[00123988]基于飞轮储能技术的电动钻机智能微电网系统

(一)课题来源与背景 在电动钻机钻井作业中,针对钻机起下钻突变载荷,需额外增加一台或多台大功率燃油（气）发电机组在网运行,以保证钻机安全作业,此时燃油（气）发电机组处于低效运行状态。目前燃油（气）发电机组组成的动力电站面对钻机大功率突变载荷冲击,存在瞬态响应速度慢,机组低效运行,燃油空耗高,高排放,下放势能浪费和无能源管理等问题。为改善机组运行条件,降低运行、维护成本,优化钻机微电网性能,建立能源管理平台,采集能源数据并动态管理电网运行,研制基于储能技术的电动钻机智能微电网系统。 （二）技术原理及性能指标 电动钻机智能微电网系统是由燃油（气）发电机组、钻机电控系统、飞轮储能装置和能源管理系统（EMS）构成的新型电网,通过对钻机全部载荷实时管理,飞轮储能装置对能量进行调控,遇载荷突变时释放能量,调节平顺机组运行状态,实现能源有效合理地调度管理。 （1） 飞轮储能装置技术指标 额定充/放电功率：750kW（过载能力 150%） 额定电压：600VAC 或 810VDC 额定电流：759A 充放电切换时间：＜20ms 额定储电量：9kW.h （2）飞轮储能装置投入与未投入,同负载情况下微电网性能改善指标 电网频率波动范围缩小：30% 燃油机组油门开度缩小：30% 最大平抑机组功率：900kW （3）节能减排指标（井深5000m以上） 势能回收（变频钻机）单次起/下钻＞535kW.h 单次起/下钻节约燃油＞900L 单次起/下钻碳减少排放＞0.63t 单次起/下钻二氧化碳减少排放＞2.34t （三）技术的创造性、先进性 1.创新点： （1）首创将大功率高速真空磁悬浮飞轮储能技术应用于电动钻机,研制出适用于全系列交、直流电动钻机基于飞轮储能技术的电动钻机智能微电网系统。 （2）智能微电网能源管理系统实现对钻机微电网系统运行状态的监控和运行模式的调度管理。 （3）实现钻井作业中下放势能回收,并回馈钻机微电网,提升能源利用率。 2.先进性 （1）利用机械能存储方式,能量转换效率高、瞬时释放功率大,无化学物质释放,运行安全可靠、无污染,免维护。 （2）与现有钻机动力电站可进行快速并网,组成钻机智能微电网系统。 （3）适用于由燃油或燃气发电机组组成动力电站的全系列交、直流电动钻机。 （4）实现钻井作业中下放势能回收,并回馈钻机微电网,提升能源利用率。 （5）应用场景广,适用于由燃油或燃气发电机组组成的分布式电站。 （四）技术的成熟程度,适用范围和安全性 基于飞轮储能技术的电动钻机智能微电网系统,实现平抑发电机组的功率突变,减少钻机动力电站的冷热备容量,进行下放势能回收利用,改善钻机微电网电能质量,提高钻机作业安全性和设备可靠性,节能减排,节约投资和运维成本。 基于飞轮储能技术的电动钻机智能微电网系统适用于由燃油（气）发电机组组成电站的全系列交、直流电动钻机。 基于飞轮储能技术的电动钻机智能微电网系统设计充分考虑了健康、安全和环保等因素,安全设施设计、配置合理、齐全,各报警及制动机构灵敏、可靠,满足油田运输条件及使用要求。 （五）推广应用前景及存在问题 目前国内在用电动钻机约850台、海洋平台70台,且每年新增钻机40～50台,对新配套电动钻机以及在用电动钻机配置基于飞轮储能的电动钻机智能微电网系统,利用原配机组配套飞轮储能装置及控制软件组网,可带来明显的经济效益和良好的社会效益。设计理念可广泛应用于所有燃油（气）发电机组分布式电源和末端电网,如电动压裂、矿山作业等场合,推广应用前景广阔。