中國石油大港油田自主研發(fā)空氣源梯級儲能換熱技術(shù)

　　截至1月2日，中國石油大港油田自主研發(fā)的二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術(shù)在濱108-52井投產(chǎn)應(yīng)用已有1個月，平均日節(jié)電達720千瓦時，節(jié)能率達到60%，為生產(chǎn)井清潔用熱提供了新的技術(shù)路徑。

　　這項技術(shù)在國內(nèi)油田生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用尚屬首次。大港油田按照打造“分布式井場清潔能源島”的思路，在二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術(shù)基礎(chǔ)上，進一步耦合光伏、光熱、風(fēng)能、谷電儲能、余熱回收等新能源，形成多能耦合、多源互濟清潔供能特色系列技術(shù)，匹配不同生產(chǎn)場景用熱需求，構(gòu)建具有油田特色的清潔低碳用熱新模式，不斷推進從低碳用熱向零碳用熱邁進。

　　在“雙碳”背景下，生產(chǎn)井依賴燃氣加熱爐或電加熱器提供熱能的傳統(tǒng)工藝逐漸不適應(yīng)生產(chǎn)的需要。如何實現(xiàn)井場綠色低碳、低成本生產(chǎn)，是急需攻克的難題。2020年以來，空氣源熱泵作為一種節(jié)能加熱技術(shù)引入油田生產(chǎn)加熱系統(tǒng)，成為實現(xiàn)井場低成本加熱的清潔替代技術(shù)之一。但是，以氟工質(zhì)為冷媒的普通空氣源熱泵，存在低溫環(huán)境加熱效率低、變負(fù)荷情況下穩(wěn)定性差、集成化自動化水平低等問題。基于此，大港油田研發(fā)團隊開展技術(shù)攻關(guān)，對油田182座有加熱需求的井場系統(tǒng)摸排，總結(jié)歸納四大類15項關(guān)鍵參數(shù)，創(chuàng)新研發(fā)二氧化碳空氣源梯級儲能換熱技術(shù)。

　　針對普通熱泵冬季效率低的情況，研發(fā)團隊創(chuàng)新研制低環(huán)溫跨臨界二氧化碳高溫空氣源熱泵，以二氧化碳作為環(huán)保冷媒，建立跨臨界二氧化碳相變循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)了環(huán)境溫度零下15攝氏度情況下可穩(wěn)定制備85攝氏度的高溫?zé)崴?，有效保證了加熱用能。同時，創(chuàng)新構(gòu)建三級梯級儲熱換熱系統(tǒng)，在熱泵與井口用熱負(fù)荷之間增加3級儲熱換熱罐，提升了熱泵系統(tǒng)應(yīng)對變負(fù)荷復(fù)雜工況下的緩沖能力，實現(xiàn)穩(wěn)定供熱。瞄準(zhǔn)傳統(tǒng)熱泵附件多、自動化程度低的實際，研發(fā)團隊采用三維仿真模擬進行橇裝化、集約化設(shè)計，將熱泵系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及自控系統(tǒng)三位一體形成一個橇裝設(shè)備，現(xiàn)場安裝便捷，僅需半天時間，日常運行全部采用遠程操作、智能管控，實現(xiàn)生產(chǎn)無人值守、自動按需供熱、智能精準(zhǔn)用熱。

　　這項技術(shù)在大港油田濱108-52井取得了較好的應(yīng)用效果，加熱系統(tǒng)在寒潮天氣中運行良好，未產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象。冬季低溫環(huán)境下，熱泵系統(tǒng)平均能效比達到2.5，與普通空氣源熱泵相比，電能利用效率提升30%;與傳統(tǒng)電加熱器相比，平均日節(jié)電720千瓦時，節(jié)能率達到60%，預(yù)計全年可節(jié)電18萬千瓦時，年減少二氧化碳排放159.2噸，相當(dāng)于栽植樹木8700株。2024年，大港油田將在南部油區(qū)投入應(yīng)用50臺套，為油田綠色低碳生產(chǎn)提供更多有益借鑒。