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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 風(fēng)力發(fā)電和變頻抽油機(jī)群共直流母線能量管理系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前，油田抽油機(jī)是油田最大耗電大戶，平均效率僅為25.96%。我國的多為低滲透低產(chǎn)油田，以電能換石油是我國油田產(chǎn)油現(xiàn)實(shí)情況。本方案通過改變抽油控制策略，創(chuàng)新性的將多臺(tái)抽油機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)過實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整速率，提高抽油每次抽有效率，用最少的電能換取最多的石油。并且將風(fēng)能引入到本方案作為抽油機(jī)提供清潔能源。此方案不僅對原油增產(chǎn)、原油生產(chǎn)成本降低和緩解當(dāng)前能源緊張狀況具有重義。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，油田抽油機(jī)（俗稱磕頭機(jī)）是應(yīng)用最普遍的石油開采機(jī)械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40％，且總體效率很低，據(jù)調(diào)查我國平均效率為25.96%，而國外平均水平為30.05%。我國的油田不像中東的油田那樣有很強(qiáng)的自噴能力，多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，以電能換石油是我國油田產(chǎn)油現(xiàn)實(shí)情況。以往節(jié)能方案是研制節(jié)能電機(jī)，達(dá)到節(jié)能效果，但是要更換電機(jī)成本較大，不利于推廣。本方案通過改變抽油控制策略，創(chuàng)新性的將多臺(tái)抽油機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)過實(shí)時(shí)監(jiān)控抽油量，進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)整速率，減少抽油機(jī)抽油過程的不必要損耗，提高抽油效率，并且將抽油機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的能量通過并聯(lián)系統(tǒng)輸送到有需要的抽油機(jī)上，從而用最少的電能盡可能換取最多的石油。不僅如此，此方案還為風(fēng)電這種清潔能源的使用開創(chuàng)了新思路，將風(fēng)能引入到本方案作為抽油機(jī)使用的能源的一部分可以有效地減少對電網(wǎng)電能的使用以及使用電網(wǎng)電能時(shí)在傳輸線路上的損耗。通過對抽油控制技術(shù)的改進(jìn)來節(jié)省電能，將對提高系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗有很積極的作用，不僅對原油增產(chǎn)、原油生產(chǎn)成本降低和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高有重要意義，而且對緩解當(dāng)前能源供應(yīng)緊張狀況也具有重要意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、發(fā)明的目的 通過PLC控制核心和變頻器，通過傳感器能夠達(dá)到自動(dòng)控制抽油機(jī)速率的效果，從而提高抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)的抽有效率，并且充分利用抽油機(jī)倒發(fā)電產(chǎn)生的能量。以風(fēng)能部分代替電網(wǎng)，使用清潔能源，減少電網(wǎng)負(fù)荷。 二、作品設(shè)計(jì)思路 本方案中PLC根據(jù)油量信息控制變頻器，使抽油機(jī)在高效率的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，避免空撈造成的能量損耗，并且通過接近開關(guān)了解抽油機(jī)的上下位置，協(xié)調(diào)處于發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)的抽油機(jī)的數(shù)量（盡量達(dá)到1:1），使下沖程的抽油機(jī)發(fā)的電盡可能多的被上沖程的抽油機(jī)利用，減少再生能量損耗。系統(tǒng)所有的變頻器通過共直流母線連接，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也連接到直流母線上，為抽油機(jī)提供清潔能源。當(dāng)風(fēng)能過剩時(shí)，直流母線電壓超過閾值時(shí)，利用能量回饋單元將多余能量回饋到電網(wǎng)。此方案實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)群內(nèi)部能量的有效分配和管理，充分利用了清潔能源，真正實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能增效。 三、創(chuàng)新點(diǎn) 1．根據(jù)每口井的出油情況和抽油機(jī)相對位置，PLC控制變頻器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、調(diào)配不同抽油機(jī)的上下沖程，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)群內(nèi)部能量互饋，減少從電網(wǎng)吸收電能，最大限度提高采油效率。 2．將風(fēng)電電能并入直流母線，使風(fēng)能以非并網(wǎng)的方式更有效地被抽油機(jī)利用，減少風(fēng)能的并網(wǎng)成本。 3．通過流量傳感器，了解抽油機(jī)的抽油效率，自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)轉(zhuǎn)速，使抽油機(jī)高效率下運(yùn)行。 四、節(jié)能效率 以四臺(tái)容量45kw抽油機(jī)一天耗能為例進(jìn)行節(jié)能計(jì)算：可以達(dá)到26.2%的節(jié)能效率（詳細(xì)計(jì)算內(nèi)容附于方案論文5.2 方案節(jié)能效率計(jì)算）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與油田現(xiàn)實(shí)比較、突出質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)實(shí)情況是一般抽油機(jī)直接與電網(wǎng)相連接，沒有節(jié)能控制、只能在而定電壓下運(yùn)行，效率很低、無功很大、線損也很明顯。而小部分加裝了變頻器，但是不能夠根據(jù)采油情況自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，只能幾天或者一個(gè)禮拜調(diào)整一次，滯后性嚴(yán)重，并且抽油機(jī)倒發(fā)電的能量也無法加以利用，白白浪費(fèi)在能耗電阻上。 本系統(tǒng)能夠根據(jù)流量傳感器、霍爾元件自動(dòng)檢測抽油機(jī)的能量流動(dòng)狀態(tài)（發(fā)電、耗電、及運(yùn)行效率）控制轉(zhuǎn)速使抽油機(jī)避免空抽半抽（由于我國多為低滲透低產(chǎn)油田），并且通過接近開關(guān)了解抽油機(jī)的運(yùn)行位置，調(diào)配抽油機(jī)倒發(fā)電能量流動(dòng)，使抽油機(jī)相互使用彼此發(fā)出的能量。通過兩種控制大幅度增加抽油機(jī)的運(yùn)行效率26.2%以上。自動(dòng)調(diào)控提高運(yùn)行效率、控制能量流動(dòng)、使用潔凈能源和節(jié)約電能是本方案的最實(shí)質(zhì)性的技術(shù)特點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2010年“施耐德電氣杯”全國大學(xué)生節(jié)能增效創(chuàng)新大賽特等獎(jiǎng)（第一名） 2、第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽山東省特等獎(jiǎng)。 3、攜作品參加中國科協(xié)第十二屆年會(huì)。 4、攜作品代表大學(xué)訪問法國巴黎施耐德電氣全球總部。
作品所處階段
- A實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 洽談轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像、實(shí)物,產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 一、技術(shù)特點(diǎn) PLC檢測抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并且通過油量傳感器檢測油況，協(xié)調(diào)控制由直流母線并聯(lián)的逆變模塊，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)配上下沖程狀態(tài)，使抽油機(jī)產(chǎn)生的電能能夠內(nèi)部分配使用。當(dāng)風(fēng)電電能過剩時(shí)，導(dǎo)致直流母線電壓過高，系統(tǒng)可以通過能量回饋單元返回電網(wǎng)。上位機(jī)總體調(diào)控各PLC。自動(dòng)檢測控制能量流動(dòng)，節(jié)約電能是本方案的技術(shù)特點(diǎn)。 二、方案適用場合 1、本方案因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原因，適用在風(fēng)力資源較豐富的油田地區(qū)。 2、因?yàn)楸痉桨甘遣捎萌嚎丶夹g(shù)，所以適用于油井較為密集的油田。 3、應(yīng)用該系統(tǒng)可以減少線損，所以適用于抽油機(jī)輸電線路很長的地方。 4、因?yàn)楸痉桨缚梢韵翱論瓢霌啤爆F(xiàn)象，提高抽油機(jī)運(yùn)行效率，所以在我國這樣的中低產(chǎn)油田優(yōu)勢更為明顯。 三、節(jié)能效果 經(jīng)過論證，和有關(guān)技術(shù)資料，該方案在適用場合保守估計(jì)可以達(dá)到26.2%的節(jié)能效率。
同類課題研究水平概述
- 目前，抽油機(jī)是應(yīng)用最普遍的石油開采機(jī)械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40％，且總體效率很低，據(jù)調(diào)查我國平均效率為25.96%，而國外平均水平為30.05%[1]。我國的油田不像中東的油田那樣有很強(qiáng)的自噴能力，多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，以電換油是我國油田的現(xiàn)實(shí)。 國內(nèi)使用特種節(jié)能電機(jī)（雙功率電機(jī)、高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)、抽油機(jī)專用永磁同步電機(jī)）、外加節(jié)能裝置（無功補(bǔ)償裝置、交流調(diào)壓節(jié)能裝置、調(diào)速裝置）、節(jié)能抽油機(jī)等方法進(jìn)行節(jié)能控制，但都各有弊端。不能滿足油田抽油機(jī)的運(yùn)行要求，要么是調(diào)速范圍不夠、要么是非自動(dòng)控制，或是設(shè)計(jì)自身存在問題。 本方案通過改變抽油工藝，減少抽油機(jī)抽油過程的不必要損耗，提高抽油效率，從而用最少的電能換取最多的石油。不僅如此，此方案還為風(fēng)電這種清潔能源的使用開創(chuàng)了新思路，將風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)引入到本方案作為抽油機(jī)使用的能源的一部分可以有效地減少對電網(wǎng)電能的使用以及使用電能在傳輸線路上的損耗。通過對抽油工藝的改進(jìn)來節(jié)省電能，將對提高系統(tǒng)效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗有很積極的作用，不僅對原油增產(chǎn)、原油生產(chǎn)成本降低和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高有重要意義，而且對緩解能源供應(yīng)緊張狀況也具有重要意義。
