油田多能互補分布式能源站技術應用

(大慶油田工程有限公司，大慶 163000)

0 引 言

近幾年我國天然氣發電發展速度較快，因天然氣價高，發電成本遠高于傳統煤電，未來規模發展受政策影響較大。新能源發電穩定性不佳，調峰能力不足，為天然氣發電與新能源融合發展創造了條件。天然氣發電與風電、光伏融合發展可解決棄風、棄光問題，提高發電小時數，降低發電成本。

當前，風電、光伏等新能源的快速發展已是大勢所趨，天然氣作為傳統能源在能源生產和消費革命的大背景下，必須要重新定位，處理好與新能源之間的發展關系，擴大天然氣利用領域，探索天然氣與風能、光能等清潔能源融合發展路徑。確保在未來能源體系中占據有利地位。

1 油田多能互補能源優化利用

多能互補系統是傳統分布式能源應用的拓展，多種能源按照不同資源條件和用能對象，采取多種能源互相補充和梯級利用，從而提升能源系統的綜合利用效率，緩解能源供需矛盾，構成豐富的清潔、低碳供能結構體系。

1.1 油田多能互補能源站建設優勢

1.1.1 風力資源

大慶地區風能源開發潛力大。春秋風速偏大，冬夏風速較小，呈季風特征。年有效風速持續時間長，年平均風速3.8 m/s，個別地區在7 m/s以上，年大于6級風日數為30天，70 m輪轂高度全年有效風速可利用小時數為2 816 h以上，全市可供開發風電資源總量在500萬kW以上。

1.1.2 地熱資源

大慶油田低溫余熱豐富，用熱需求大。油田最大可利用地熱資源為含油污水。回注含油污水量195.17×104m3/d，含油污水的溫度基本在30-35℃之間，蘊含豐富的熱能。按照水源熱泵最高提取溫度10 ℃計算，每年可提取余熱量折算101.8萬t標準煤。

1.1.3 油田電網

大慶油田電力網消納能力強。作為最大油田，疆域廣闊，擁有自己的電廠與企業電網，電力網消納能力強。同時擁有總量大，相對平穩的電力、熱力需求，年發電量約50億kW·h，年供電量150億kW·h。

1.1.4 技術路線

油田多能互補分布能源站適合采用“終端模式”，實現多能協同供應和能源梯級利用。油田站場進行風、氣、地熱資源相互融合，氣電、風電相互補充，最大限度消納風電，氣電調峰，穩定輸出電量接入油田電網；燃氣發電機組高溫煙氣余熱回收，煙氣型補燃吸收式熱泵機組，回收含油污水余熱，供站場用熱。

技術路線框圖如圖1所示。

2 油田多能互補分布式能源站

油田分布式能源站采用風電-氣電多能互補方式，保持發電系統輸出功率在一段時間內相對穩定，以風力發電為主，不足的電量由燃氣發電進行補充，機組產生的余熱全部回收利用。風力發電與燃氣發電在能源站升壓至35 kV后就近接入油田110 kV變電所。

為提高上網電量，風電場控制在最大功率跟蹤模式，以最大程度利用風能。同時向區域電網能量管理系統上傳輸出功率等信息。能量管理系統綜合風功率預測系統的數據和風電場傳輸的實時數據，得到燃機出力的基準值，對燃機出力進行調節。

油田典型站場冬季生產、供暖供熱負荷約9.5 MW，夏季生產供熱負荷4.8 MW，選用2臺燃氣發電機組，額定發電功率5.838 MW；每臺機組配1臺煙氣型補燃吸收式熱泵機組，供熱負荷5 MW。風力發電站規模可按照4臺3 MW風力發電機。

本工程工藝系統流程框圖如圖2所示。

3 油田多能互補分布式能源站節能分析

3.1 分布式能源站運行機制

燃氣機組余熱負荷與站場熱負荷相匹配，最大限度實現能源梯級利用。全年發電功率分階段穩定輸出保持在8～12 MW之間，年發電量約8 250×104kW·h。風力發電功率與燃氣發電功率互補曲線圖、油田站場用熱負荷與氣電提供熱負荷曲線分別如圖3-4所示。

3.2 多能互補能源站輸出調節

分布式能源站以分階段輸出穩定電量為基本原則，風電全部消納，燃氣發電做調峰，燃機余熱全部回收，做到能源梯級利用。氣電最大發電功率根據供熱負荷的季節變化做調整。

風力電站與燃氣發電功率變化曲線，燃氣電站供熱負荷變化曲線分別如圖5-6所示。

風電與氣電電力輸出互補關系如圖7所示。

風力發電站4臺3 MW風電機組，經計算全年利用小時數約2 816小時，年發電量3 380×104kW·h。燃氣電站2臺5.838 MW燃氣發電機組，受供熱負荷與總發電功率的限制，全年利用小時數約4 173小時，年發電量4870×104kW·h。

3.3 分布式能源站消耗及產出

分布式能源站夏季發電輸出功率8 MW，冬季發電輸出功率12 MW。年發電量為8 250×104kW·h，年供熱量為19.8×104GJ，年消耗天然氣量為1 096×104Nm3。與同等規模燃氣發電比較節省天然氣約600×104Nm3。

4 結束語

天然氣多能互補分布式能源站燃氣內燃機組做風電調峰，負荷變化頻率高，變化范圍大，對國內燃氣發動機組運行性能，發電系統調控技術提出較高要求。

設備性能、調節技術突破，實現多能互補、能源梯級利用，可以為用戶提供安全、穩定、可靠的電力和熱力等能源保障，具有較好的經濟效益和社會效益。