一种低碳化远海油气平台电力系统及规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低碳化远海油气平台电力系统及规划方法。本发明专利技术提出的系统包括海上油气平台、风电、二氧化碳捕集装置与二氧化碳驱油装置四部分组成。本发明专利技术包括：低碳化远海油气平台电力系统的设计；系统各部分之间的联系；系统的规划方法。本发明专利技术能够有效地增加海上油气平台的经济效益与减少碳排放，具有重要的应用价值。的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳化远海油气平台电力系统及规划方法


[0001]本专利技术属于电力系统规划
，尤其涉及微电网容量优化配置方法。

技术介绍

[0002]随着我国在海上油气平台的不断发展，平台用电对于海上油田的正常开采作业成为了一个越来越重要的问题。其中，远海平台由于海底电缆太长，投资大，成本高等因素，导致远海油气平台主要采用平台上安装多台大功率的透平发电机，通过燃烧自产出气来供电。燃机燃烧油田开采出来的伴生气来发电，效率低，成本昂贵，且碳排放量巨大。随着国家“碳达峰，碳中和”目标的提出，油田减排也成为一大难题。海上风电同样受限于海底电缆的成本、运维等因素。海上风电直供海上油气平台优势巨大，风电代替透平发电，节约的油气直接变为油气田的增产量，又提高了远海油气平台的经济效益，同时也减少了油田燃气发电产生的碳排放。由于油田的开采作业同样会产生大量的碳排放，为进一步减少碳排放的量，采用二氧化碳捕集封存与利用技术(CCUS)进行碳捕捉，并将捕捉的碳用于二氧化碳驱油，既减少了碳排放，还可以增加油田的产量与开采寿命，同时，还可架设管道从外界输入二氧化碳用于驱油，又为油田创造了经济效益。综合以上，研究这种低碳的远海油气平台电力系统具有重大的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术方案是，一种低碳化远海油气平台电力系统的设计，以及该低碳远海油气平台电力系统的规划方法。
[0004]1、低碳化海上油气平台的设计。
[0005]远海油气平台结合风电与CCUS的低碳系统组成主要由海上油气平台、风电、二氧化碳捕集与二氧化碳驱油四部分组成。
[0006]海上油气平台：传统的远海油气平台正常进行油气开采时会产生大量的二氧化碳排放。同时远海油田本身具有大量的电负荷，其受制于地理位置，使用岸电成本巨大，不得不在开采平台上装设大容量燃气轮机燃烧油气开采过程中产出的伴生气来发电，不仅减少了油田的产量，且发电产生的碳排放量巨大。
[0007]风电：远海风力资源充足，装设风机接入海上油气平台电力系统替代大部分的燃机发电，以减少发电成本与碳排放量。接入风机的同时也要注意系统的稳定性等约束。
[0008]二氧化碳捕集装置：包括烟气预处理装置、吸收塔、冷凝器、压缩机等装置，在海上油气平台上装设CCUS设备，捕集燃机发电与油气开采产生的二氧化碳，实现石油开采流程上接近二氧化碳的零排放。
[0009]二氧化碳驱油装置：包括压缩机、气泵等设备，将捕集的二氧化碳通过泵打入地层，替代传统的水驱油。使用二氧化碳驱油技术可以增产油田产量，提高油田经济效益。此外，还可以架设管道，从外界输入其他地方固定的二氧化碳用于驱油，帮助外界解决二氧化碳的封存利用问题。
[0010]2、各部分之间的联系。
[0011]在海上油气平台的附近装设海上风电，风电与平台上的燃机共同为油气平台供电。同时，在海上平台上装设二氧化碳捕集装置捕集油气开采与燃气发电产生的二氧化碳。海上油气开采采用二氧化碳驱油技术，并装设二氧化碳驱油装置，将捕集到的二氧化碳打入地层来实现二氧化碳驱油。二氧化碳捕集与驱油装置共同构成了CCUS设备。
[0012]远海油田电力系统接入风电后，风电会代替大部分的燃气轮机发电，降低了对化石燃料的燃烧，不仅降低了燃料成本，且节省的燃料(油田开采的伴生气)还可以算作油田的产量。接入CCUS设备后，燃机发电与油气开采产生的二氧化碳被固定下来，用于二氧化碳驱油，采用二氧化碳驱油技术较传统水驱油的方法可以增加油田的产量，同时，架设管道从外界输入二氧化碳用于驱油，解决了二氧化碳的封存利用问题，又进一步增加了油田的经济效益。
[0013]传统油气平台发电与开采会产生大量的碳排放。采用风电后，减少了大部分传统燃机发电所产生的二氧化碳排放量；采用CCUS技术后，进一步降低油气开采与剩余的燃机发电产生的碳排放，整个海上油田的碳排放量大大降低，实现低碳化的远海油气平台。具体结构见附图1。
[0014]3、海上油气平台接入风电与CCUS设备的规划方法。
[0015]以考虑碳排放的电力系统发电成本结合加入CCUS设备后油田增产量等的综合成本为目标建立目标函数，研究考虑系统的负荷平衡、电压稳定、线路载流量、海上平台可用面积约束等为约束条件建立规划模型，并采用优化算法对该规划模型进行优化求解。目标函数如下：
[0016]min F＝C
wind
+C
tur
+C
l
+C
cc
+C
p
‑
O
c
‑
O
oil
‑
ky
ꢀꢀꢀ
(1)
[0017]以海上油田电力系统年发电综合成本F为目标的目标函数函数包括：风电成本C
wind
；燃气轮机发电成本C
tur
；和电力系统的网损成本C
l
；k为电力系统派出的废气与成本的折算系数，即惩罚系数；C
cc
为碳捕捉及利用成本；y为碳捕捉的二氧化碳量；C
p
为架设二氧化碳运输管道成本；O
c
为帮助外界消纳固定下的二氧化碳所产生的经济效益，其值由市场价格决定；O
oil
为采用二氧化碳驱油技术增产的油气所带来的经济效益，其值由市场价格决定。
[0018]约束条件主要包括线路载流量、负荷平衡、电压稳定、平台可利用面积等因素。负荷平衡的约束为：
[0019]∑P
wi
+∑P
turi
＝L
ꢀꢀꢀ
(2)
[0020]负荷平衡，即在各个风速场景下，各节点的风机出力P
wi
和燃气轮机出力P
turi
要满足海上油田的总负荷L。二氧化碳的捕捉与利用需要压缩机与气泵的安装，传统油气开采只需要电潜泵的注水来驱油，这些设备的安装使油田负荷发生变化，在规划的优化算法中，电力系统的开采负荷由传统不变的电潜泵负荷变为随算法迭代变化的电潜泵+压缩机、气泵。负荷模型如下：
[0021][0022]接入风机后，各条线路的载流量S
i
要小于线路所允许的最大值S
imax
，即：
[0023]S
i
≤S
i max
ꢀꢀꢀ
(4)
[0024]电压稳定的约束要求各节点电压偏差在允许范围内，表示为：
[0025]U
i min
≤U
i
≤U
i max
ꢀꢀꢀ
(5)
[0026]U
imax
、U
imin
分别为节点电压允许的上下限。
[0027]处于运行状态的发电机组的发电出力必须小于其最大发电能力，如下式所示：
[0028]P
turi min
≤P
turi,j
≤P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳化远海油气平台电力系统及规划方法，该低碳化的远海油气平台电力系统的特征包括：1)低碳化远海油气平台电力系统各部分及之间的联系；2)低碳化远海油气平台电力系统的规划方法。2.根据权利要求1所述，低碳化远海油气平台电力系统各部分的连接关系：远海油气平台结合风电与CCUS的低碳系统组成主要由海上油气平台、风电、二氧化碳捕集与二氧化碳驱油四部分组成。在海上油气平台的附近装设海上风电，风电与平台上的燃机共同为油气平台供电。同时，在海上平台上装设二氧化碳捕集装置捕集油气开采与燃气发电产生的二氧化碳。海上油气开采采用二氧化碳驱油技术，并装设二氧化碳驱油装置，将捕集到的二氧化碳打入地层来实现二氧化碳驱油。二氧化碳捕集与驱油装置共同构成了CCUS设备。远海油田电力系统接入风电后，风电会代替大部分的燃气轮机发电，降低了对化石燃料的燃烧，不仅降低了燃料成本，且节省的燃料(油田开采的伴生气)还可以算作油田的产量。接入CCUS设备后，燃机发电与油气开采产生的二氧化碳被固定下来，用于二氧化碳驱油，采用二氧化碳驱油技术较传统水驱油的方法可以增加油田的产量。同时，架设管道从外界输入二氧化碳用于驱油，解决了二氧化碳的封存利用问题，又进一步增加了油田的经济效益。传统油气平台发电与开采会产生大量的碳排放。采用风电后，减少了大部分传统燃机发电所产生的二氧化碳排放量；采用CCUS技术后，进一步降低油气开采与剩余的燃机发电产生的碳排放，整个海上油田的碳排放量大大降低，实现低碳化的远海油气平台。3.根据权利要求1所述，低碳化远海油气平台电力系统的规划方法的特征是：以考虑碳排放的电力系统发电成本结合加入CCUS设备后油田增产量等的综合成本为目标建立目标函数，研究考虑系统的负荷平衡、电压稳定、线路载流量、海上平台可用面积约束等为约束条件建立规划模型，并采用优化算法对该规划模型进行优化求解。目标函数如下：min F＝C
wind
+C
tur
+C
l
+C
cc
+C
p
‑
O
c
‑
O
oil
‑
ky
ꢀꢀꢀꢀ
(1)目标函数包括：风电成本C
wind
；燃气轮机发电成本C
tur
；和电力系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆伟，赵睿，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：