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

Abstract

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

CLC Number:

TK124

GAO Guo-qiang,ZHENG Wei-bo,WANG Zhao-liang,CHEN Hong-yu,CHEN Guo-fu. Single-well-based complementary distributed multienergy system and optimization[J].Shandong Science, 2022, 35(3): 43-53.

Figures/Tables 12

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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

Single-well-based complementary distributed multienergy system and optimization

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分类	项目	单位	“太阳能+”加热	空气源热泵加热	电伴热	备注
经济效益	项目投资	万元	35.4	14.0	8.0	井场平均加热功率20 kW
	年加热量	GJ/年	616.6	616.6	616.6	根据井场2019年逐天加热负荷统计
	使用寿命	年	15	8	8	采油工程处数据
	综合能效系数		1.97	1.90	0.90	产出/投入
	节省燃气量	Nm³/年	39 781.54	39 781.54	39 781.54	相比现状燃气量
	检测费	万元/年	0	0	0	采油工程处数据
	维护费用	万元/年	0.2	0.5	0.2	采油工程处数据
	电费	万元/年	3.47	5.47	11.55	峰谷电价,平均0.546 2元/(kW·h)(不含税)
	折旧	万元/年	2.36	1.75	1.00	残值率0%
	运行费用	万元/年	3.67	5.97	11.75	不含加热炉本体维护费用
	总成本	万元/年	6.03	7.72	12.75	运行费用+折旧
	保证8%收益最低单价	元/GJ	123.30	136.70	210.20	评价期14年
社会效益	减少颗粒物排放量	kg/年	7.25	7.25	7.25	胜利油田内部数据
	减少SO₂排放量	kg/年	24.70	24.70	24.70
	减少NO_X排放量	kg/年	50.64	50.64	50.64
	减少CO₂排放量	t/年	83.13	83.13	83.13	—
	碳排放权交易额	万元/年	0.84	0.84	0.84	胜利油田内部数据,取100元/t

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