分布式能源梯级利用_熊超

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㊀庆(大庆油田工程有限公司ꎬ大庆１６３０００)摘㊀要:风㊁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㊁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㊁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:ＴＥ０９㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２０)０４－００３０－０４ＯｉｌｆｉｅｌｄＭｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＥｎｅｒｇｙＳｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬＩＱｉｎｇ(ＤａｑｉｎｇＯｉｌｆｉｅｌｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＤａｑｉｎｇ１６３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｉｓｅｏｆｗｉｎｄꎬｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｎｄｏｔｈｅｒｎｅｗｅｎｅｒｇｙｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓｒｅｑｕｉｒｅｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔｓｔｏｐｅｒｆｏｒｍｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇ.Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｄｕｅｔｏｃｏｓｔｉｓｓｕｅｓ.Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｕｓｅｏｆｇａｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｔｏｑｕｉｃｋｌｙｐｅａｋｓｈａｖｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎬｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄꎬａｎｄｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｈａｓｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ.Ｏｉｌｆｉｅｌｄｓａｒｅｒｉｃｈｉｎｎａｔｕｒａｌｇａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓꎬａｂｕｎｄａｎｔｗｉｎｄａｎｄｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙꎬａｎｄｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃａｐａｃｉｔｙ.Ｍａｎｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｏｉｌｆｉｅｌｄｓｉｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍｓ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓｉｎｔｈｅｏｉｌｆｉｅｌｄꎬｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎｓꎬｏｐｅｒａｔｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔꎬａｎｄｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃａｓｃａｄｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔａｔｉｏｎꎻｇａｓｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎻｗａｓｔｅｈｅａｔｏｆｏｉｌｙｓｅｗａｇｅｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ０㊀引㊀言收稿日期:２０２０－０３－２０㊀㊀修订日期:２０２０－０３－２６作者简介:李㊀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㊁光伏融合发展可解决弃风㊁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㊁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㊁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ꎮ１㊀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㊁低碳供能结构体系ꎮ１.１㊀油田多能互补能源站建设优势１.１.１㊀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ꎮ１.１.２㊀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１９５.１７ˑ１０４ｍ３/ｄꎬ含油污水的温度基本在３０－３５ħ之间ꎬ蕴含丰富的热能ꎮ按照水源热泵最高提取温度１０ħ计算ꎬ每年可提取余热量折算１０１.８万ｔ标准煤ꎮ１.１.３㊀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㊁热力需求ꎬ年发电量约５０亿ｋＷ ｈꎬ年供电量１５０亿ｋＷ ｈꎮ１.１.４㊀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㊁气㊁地热资源相互融合ꎬ气电㊁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１２㊀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㊁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ꎮ３㊀油田多能互补分布式能源站节能分析３.１㊀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８２５０ˑ１０４ｋＷ ｈꎮ风力发电功率与燃气发电功率互补曲线图㊁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３㊀风力发电功率与燃气发电功率曲线图３.２㊀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４㊀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３３８０ˑ１０４ｋＷ 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４８７０ˑ１０４ｋＷ ｈꎮ３.３㊀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冬季发电输出功率１２ＭＷꎮ年发电量为８２５０ˑ１０４ｋＷ ｈꎬ年供热量为１９.８ˑ１０４ＧＪꎬ年消耗天然气量为１０９６ˑ１０４Ｎｍ３ꎮ与同等规模燃气发电比较节省天然气约６００ˑ１０４Ｎｍ３ꎮ图５㊀风力发电与燃气发电功率曲线图图６㊀燃气电站供热负荷曲线图图７㊀全年燃气发电量曲线图４㊀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㊁调节技术突破ꎬ实现多能互补㊁能源梯级利用ꎬ可以为用户提供安全㊁稳定㊁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ꎮ。

多能互补分布式能源与综合能源管理系统优化调度摘要：综合能源系统（IntegratedEnergySystem,IES）是指在规划、设计、建设和运行等过程中，对各类能源的产生、传输、存储、消费等环节进行有机协调与优化的社会综合能源产供销一体化系统。

综合能源系统以其灵活性、可靠性好，能源利用效率高，近年来在国内外应用愈加广泛。

关键词：多能互补；分布式能源；综合能源管理；互联网＋智慧能源系统引言低碳化、智能化、高效化成了当今世界能源发展的大趋势。

多能参与、多目标优化、多变量控制的综合能源协同调度策略和数字化综合能源管廊的协同传输极大地促进了能源行业的发展同时实现了能源与信息等领域的技术融合与发展。

如今，以冷、热、电联供系统(combinedcoolingheatingandpower，CCHP)为依托，纵向考虑源-网-荷-储四个部分的区域综合能源系统(regionalintegratedenergysystem，ＲIES)实现了能源的梯级利用，提高了能源的利用率和区域的经济效益。

1综合能源系统结构综合能源系统并不是一个全新的系统，它以传统电力系统为核心，利用风、光、气等多种可再生资源，整合供冷/热、供气系统，从而实现了冷、热、电、气的协同供应。

典型的综合能源系统可以分为：能源供应端、能量转换设备、能量储存装置、能量输配系统和用户终端。

其中，能源供应端通常包含不止一种形式的能量，以发电为例，能源供应可以通过风光发电、燃气发电或传统的化石燃料发电等方式。

供应能源的多元化也保证了发电的可靠性，当某一能源供应端供能不足时，其他几种供能端能够实现能量的及时补足。

能量转换设备如电转气机组、燃气轮机、热泵、锅炉等设备能够实现不同形式的能量之间的转换，在能量不断从高品位到低品位降低的过程中，实现能量梯级利用的最大化。

能量储存设备的不断发展，减少了能量的大量浪费现象，在能量过剩时将其储存起来，便于后续能量短缺时的调节，提高了系统的灵活性。

多能源互补的分布式供能系统分布式冷热电联供系统（以下称CCHP系统）作为一种由动力、余热利用及蓄能等多个子系统集成构成的复杂系统，目前尚处于快速发展的阶段，正在得到逐步深入的研究。

CCHP系统的构成特点是输入与输出的能源形式以及内部的构成形式均具有显著的多样性。

它是由多种形式的热力过程和多个供能系统所集成的总能系统，其内部相对独立的各个热力子系统之间存在大量的能量、物质传递和交换过程。

它的总体性能不仅与各子系统的具体形式和性能参数有关，更为重要的是还取决于系统构成流程形式以及各子系统间的热力参数匹配情况。

在CCHP系统的设计、优化和运行过程中涉及到两种类型工况，即设计工况和变工况，且两者存在本质差异。

在联产系统的配置和优化过程中，对两种工况都需要关注。

CCHP系统集成要综合考虑上述诸多复杂因素，不断丰富和完善，形成系统集成优化的理论体系。

基于能的梯级利用、不同形式能量间的互补和全工况运行等原理，本文介绍CCHP系统集成优化的理论框架，其中包括能的综合梯级利用，能源、资源与环境的综合互补，以及基于全工况特性的系统集成等CCHP系统的集成优化思路及措施。

1．基于能的综合梯级利用的系统集成（1）热能品位对口，梯级利用CCHP系统中，通常高品位的热能多来自于化石燃料燃烧。

而中、低品位的热能主要来自于联产系统上游某热力子系统的输出，但有时也可能来自于联产系统相关外界的可再生能源系统或外界环境。

因此，在利用中温和低温热能时，需要对用户的需求以及各个热力子系统的功能进行仔细分析。

动力子系统的输出为高品位的电，因而对输入热能的品位要求很高。

对于吸收式制冷机和吸收式热泵而言，需要的热源温度则更低一些，如双效溴化锂吸收式制冷机要求热源温度在120℃左右。

而用户需要的生活热水和供暖所需热量的温度只需60℃左右。

由此可见，燃料燃烧产生的高热量应优先用于提供给动力子系统，做功发电，经过这一级利用后，再为吸收循环提供热源，驱动制冷或热泵，温度进一步降低后，再通过简单换热生产热水。

第5届全球分布式能源及储能(中国)峰会在北京举行吴延鹏【期刊名称】《暖通空调》【年(卷),期】2015(0)7【摘要】2015年6月16日，第5届全球分布式能源及储能（中国）峰会在北京国家会议中心举行。

国家能源分布式能源技术研发中心、中国科学院工程热物理研究所隋军研究员作了《分布式能源系统的综合梯级利用技术》的报告，指出分布式供能和大规模集中供能的有机结合是未来能源系统的发展方向，为解决小型化分布式系统的难题，需要发展综合梯级利用技术。

综合梯级利用关键技术分为高品位、中品位和低品位用能3种。

【总页数】1页(P105-105)【关键词】分布式能源系统;中国科学院;北京;储能;分布式供能;能源技术;梯级利用;物理研究所【作者】吴延鹏【作者单位】《暖通空调》编辑部【正文语种】中文【中图分类】TU111.48【相关文献】1.中国科学院纳米科学技术中心成立/北京高压科学研究中心成立/中国科学院举行博士学位授予仪式/"2000中国国际科普论坛"在京举行/全球第一个互联网有限元软件研制成功/隆重纪念华罗庚诞辰九十周年/纪念量子论创立一百周年学术报告会在京举行/普若岗日冰原国际科学考察队胜利凯旋/中国科学院院士为深圳、珠海发展出谋献策 [J],2.分布式新能源已成为全球能源发展新方向第六届中国开放论坛--“分布式新能源应用与推广高峰论坛”在甬举行 [J], 梁林春;万颖华3.2019年中国国际服务贸易交易会全球服务贸易峰会在北京举行胡春华出席2019年中国国际服务贸易交易会全球服务贸易峰会并发表主旨演讲 [J], 无[1]4.全球环境基金（GEF）“中国新能源汽车和可再生能源综合应用商业化推广”项目启动会在京举行 [J], 工信部5.第三届国际智能电网建设分布式能源及储能技术设备展览会在北京开幕 [J], 本刊编辑部因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。