频率高ꎬ变化范围大ꎬ对国内燃气发动机组运行性能ꎬ发电系统调控技术提出较高要求ꎮ设备性能、调节技术突破ꎬ实现多能互补、能源梯级利用ꎬ可以为用户提供安全、稳定、可靠的电力和热力等能源保障ꎬ具有较好的经济效益和社会效益ꎮ３３２０２０年第４期(总第２６８期) 应用能源技术