CN107196336A - 一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,包括燃料电池发电***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***、DC\AC转换器和海上石油平台电源控制***,所述燃料电池发电***分别连接DC\DC转换器和辅助燃气动力发电机,辅助燃气动力发电机还连接海上石油平台电力控制***。本发明的有益效果是:1)相对于依赖传统燃油发电方式,本发明提到的海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***能量转化率高,易布置,综合效率高,是一种新型的发电***;2)本发电***通过电化学反应将化学能转化为电能无污染而且不产生大量噪声;3)本发电***燃料易得,便于就地取材利用,大大节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种供电***,具体是一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***。
背景技术
化石能源是非可再生资源,同时也是最重要的工业原料。油田伴生气指的是因为油田在开采过程中,在油层间会出现伴随石油液体出现的气体,主要成分是甲烷,通常含有大量的乙烷和碳氢重组分。因此伴生气属于可利用能源。
天然气由亿万年前的有机物质转化而来,根据不同的地质形成条件,含有不同物质,以前由于无法完全收集利用,为了避免事故,其中一部分只能采取烧掉处理,据统计俄罗斯2003年前每年火炬烧掉油田伴生气高达110亿立方米。最近几年国内油田采出的伴生气有30%被天然气放空火炬烧掉。对于复杂小断块油田,地质情况复杂,断层非常发育,区块多,断层多,含油面积相对较小,单元储量少,构造和油气分布却十分复杂,且这些油田也是由多层系组成,开发难度较大,经济效益较低,百万吨产能投资高,地面工程节能降耗环保的工艺、流程和设备开发较少,新技术研发投入较少,引进新工艺、新设备的能力较弱。同时伴生气气量小且不稳定、气质悬殊大、地点分散、气体集输困难、就地无用户和远离管输***处理工艺复杂不具有经济性等原因长期未得到开发利用,伴生气的回收利用能力较弱,大量零散伴生气只能放空,不仅浪费宝贵的资源,也给环境带来了污染。因此,我们应该对伴生气综合利用给予更多的关注和重视,在获取原油资源的同时保护环境、节约资源的前提下尽量充分开发利用油井伴生气的综合利用技术。
海上钻井平台主要用于钻探井的海上结构物。上装钻井、动力、通讯、导航等设备,以及安全救生和人员生活设施,是海上油气勘探开发不可缺少的手段。体积巨大的钻井平台电力需求包括主机平台的工作电力以及工作人员的生活设施电力。一般海上钻井平台需要的电力一般由原油发电机、燃气发电机或柴油发电机提供。而本专利提供为海上钻井平台供电的其他可选项。
在所有的燃料电池中,SOFC的工作温度最高,属于高温燃料电池。近些年来,分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度,具有较高的利用价值,可以提供天然气重整所需热量,也可以用来生产蒸汽,更可以和燃气轮机组成联合循环,非常适用于分布式发电。
近年来海上采油各种功能的平台和FPSO等主电力***大都选用了燃气轮机发电机组。如:东方DF1-1,渤南BN26-2,蓬莱PL19-3等,燃气轮机发电机组向平台及其它设施上的设备及照明等供电。通常燃气轮机发电机组的构成型式如图2所示。
由于燃气轮机的排烟温度高达400-600℃。为了充分利用这些废热,厂商设计并推荐了燃气轮机发电机组废热回收装置。所谓废热回收装置就是在燃气轮机发电机组排气烟道上加装一套热交换器,即废气锅炉与一套燃油燃气锅炉组合成一套热油(介质)锅炉。被加热的介质经废气锅炉和燃油燃气锅炉串联加热。这套装置的排烟出口温度可降到200-300℃,充分利用了废热,减少了能耗。
“海洋石油981”装备有8台4.4万千瓦柴油发电机,补给船每周都会给平台上连续工作28天的同事带来柴油、淡水、生活必需品、各种耗材等。981钻井平台这个庞然大物每天耗柴油30吨,最多可耗60到70吨,而每天平台耗费淡水就达40吨。由此可知,特异于普通的用电设备,海上平台作为孤岛,柴油发电机所需的燃料来自于外部的供给。这导致了发电机燃料供应的脆弱性。
而燃料电池发电***燃料来自于平台伴生气,海上平台在钻探石油时会产生大量的伴生气,以往的处理方法是烧掉排空,而目前现有的技术已能够将这部分伴生气收集起来,如果将伴生气和燃料电池结合,既能够解决发电***的原料来源,又能够解决现有的伴生气浪费问题。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,包括燃料电池发电***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***、DC\AC转换器和海上石油平台电源控制***,所述燃料电池发电***分别连接DC\DC转换器和辅助燃气动力发电机,辅助燃气动力发电机还连接海上石油平台电力控制***,海上石油平台电力控制***还分别连接海上石油平台远程监控***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***和DC\AC转换器,磷酸铁锂储能***还分别连接DC\DC转换器、DC\AC转换器、海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源,海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源均连接在海上石油平台电路控制***,DC\AC转换器还连接滤波器。
作为本发明的优选方案:所述滤波器还连接海上石油平台电源母线。
作为本发明的优选方案:所述燃料电池发电***包括余热直燃机和固体氧化物燃料电池,固体氧化物燃料电池通过燃烧室和热流风机连接余热直燃机。
作为本发明的优选方案:所述余热直燃机还连接供热负载或供冷负载。
作为本发明的优选方案:所述海上石油平台电源母线还连接有其他电源供应。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:1)相对于依赖传统燃油发电方式,本发明提到的海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***能量转化率高,易布置,综合效率高,是一种新型的发电***;
2)本发电***通过电化学反应将化学能转化为电能无污染而且不产生大量噪声;
3)本发电***燃料易得,便于就地取材利用,大大节省成本;
4)传统的海上平台大多以燃气或燃油发电机为主,而传统的发电机尾气排放污染严重,对海上平台周围的环境造成一定的影响,而固体氧化物燃料电池冷热电联供***能够保证发电效率的同时,减少包括碳在内的对环境造成破坏性影响的物质的排放。
5)为保证海上平台工作人员的生活需求,淡水需要从陆地运至平台上,而固体氧化物燃料电池发电***尾气排放中含有大量水蒸气,在经过多重过滤后可以为除饮用水之外需求供水。
6)以燃料电池发电***为核心的微电网为海上平台提供完整电力解决方案。
附图说明
图1本发明的方框图,
图2是BN26-2燃气透平发电机组及其废热回收装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2,一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,包括燃料电池发电***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***、DC\AC转换器和海上石油平台电源控制***,所述燃料电池发电***分别连接DC\DC转换器和辅助燃气动力发电机,辅助燃气动力发电机还连接海上石油平台电力控制***,海上石油平台电力控制***还分别连接海上石油平台远程监控***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***和DC\AC转换器,磷酸铁锂储能***还分别连接DC\DC转换器、DC\AC转换器、海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源,海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源均连接在海上石油平台电路控制***,DC\AC转换器还连接滤波器。
滤波器还连接海上石油平台电源母线。燃料电池发电***包括余热直燃机和固体氧化物燃料电池(SOFC),固体氧化物燃料电池通过燃烧室和热流风机连接余热直燃机。余热直燃机还连接供热负载或供冷负载。海上石油平台电源母线还连接有其他电源供应。
本发明的工作原理是:本发明的结构如图1所示。其由燃料电池发电***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***、DC\AC转换器、海上石油平台电源控制***、余热直燃机组成。燃料电池发电***供电使用单位主要是两个:海上石油平台的主电源以及其他主要备用电源。而这两种主要用途以储能***为主要供电单位,燃料电池发电***为其充电,这样可以保证电力负载的跟随特性。余热直燃机可以将使用燃料电池的尾气为海上石油平台提供热水或冷热气,大大提高伴生气的使用效率。
以海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***为核心的微电网,采用智能技术、先进电力电子技术将分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成小型发配电***,为海上平台提供电力解决方案。该微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。
本发明具有以下优点:1)相对于依赖传统燃油发电方式,本发明提到的海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***能量转化率高,易布置,综合效率高,是一种新型的发电***;
2)本发电***通过电化学反应将化学能转化为电能无污染而且不产生大量噪声;
3)本发电***燃料易得,便于就地取材利用,大大节省成本;
4)传统的海上平台大多以燃气或燃油发电机为主,而传统的发电机尾气排放污染严重,对海上平台周围的环境造成一定的影响,而固体氧化物燃料电池冷热电联供***能够保证发电效率的同时,减少包括碳在内的对环境造成破坏性影响的物质的排放。
5)为保证海上平台工作人员的生活需求,淡水需要从陆地运至平台上,而固体氧化物燃料电池发电***尾气排放中含有大量水蒸气,在经过多重过滤后可以为除饮用水之外需求供水。
6)以燃料电池发电***为核心的微电网为海上平台提供完整电力解决方案。
Claims (5)
1.一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,包括燃料电池发电***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***、DC\AC转换器和海上石油平台电源控制***,其特征在于,所述燃料电池发电***分别连接DC\DC转换器和辅助燃气动力发电机,辅助燃气动力发电机还连接海上石油平台电力控制***,海上石油平台电力控制***还分别连接海上石油平台远程监控***、DC\DC转换器、磷酸铁锂储能***和DC\AC转换器,磷酸铁锂储能***还分别连接DC\DC转换器、DC\AC转换器、海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源,海上石油平台应急电源、海上石油平台机房控制室备用电源、海上石油平台卫星通讯基站备用电源和海上石油平台上的GMDSS备用电源均连接在海上石油平台电路控制***,DC\AC转换器还连接滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,其特征在于,所述滤波器还连接海上石油平台电源母线。
3.根据权利要求1所述的一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,其特征在于,所述燃料电池发电***包括余热直燃机和固体氧化物燃料电池,固体氧化物燃料电池通过燃烧室和热流风机连接余热直燃机。
4.根据权利要求1所述的一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,其特征在于,所述余热直燃机还连接供热负载或供冷负载。
5.根据权利要求2所述的一种海上石油平台用固体氧化物燃料电池冷热电联供***,其特征在于,所述海上石油平台电源母线还连接有其他电源供应。
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