油井风能供电技术

郑焕军1中国科学院广州地球化学研究所； 2大庆油田采油六厂

油井风能供电技术

郑焕军1；21中国科学院广州地球化学研究所； 2大庆油田采油六厂

油井风能供电系统是由风力发电机、配套蓄电池组以及控制器组成的，采取蓄电池组存储后由控制器直接输出的方式。现场实测油井电机启动最大电流为8.99A，表明逆变器和蓄电池组没有瞬间过载峰值出现，保证了风电系统的正常运行。以蓄电池存储为主的离网型风力供电系统不仅可以满足螺杆泵井启动与运行的需要，而且还适合风能资源较好的边远油田的单井供电。

油井；风能；供电；现场试验；效果评价

1 技术路线

目前风力供电技术有两种方式：一是采取离网型风力供电技术，即系统由风力发电机、配套蓄电池组以及控制器组成，采取蓄电池组存储后由控制器直接输出的方式，其优点是投资成本低，便于控制，适合边远单井供电[1]。二是并网型风力供电技术，即风力发电后并入工业电网，再由工业电网给油井供电[2]，其优点是风能利用率高，不受设备容量限制。

2 系统设计

考虑到并网型风力供电对风电品质要求较高，同时控制系统设计成本高，因此选择以蓄电池存储为主的离网型风力供电系统设计。

设计原则：一是风力发电机应尽量高，以得到较大的风速；二是各元件应适应野外低温等恶劣条件；三是考虑到蓄电池组的充放电效果和使用寿命，除主负载以外用电设备应采用市电电源供电设计；四是逆变控制器采用纯正弦波设计，以确保负载和逆变器运行的稳定性。

系统结构：由风力发电机、蓄电池、逆变控制器组成。风力发电机发出交流电，由控制器给蓄电池组充电，经逆变器逆变输出。

3 现场试验

3.1 试验井及风力供电设备参数

选螺杆泵井L3-132，泵型120，电机YB2-160M-6，额定功率7.5kW，产液7t/d。风力发电机为永磁三相同步发电机，设计功率10kW，采取CPU控制自动偏航。风力发电机参数设计见表1。

表1 风力发电机参数设计

逆变器设计为15kVA，逆变控制器参数设计见表2。逆变控制器可实现风电与市电自动切换且风电优先。蓄电池组设计选用了12V/100Ah的免维护型蓄电池40块。

表2 逆变控制器参数设计

3.2 性能测试

3.2.1 测定持续供电风速

现场跟踪测试表明，风速为5m/s时充电功率可达到4kW，此风速以上可连续充电且蓄电池电压稳定，能够长时间给油井连续风力供电。

3.2.2 风力供电连续监测

通过现场安装的螺杆泵井电能在线连续记录仪，可连续记录风电与市电的电压、电流以及功率等参数，可准确测定出风力持续供电电量。

3.2.3 蓄电池组性能试验

现场对蓄电池组满负荷后的油井供电续航时间进行了跟踪监测。实测表明，蓄电池组自530V电压开始给螺杆泵井电机运转供电，经过3小时40分钟，电压降至418V，由蓄电池组供电转为变压器市电供电，现场观测螺杆泵及电机无停转、停机反应，切换迅速，无停滞。风电供电期间，无明显电压波动，油井电机运转平稳无异常，输出电压始终稳定在380V。

实测表明，若在额定风速下，风力发电机能持续运转，蓄电池组可在边充边放的情况下在更长的时间里保证油井电机持续运转，从而进一步缩短市电供电时间。

3.2.4 供电质量对螺杆泵运行影响试验

现场实测油井电机启动最大电流为8.99A，表明逆变器和蓄电池组没有瞬间过载峰值出现，保证了风电系统的正常运行。

4 效果评价

为确定油井风力供电是否具有工业化推广价值，现场从市电、风电分线计量电量与直接监测风能（风速）两方面进行风能有效期的监测评价。

试验监测表明，在风力充足的情况下，可实现无市电情况下的连续供电。按风力供电结果显示，累计利用风力发电占油井用电的30.21%，其中3～5月、9～11月为风能利用高峰期，节能效果明显。

5 结论

（1）油井应用风能供电有着较为广泛的应用前景，尤其是在供电线路不完善的边远油田和风能较为丰富的地区。

（2）通过风电系统可较好得满足螺杆泵井启动与运行需要。

（3）通过逆变系统自动控制可实现风电与市电的自动切换，不影响油井电机与井下泵的运转。

[1]张忠．边远油田小容量电源的供电方案[J]．油气田地面工程，2002，21（3）：79-80．

[2]王子刚，蔡先民．配电电网降耗节能的措施[J]．油气田地面工程，2006，25（10）：33．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.054

郑焕军：高级工程师，1996年毕业于大庆石油学院石油工程专业，中国科学院在读博士，现任大庆油田第六采油厂工程技术大队大队长。

(0459)5837369、zhenghuanjun@petrochina.com.cn

（栏目主持 樊韶华）