風網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 質量管理與節能處 （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 第三采油廠質量安全環保科 （寧夏 銀川 750001）

風網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 質量管理與節能處 （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 第三采油廠質量安全環保科 （寧夏 銀川 750001）

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

風能資源評估 風網互補 風力發電 叢式井組

引言

隨著油氣產量快速增長、產能建設急速推進，長慶油田面臨著機采、注水、集輸、熱力和電力五大系統能耗總量持續攀升的態勢，致使節能工作難度加大；長慶油田的大發展要立足開發低滲透、走低成本戰略，建設節約型企業，實現油田經濟有效開發，必須解放思想，轉變觀念，尋求新的節能途徑。

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

長慶油氣區區域特征及風能資源分布

1 地域特征

長慶油氣區主要工作區域在鄂爾多斯盆地及周邊地區，分布范圍達 37萬km2，橫跨陜甘寧蒙晉五省區。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方式，具有鉆前投資費用低、節省土地、易于管理等特點。抽油機為變載設備，常常處在“大馬拉小車”狀態下運行。長慶油田油氣開發難度大，單井產量低，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。由于特殊的地理環境和地質條件，生產基礎的限制，單位產品耗能相對較高，節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小時數分布圖[1,2]和陜甘寧蒙地區有效風功率密度圖（圖2）、全年風速大于3m/s小時數分布圖，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，風能資源優勢明顯。

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

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電量的預測，最終反映為風電設備建成后的實際發電量[3]。而僅從宏觀上不能準確評估油田地區的風能資源，所以開展風能資源測試評估對提高風力發電的經濟效益至關重要。為了能隨時對風能資料進行監測和分析，采用了一種基于GPRS無線傳輸系統的測風儀器進行風速和風向的測量。根據當地氣象站近10年風能數據和長慶測試點的實測數據分析研究，估算出長慶油氣區部分區域可利用小時數如表1，表2是中國氣象科學研究院規定的風能區域劃分。

表1 長慶油氣區部分區域可利用小時數

表2 中國氣象科學研究院規定的風能區域劃分原則

通過兩組數據對比，進一步驗證長慶油田具備風力發電的客觀條件。

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

風能應用技術發展現狀

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

獨立運行又稱離網型，需要采取相應的儲能措施。

并網運行就是采用風力發電機與電網連接，由電網輸送電能。

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

風能技術在長慶油田叢式井組的應用

1 運行方式的選擇

長慶油氣區生產需持續供電，若配備蓄電池組進行儲能，則使發電成本大大增加，所以獨立運行的風力發電技術在長慶油氣區能否應用，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運行方式，所發風電統一輸送到電網，集中使用；分布式風網聯合互補供電系統采用中小型風力發電機，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，風網聯合互補型的供電模式。

2 xx井組風網互補供電方案

為有效利用井組上的風能資源，系統采用風網互補控制供電系統，且要實現風力發電優先使用，不管發電功率有多大都優先給抽油機供電，不足部分再用網電補充，整個系統風電供電為主，網電補充為輔。方案設計時，必須首先考慮抽油機生產的連續性、穩定性。

圖3為風網互補供電系統現場實施方案。圖4為現場安裝效果圖。3臺抽油機和1臺風力發電機組成一個風網系統。風機所發交流電整流為直流電送到所在區域直流母線網上，并被分配到抽油機風網互補供電控制箱，同時網電也經整流裝置接到所在區域直流母線網上，每個抽油機風網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互補這個供電系統作為一個相對獨立的供電電源，代替單獨的網電給設備負載供電。

在該方案中，網電接入風網互補控制供電箱，將380V交流電整流轉換成直流電，接入直流母線。風力機運行所發出的電能通過風力發電機整流控制箱，用電壓源電流源轉換技術將整流升壓穩壓在一個比網電整流電壓稍高的電壓值，然后連接到風網互補控制器的直流母線上。由于風電和網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電整流電壓，所以不管風大風小系統都將優先使用風電。

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

3 風電運行數據

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月日發電量與日平均風速的變化曲線（圖5）。

圖3 風網互補系統示意圖

圖4 現場實物圖

測試風電與網電的整流電壓可以看出，風電整流電壓為513V，網電整流電壓為510V,風電整流電壓高于網電整流電壓，實現風電優先使用的目的。

4 經濟效益和社會效益

在風資源充足的叢式井組應用風電的情況下，將大大降低網電用電量，而且減少大量有毒有害氣體的排放，節能減排效果明顯。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）風網互補供電系統用于叢式井組，無需上網，隨發隨用；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中國風電發展報告[M].北京：中國環境科學出版社，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，現任長慶油田質量管理與節能處處長，主要從事油田質量管理和節能管理工作。

2010-09-14