基于油田单井的多能互补分布式能源系统优化

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2022.03.006

摘要/Abstract

摘要：

对集油管线输运、单井储油罐拉油两种生产模式进行建模并实现动态模拟,进一步探究了两种模式的加热负荷变化规律及最优加热参数的确定。分别设计了单井集油管线输运及储油罐拉油两种生产模式的分布式能源系统方案,包含水套加热炉、电伴热、太阳能集热装置、太阳能蓄热装置、空气源热泵。对5种热源进行热力计算,在此基础上建立两种分布式能源系统目标函数及约束条件,对两种分布式能源系统进行优化,给出不同模式、不同季节、不同时刻所需电伴热占比,可达到对热源的合理利用,使得投资费用与运行费用最小,同时对几种分布式热源进行了经济性分析。

关键词: 能流模型, 分布式能源, 动态仿真, 系统优化, 经济性分析

Abstract:

In this study, two production modes of oil-collecting pipeline transportation and oil-pulling single-well oil storage tanks are modeled and dynamic simulations are performed. Moreover, the heating load-variation rules and optimal heating parameters of the two modes are further explored. The distributed energy system schemes of crude oil transportation in single-well oil-collecting pipelines and oil-pulling oil storage tanks are designed, which involve a water jacket heating furnace, electric heat tracing, a solar heat-collecting device, a solar heat storage device, and an air source heat pump. Thermodynamic calculations of five types of heat sources are performed, and the objective function and constraint conditions for the two types of distributed energy systems are established to optimize the systems. Results show the required electric heat-tracing proportion of different modes, seasons, and times to achieve the rational use of the heat source and minimize investment and operational costs. Furthermore, economic analysis of several distributed heat sources is performed.

Key words: :energy flow model, distributed energy system, dynamic simulation, system optimization, economical analysis

中图分类号:

TK124

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图/表 12

图1

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参考文献 22

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平板式集热器			热管式集热器			真空管式集热器
面积/m²	n	费用/(元·h^-1)	面积/m²	n	费用/(元·h^-1)	面积/m²	n	费用/(元·h^-1)
444.7	240	13 604.00	456.0	160	13 745.49	481.6	80	13 591.51
518.8	280	13 388.85	541.5	190	13 705.89	541.8	90	13 403.17
592.9	320	13 120.87	598.5	210	13 949.68	602.0	100	13 215.45
						722.4	120	12 914.98

罐体材料	罐体内径/m	罐壁厚/m	罐高/m	罐体导热系数	保温材料	保温层厚度/m	保层导热系数
碳钢	2	0.1	2	50.595	矿渣棉	0.1	0.058
储热管材料	储热管长度/m	储热管内径/m	放热管材料	放热管长度/m	放热管内径/m	储热管导热系数	放热管导热系数
碳钢	3	0.04	碳钢	8	0.05	50.595	50.595

季节	季平均温度/℃	加热方式	相变材料体积/m³
春季	13.03	集油管线加热
春季	13.03	储油罐拉油	0.396
夏季	25.90	集油管线加热	0.690
夏季	25.90	储油罐拉油	0.608
秋季	14.40	集油管线加热
秋季	14.40	储油罐拉油	0.501
冬季	-0.93	集油管线加热
冬季	-0.93	储油罐拉油

时刻	集油管线加热系统				储油罐加热系统
时刻	春	夏	秋	冬	春	夏	秋	冬
0	1	1	1	1	1	1	1	1
1	1	1	1	1	1	1	1	1
2	1	1	1	1	1	1	1	1
3	1	1	1	1	1	1	1	1
4	1	1	1	1	1	1	1	1
5	1	1	1	1	1	1	1	1
6	1	1	1	1	1	1	1	1
7	1	0	1	1	1	0.610 313	1	1
8	0	0	0.639 894	0.982 829	0.328 977	0.336 435	0.650 434	0.988 466
9	0	0	0	0.389 554	0.056 554	0.043 102	0.404 754	0.589 957
10	0	0	0	0.292 563	0	0	0.141 622	0.524 808
11	0	0	0	0.084 224	0	0	0	0.384 864
12	0	0	0	0	0	0	0	0.238 093
13	0	0	0	0.078 727	0	0	0	0.381 172
14	0	0	0	0.377 689	0	0	0	0.581 988
15	0	0	0	0.582 845	0	0	0	0.719 793
16	0	0	0	0.718 378	0	0	0	0.810 832
17	0	0	0	1	0.721 856	0.411 116	0.074 544	1
18	0	0	0	1	1	1	1	1
19	0	0	0	1	1	1	1	1
20	0	0	0.838 599	1	1	1	1	1
21	0.020 774	0	1	1	1	1	1	1
22	0.203 834	0	1	1	1	1	1	1
23	0.203 834	0	1	1	1	1	1	1

序号	加热方式	技术原理	环保方面	节能方面	运行安全方面	适用范围
1	“太阳能+”加热	能量转换,通过超导真空集热器将太阳能能转换为热能	使用清洁能源,无污染	输出能量大于输入能量,比较稳定	现场不会燃烧和爆炸	光照比较充足,井场面积充足
2	空气源热泵加热	能量运移,能量由低温热源向高温热源运移	消耗电能,无污染	输出能量大于输入能量,受环境温度影响加大,COP值大于1.5	不会产生明火和火花、不会出现漏电和触电事故、不会燃烧和爆炸	适用范围较广
3	电伴热	能量转换,电能转换为磁热能	消耗电能,无污染	输出能量小于输入能量,COP值小于1	可能出现漏电和触电事故;不与原油直接接触,安全性高	气源不足,光照不足,原油黏度、凝固点较高