風網(wǎng)互補技術在叢式井組的應用探討

郭占春王林平李合遠楊會豐常振武魏立軍

1.長慶油田分公司 質(zhì)量管理與節(jié)能處 （陜西 西安 710018）

2.長慶油田分公司 油氣工藝研究院 （陜西 西安 710021）

3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 （陜西 西安 710018）

4.長慶油田分公司 第三采油廠質(zhì)量安全環(huán)?？?（寧夏 銀川 750001）

風網(wǎng)互補技術在叢式井組的應用探討

郭占春1王林平2,3李合遠4楊會豐2,3常振武1魏立軍2,3

1.長慶油田分公司 質(zhì)量管理與節(jié)能處 （陜西 西安 710018）

2.長慶油田分公司 油氣工藝研究院 （陜西 西安 710021）

3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 （陜西 西安 710018）

4.長慶油田分公司 第三采油廠質(zhì)量安全環(huán)?？?（寧夏 銀川 750001）

介紹了長慶油田地區(qū)風能資源測試、統(tǒng)計和分析的方法，得出了長慶油田基本位于風能可利用區(qū)的結論；針對長慶油田現(xiàn)狀，提出了分布式風網(wǎng)互補供電系統(tǒng)在油田叢式井組上應用的方案；并對風力發(fā)電進行了效果測試分析。

風能資源評估 風網(wǎng)互補 風力發(fā)電 叢式井組

引言

隨著油氣產(chǎn)量快速增長、產(chǎn)能建設急速推進，長慶油田面臨著機采、注水、集輸、熱力和電力五大系統(tǒng)能耗總量持續(xù)攀升的態(tài)勢，致使節(jié)能工作難度加大；長慶油田的大發(fā)展要立足開發(fā)低滲透、走低成本戰(zhàn)略，建設節(jié)約型企業(yè)，實現(xiàn)油田經(jīng)濟有效開發(fā)，必須解放思想，轉(zhuǎn)變觀念，尋求新的節(jié)能途徑。

長慶油田既是產(chǎn)能大戶,也是耗能大戶,如何降低能耗、減少生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為開展節(jié)能生產(chǎn)的迫切需求；長慶油田地域遼闊，風能資源有利用價值，開展風力發(fā)電技術適用性研究對節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟有著重要的意義。

長慶油氣區(qū)區(qū)域特征及風能資源分布

1 地域特征

長慶油氣區(qū)主要工作區(qū)域在鄂爾多斯盆地及周邊地區(qū)，分布范圍達 37萬km2，橫跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)。北部沙漠草原，南部黃土高原。由于長慶油田山高溝深的特點，多為叢式井組進行開發(fā)方式，具有鉆前投資費用低、節(jié)省土地、易于管理等特點。抽油機為變載設備，常常處在“大馬拉小車”狀態(tài)下運行。長慶油田油氣開發(fā)難度大，單井產(chǎn)量低，屬于典型的“三低”油氣田，地面條件復雜，集輸管線長，加熱點多，自用油耗量大，耗電量大。由于特殊的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，生產(chǎn)基礎的限制，單位產(chǎn)品耗能相對較高，節(jié)能降耗的空間相對較小。

2 風能資源分布及特征

（1）長慶油田風能資源宏觀評估

通過中央氣象局風能太陽能評估中心統(tǒng)計的我國有效風功率密度分布圖（圖 1）、全年風速大于3m/s小時數(shù)分布圖[1,2]和陜甘寧蒙地區(qū)有效風功率密度圖（圖2）、全年風速大于3m/s小時數(shù)分布圖，宏觀上可以得出：榆林長城沿線有較好的風能資源，特別是定邊地區(qū)，風能資源優(yōu)勢明顯。

此外，定邊和鹽池位于陜西寧夏交界地區(qū)，屬大陸性溫帶季風氣候，在每年冬春季節(jié)風力最強，風能資源豐富地區(qū)最大風力可達7～8級，區(qū)內(nèi)無臺風，最大風速小于對風力發(fā)電機葉片產(chǎn)生破壞的風速，適合風力發(fā)電機組全年運行。

圖1 全國有效風功率密度分布圖

圖2 長慶油田風能分布圖

（2）長慶油田風能測試評估

風資源測試和評估水平直接影響風電設備選址以及發(fā)電量的預測，最終反映為風電設備建成后的實際發(fā)電量[3]。而僅從宏觀上不能準確評估油田地區(qū)的風能資源，所以開展風能資源測試評估對提高風力發(fā)電的經(jīng)濟效益至關重要。為了能隨時對風能資料進行監(jiān)測和分析，采用了一種基于GPRS無線傳輸系統(tǒng)的測風儀器進行風速和風向的測量。根據(jù)當?shù)貧庀笳窘?0年風能數(shù)據(jù)和長慶測試點的實測數(shù)據(jù)分析研究，估算出長慶油氣區(qū)部分區(qū)域可利用小時數(shù)如表1，表2是中國氣象科學研究院規(guī)定的風能區(qū)域劃分。

表1 長慶油氣區(qū)部分區(qū)域可利用小時數(shù)

表2 中國氣象科學研究院規(guī)定的風能區(qū)域劃分原則

通過兩組數(shù)據(jù)對比，進一步驗證長慶油田具備風力發(fā)電的客觀條件。

通過對氣象局近10年風能資料和所建測風點的自測數(shù)據(jù)進行分析研究，得出長慶油氣區(qū)年平均風速在3m/s，屬于風能可利用區(qū)，而且年可利用小時數(shù)較大，為長慶油氣區(qū)開展風電技術提供了客觀條件。

風能應用技術發(fā)展現(xiàn)狀

風能是不穩(wěn)定的，如果沒有儲能裝置或與其他發(fā)電裝置互補運行，風力發(fā)電裝置本身難以提供穩(wěn)定的電能輸出。目前國內(nèi)外常見的風力發(fā)電系統(tǒng)的供電方式主要有：獨立運行、并網(wǎng)運行和分布式風網(wǎng)聯(lián)合互補型[4]。

獨立運行又稱離網(wǎng)型，需要采取相應的儲能措施。

并網(wǎng)運行就是采用風力發(fā)電機與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能。

分布式風網(wǎng)聯(lián)合互補供電方式，是指直接將風力發(fā)電設施布置在負載附近，并與電網(wǎng)同時向負載供電的方式，無需上網(wǎng)。

風能技術在長慶油田叢式井組的應用

1 運行方式的選擇

長慶油氣區(qū)生產(chǎn)需持續(xù)供電，若配備蓄電池組進行儲能，則使發(fā)電成本大大增加，所以獨立運行的風力發(fā)電技術在長慶油氣區(qū)能否應用，還有待進一步論證；在風能資源好、用電量比較大的地方可以采用并網(wǎng)運行方式，所發(fā)風電統(tǒng)一輸送到電網(wǎng)，集中使用；分布式風網(wǎng)聯(lián)合互補供電系統(tǒng)采用中小型風力發(fā)電機，尺寸小，安裝運輸靈活，對安裝位置的選址條件要求不高，而且具有就近即發(fā)即用的特點，減少輸電損失。

鑒于風電應用摸索階段，長慶油田在應用風電方面采用中小機型，風網(wǎng)聯(lián)合互補型的供電模式。

2 xx井組風網(wǎng)互補供電方案

為有效利用井組上的風能資源，系統(tǒng)采用風網(wǎng)互補控制供電系統(tǒng)，且要實現(xiàn)風力發(fā)電優(yōu)先使用，不管發(fā)電功率有多大都優(yōu)先給抽油機供電，不足部分再用網(wǎng)電補充，整個系統(tǒng)風電供電為主，網(wǎng)電補充為輔。方案設計時，必須首先考慮抽油機生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

圖3為風網(wǎng)互補供電系統(tǒng)現(xiàn)場實施方案。圖4為現(xiàn)場安裝效果圖。3臺抽油機和1臺風力發(fā)電機組成一個風網(wǎng)系統(tǒng)。風機所發(fā)交流電整流為直流電送到所在區(qū)域直流母線網(wǎng)上，并被分配到抽油機風網(wǎng)互補供電控制箱，同時網(wǎng)電也經(jīng)整流裝置接到所在區(qū)域直流母線網(wǎng)上，每個抽油機風網(wǎng)互補供電控制箱通過抽油機變頻控制柜后連接1臺抽油機。

該方案的特點是將風網(wǎng)互補這個供電系統(tǒng)作為一個相對獨立的供電電源，代替單獨的網(wǎng)電給設備負載供電。

在該方案中，網(wǎng)電接入風網(wǎng)互補控制供電箱，將380V交流電整流轉(zhuǎn)換成直流電，接入直流母線。風力機運行所發(fā)出的電能通過風力發(fā)電機整流控制箱，用電壓源電流源轉(zhuǎn)換技術將整流升壓穩(wěn)壓在一個比網(wǎng)電整流電壓稍高的電壓值，然后連接到風網(wǎng)互補控制器的直流母線上。由于風電和網(wǎng)電之間存在一個微小的電壓差，而風電整流電壓又稍高于網(wǎng)電整流電壓，所以不管風大風小系統(tǒng)都將優(yōu)先使用風電。

長慶油田受低壓、低滲等儲層物性影響，單井產(chǎn)液量比較低，使得電機處于“大馬拉小車”的現(xiàn)象，本系統(tǒng)在抽油機前增加了變頻控制柜，將風網(wǎng)互補控制供電箱的直流電逆變成交流電，并采用變頻方法，可根據(jù)油井井下具體情況，通過調(diào)節(jié)輸出頻率的方法，方便快捷的調(diào)節(jié)機采參數(shù)，實現(xiàn)對抽油機進行變頻控制。

3 風電運行數(shù)據(jù)

通過一個月運行情況來看，結合風能資源評估結果，繪制出2010年6月日發(fā)電量與日平均風速的變化曲線（圖5）。

圖3 風網(wǎng)互補系統(tǒng)示意圖

圖4 現(xiàn)場實物圖

測試風電與網(wǎng)電的整流電壓可以看出，風電整流電壓為513V，網(wǎng)電整流電壓為510V,風電整流電壓高于網(wǎng)電整流電壓，實現(xiàn)風電優(yōu)先使用的目的。

4 經(jīng)濟效益和社會效益

在風資源充足的叢式井組應用風電的情況下，將大大降低網(wǎng)電用電量，而且減少大量有毒有害氣體的排放，節(jié)能減排效果明顯。隨著國家政策扶持力度的加大、技術不斷成熟完善和成本的降低，風能的應用前景相當明朗。

結論

（1）長慶油田具備開展風能技術的客觀條件；

（2）風網(wǎng)互補供電系統(tǒng)用于叢式井組，無需上網(wǎng)，隨發(fā)隨用；采用變頻技術，解決了抽油機“大馬拉小車”的問題；

（3）長慶油田既是產(chǎn)能大戶,也是耗能大戶,開展風電技術應用研究對長慶油田節(jié)能減排工作有著重要的意義。

[1]薛桁,朱瑞兆,楊振斌,等.中國風能資源貯量估算[J].太陽能學報，2001，22（2）：167-170.

[2]宮靖遠.風電場工程技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[3]張洋，劉雪楓，李強.風資源評估綜述[J].水利水電機械，2007，29（5）：72-75.

[4]李俊峰,高虎,王仲穎,等.2008中國風電發(fā)展報告[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2008.

An introduction is given to the testing,statistical and analytical methods of wind energy resource in Chanagqing Oilfield. Then it is concluded that Changqing Oilfield is located in the area where wind energy resource is available.According to the status quo of Changqing Oilfield,the program is proposed that is about the application of the power supply system of distributed wind power grid complementary to oilfield cluster well group.Meanwhile,an analysis is carried out on the effect test of wind power generation.

wind energy resource assessment;wind power grid power complementary;wind power generation;cluster well group

郭占春（1963-），男，高級工程師，現(xiàn)任長慶油田質(zhì)量管理與節(jié)能處處長，主要從事油田質(zhì)量管理和節(jié)能管理工作。

2010-09-14