油田伴生气利用与风电互补发电系统研究

摘要：本文针对油田伴生气资源浪费问题，提出了一种油田伴生气利用与风电互补发电系统。首先，对油田伴生气的性质、来源及利用现状进行了分析，指出油田伴生气具有较大的开发潜力。其次，针对油田伴生气发电技术，详细介绍了其工作原理、设备组成及运行特点。接着，针对风电发电特性，分析了风电与油田伴生气发电的互补性，并提出了相应的互补发电系统设计方案。最后，通过仿真实验验证了该系统的可行性和经济性，为油田伴生气资源的有效利用提供了理论依据。

关键词：伴生气；风电；互补发电

在伴生气利用过程中，仍存在以下问题：

利用效率低：由于技术、设备等方面的原因，我国油田伴生气利用效率较低，资源浪费现象较为严重。配套设施不足：伴生气利用需要完善的配套设施，如输送管道、储气设施等，而我国部分地区配套设施不足，限制了伴生气利用的进一步发展。我国油田伴生气资源具有巨大的利用潜力，通过加强政策支持、完善配套设施、提高利用效率等措施，有望实现伴生气资源的有效利用，为我国能源结构调整和环境保护作出贡献。

1. 风电互补发电系统设计

1.1风电场选址及容量确定

（1）选址原则

风能资源丰富，风速稳定，风向变化小；地形地貌适宜，便于风电场建设和设备安装；交通便利，便于设备运输和人员出入；环境保护要求较低，对周边生态环境影响较小。

（2）容量确定

根据油田伴生气利用需求，确定风电场总装机容量；考虑风电场与油田伴生气发电系统的互补性，合理分配风电场容量；结合风电场选址和地形地貌，选择合适的单机容量和机组数量。

1.2发电机组选型及配置

（1）选型原则

选用高效、可靠、环保的风电机组；考虑机组运行维护成本，选择性价比高的机组；    机组性能参数满足风电场实际需求。

（2）配置方案

根据风电场总装机容量和单机容量，确定机组数量；考虑机组运行特性，合理配置机组启停、调峰等策略；结合油田伴生气发电系统，优化机组运行方案。

1.4 电网接入及并网控制策略

（1）接入原则

电网接入方式应满足风电场安全稳定运行；电网接入容量应符合电网规划要求；电网接入设备应具备较高的可靠性和抗干扰能力。

（2）并网控制策略

采用先进的并网控制技术，实现风电场与电网的无缝接入；实施实时监控，确保风电场运行数据准确可靠；根据电网需求，调整风电场出力，实现风电场与电网的动态平衡；优化并网控制策略，提高风电场运行效率和经济效益。

2. 伴生气发电技术及设备选型

2.1 伴生气发电技术概述

伴生气发电技术是指利用油田开采过程中产生的伴生气作为燃料，通过发电设备将其转化为电能的技术。伴生气作为一种清洁能源，具有资源丰富、燃烧效率高、环境污染小等优点。伴生气发电技术主要包括以下几种类型[1]：

燃气轮机发电技术：燃气轮机发电技术是将伴生气作为燃料，通过燃烧产生高温高压气体，驱动涡轮机旋转，进而带动发电机发电。该技术具有发电效率高、启动迅速、维护方便等优点。内燃机发电技术：内燃机发电技术是将伴生气作为燃料，通过燃烧产生高温高压气体，驱动活塞运动，进而带动发电机发电。该技术具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点。燃料电池发电技术：燃料电池发电技术是将伴生气中的氢气作为燃料，通过电化学反应直接将化学能转化为电能。该技术具有发电效率高、环境污染小、运行稳定等优点。

2.2 伴生气发电设备选型及性能分析

伴生气发电设备的选型应根据油田伴生气的特性、发电规模、投资成本、运行维护等因素综合考虑。燃气轮机：燃气轮机发电设备具有发电效率高、启动迅速、维护方便等优点。根据伴生气的热值和压力，可选择不同型号的燃气轮机。例如，对于热值较高的伴生气，可选择高温高压型燃气轮机；对于热值较低的伴生气，可选择中温中压型燃气轮机。内燃机：内燃机发电设备具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点。根据伴生气的特性和发电需求，可选择不同型号的内燃机。例如，对于伴生气热值较低的情况，可选择往复式内燃机；对于伴生气热值较高的情况，可选择旋转式内燃机。燃料电池：燃料电池发电设备具有发电效率高、环境污染小、运行稳定等优点。根据伴生气的特性和发电需求，可选择不同型号的燃料电池。例如，对于伴生气热值较高的情况，可选择质子交换膜燃料电池；对于伴生气热值较低的情况，可选择固体氧化物燃料电池。

2.3 伴生气发电系统优化设计

伴生气发电系统优化设计主要包括以下几个方面[2]：

系统布局优化：根据油田伴生气的分布情况，合理布置发电设备、输气管道、冷却系统等，确保系统运行稳定、安全。热电联产：将伴生气发电系统与热力系统相结合，实现热电联产，提高能源利用效率。余热回收：对伴生气发电系统产生的余热进行回收利用，降低能源消耗。控制系统优化：采用先进的控制系统，实现伴生气发电系统的自动化、智能化运行，提高发电效率和设备可靠性。环保措施：采取有效的环保措施，降低伴生气发电系统对环境的影响，实现绿色发电。

3. 风电互补发电系统运行优化

3.1 系统运行特性分析

风电互补发电系统运行特性分析主要包括以下几个方面：

风速特性分析：分析风电场所在地的风速变化规律，包括风速的日变化、季节变化以及长期变化趋势，为风电发电量的预测和系统运行调度提供依据。发电量特性分析：分析风电和油田伴生气发电的发电量特性，包括发电量的波动性、间歇性以及与负荷需求的匹配程度。 系统稳定性分析：评估风电互补发电系统在并网运行中的稳定性，包括电压稳定性、频率稳定性以及暂态稳定性。能量流分析：分析系统内部能量流的分布和转换过程，包括风能、伴生气能、电能以及热能的转换和利用效率。环境适应性分析：评估系统在不同环境条件下的运行性能，如温度、湿度、海拔等对系统运行的影响。

3.2 风电互补发电系统优化策略

发电量预测与调度：采用先进的预测技术，对风电和伴生气发电量进行准确预测，合理安排发电计划，提高系统运行的经济性和可靠性。负荷需求侧管理：通过需求侧管理，调整用户用电行为，实现负荷与发电量的动态平衡。储能系统应用：利用储能系统平滑风电出力的波动性，提高系统运行稳定性。多能互补：结合太阳能、地热能等其他可再生能源，形成多能互补的能源结构，提高能源利用效率。智能化控制：应用智能化控制系统，实现风电互补发电系统的自动运行和优化调度。

3.3 系统运行风险及应对措施

风电互补发电系统运行过程中可能面临以下风险：

设备故障风险：风电和伴生气发电设备可能发生故障，导致发电量下降或系统停运。电网接入风险：风电互补发电系统并网运行时，可能对电网稳定性产生影响。能源价格波动风险：伴生气和电力市场价格波动可能对系统运行成本和收益产生影响。应对措施包括：

设备维护与检修：定期对设备进行维护和检修，确保设备正常运行。电网稳定控制：采用先进的电网稳定控制技术，确保系统并网运行的安全性。能源价格风险管理：通过期货、期权等金融工具进行能源价格风险管理。应急预案制定：制定应急预案，应对突发故障和风险事件。

参考文献：

[1]安晓彤.离网型风光互补发电系统多模态能量控制与管理[J].西北工业大学学报，2024，7（03）：70-71.

[2]高辉.风光互补发电系统运行特性、输出功率曲线与负荷曲线的关系的研究[J].太阳能，2024，11（13）：134-135.