一种电驱压裂储能系统的制作方法

1.本发明属于油田压裂技术领域，特别涉及一种电驱压裂储能系统。


背景技术：

2.随着压裂施工上规模发展，电力问题成为制约发展的关键问题，以70000hhp全电驱压裂平台为例：全电驱压裂平台现场共配备十六台5000型电驱压裂橇(两台备用)、两台电动混砂橇、两台电动仪表橇、两台电动供水橇、一台电动供酸橇、一台电动供液橇和一台电动泵送射孔撬，全电驱设备同时作业时最大用电负荷达30000kw，采用35kv供电专线供电，压裂作业与居民用电相比，施工前后期用电量差异大，压裂作业具有阶段性、高峰值用电，压裂施工完成后电网的利用率不高，因此，采用移动式储能系统，能有效解决电网利用率的问题。
3.现有电驱压裂系统中虽然通过增设储能系统解决了电网利用率低的问题，但是在电驱压裂系统停机时，驱动主电机在惯性力作用下继续运转，直至通过机械摩擦力停机，由于大型驱动主电机的输出功率大、惯性大，因此停机的时间较长，能量的损失较大。
4.如何设计一种电驱压裂储能系统，如何实现能量回收，降低电驱压裂系统停机能耗，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电驱压裂储能系统，用于解决现有技术中电驱压裂系统停机能耗高的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种电驱压裂储能系统，包括电驱压裂设备和储能装置，所述电驱压裂设备和所述储能装置的输入端均连接电网，并且所述储能装置的输出端连接电驱压裂设备的输入端；
7.还包括能量转换系统，所述能量转换系统的输入端与电驱压裂设备中的主电机配合，所述能量转换系统包括利用电驱压裂设备中的主电机制动进行能量转换的飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构，所述飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构的输出端均与储能装置的输入端连接。
8.通过采用这种技术方案：通过设置储能装置对电驱压裂设备提供动力，共同给电驱压裂设备提供动力，在压裂作业过程中，电网故障、断电时，储能装置可以继续为电驱压裂设备提供一定时间的动力，可以用于处理事故；在非压裂作业时间内，由电网直接为储能装置充电，能够起到调节电价、削峰填谷的作用；设置能量转换系统将电驱压裂设备中的主电机制动机械能分别通过飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构转换为其他形式能传导至储能装置进行储存，后续可以直接通过储能装置供送给电驱压裂设备进行使用，实现电驱压裂设备中的主电机制动机械能的回收和利用，以此来减少电驱压裂系统停机造成的能量损耗。
9.于本发明的一实施例中，还包括控制器，所述控制器分别与电驱压裂设备、能量转
换系统和储能装置连接，并通过所述控制器对与其连接的所述电驱压裂设备、能量转换系统和储能装置进行控制。
10.通过采用这种技术方案：通过控制器来监测电驱压裂设备的运行状态对能量转换系统和储能装置进行自动控制，实现能量回收利用的自动化。
11.于本发明的一实施例中，所述储能装置用于储存和向电驱压裂设备释放由能量转换系统转换电驱压裂设备中的主电机制动机械能获取到的能和由电网获取到的电能。
12.通过采用这种技术方案：实现所有能的整合，便于直接通过储能装置向电驱压裂设备进行供能。
13.于本发明的一实施例中，所述飞轮能量转换机构主体为飞轮发电机，所述飞轮发电机的飞轮随电驱压裂设备中的主电机输出轴转动，并在所述电驱压裂设备种的主电机制动时利用飞轮的惯性旋转带动发电机进行发电。
14.通过采用这种技术方案：电驱压裂设备中的主电机在作业期间，可以带动飞轮高速旋转，飞轮在主电机制动时，会在自身惯性作用下继续旋转，从而带动发电机进行发电并传导至储能装置进行储能，实现电驱压裂设备停机惯性能量的利用。
15.于本发明的一实施例中，所述液压能量转换机构用于在电驱压裂设备中的主电机制动时，将所述主电机中的能量转变为压缩能并传导至储能装置进行储存。
16.通过采用这种技术方案：液压能量转换机构在电驱压裂设备中主电机制动时，将电驱压裂设备中的能量转变为压缩能储存起来，当电驱压裂设备再次运转时，可以将压缩能转变为液压、气压能而释放出来，与主电机一起驱动电驱压裂设备运转，并且当电驱压裂设备系统瞬间压力增大时，该液压能量转换机构可以吸收这部分的能量，以保证整个电驱压裂设备系统压力正常。
17.于本发明的一实施例中，所述自发电机构用于利用电驱压裂设备中的主电机制动时产生的拖曳力矩进行主电机的自发电。
18.通过采用这种技术方案：将电驱压裂设备中的主电机自身作为驱动部件，在电驱压裂设备接收到制动指令并进行制动过程中，当满自发电足能量回收开启条件时，主电机由驱动模式转为制动模式以使得自身产生负扭矩，参与自身制动的制动力分配，同时在主电机参与制动力分配过程中，主电机的传动轴随压裂泵轴在惯性作用下带动自身转子切割定子磁感线，这一工作特性使主电机自身在制动过程中充当发电机，让本该损失为热量的能量转化为电能传导并存储至储能装置，达到能量回收的目的，既能够减少能源浪费，又能够减少刹车片的磨损。
19.如上所述，本发明的一种电驱压裂储能系统，具有以下有益效果：在设置储能装置的基础之上，增设能量转换系统对电驱压裂设备中的主电机制动机械能配合储能装置进行回收利用，达到减少电驱压裂系统停机能耗的目的；推广应用具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
20.图1是本发明的示意图。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
22.请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
23.请参阅图1，一种电驱压裂储能系统，包括电驱压裂设备和储能装置，所述电驱压裂设备和所述储能装置的输入端均连接电网，并且所述储能装置的输出端连接电驱压裂设备的输入端；通过设置储能装置对电驱压裂设备提供动力，共同给电驱压裂设备提供动力，在压裂作业过程中，电网故障、断电时，储能装置可以继续为电驱压裂设备提供一定时间的动力，可以用于处理事故；在非压裂作业时间内，由电网直接为储能装置充电，能够起到调节电价、削峰填谷的作用。
24.还包括能量转换系统，所述能量转换系统的输入端与电驱压裂设备中的主电机配合，所述能量转换系统包括利用电驱压裂设备中的主电机制动进行能量转换的飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构，所述飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构的输出端均与储能装置的输入端连接；设置能量转换系统将电驱压裂设备中的主电机制动机械能分别通过飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构转换为其他形式能传导至储能装置进行储存，后续可以直接通过储能装置供送给电驱压裂设备进行使用，实现电驱压裂设备中的主电机制动机械能的回收和利用，以此来减少电驱压裂系统停机造成的能量损耗。
25.还包括控制器，所述控制器分别与电驱压裂设备、能量转换系统和储能装置连接，并通过所述控制器对与其连接的所述电驱压裂设备、能量转换系统和储能装置进行控制；通过控制器来监测电驱压裂设备的运行状态对能量转换系统和储能装置进行自动控制，实现能量回收利用的自动化。
26.进一步的，所述储能装置用于储存和向电驱压裂设备释放由能量转换系统转换电驱压裂设备中的主电机制动机械能获取到的能和由电网获取到的电能；实现所有能的整合，便于直接通过储能装置向电驱压裂设备进行供能。
27.进一步的，所述飞轮能量转换机构主体为飞轮发电机，所述飞轮发电机的飞轮随电驱压裂设备中的主电机输出轴转动，并在所述电驱压裂设备种的主电机制动时利用飞轮的惯性旋转带动发电机进行发电；电驱压裂设备中的主电机在作业期间，可以带动飞轮高速旋转，飞轮在主电机制动时，会在自身惯性作用下继续旋转，从而带动发电机进行发电并传导至储能装置进行储能，实现电驱压裂设备停机惯性能量的利用。
28.进一步的，液压能量转换机构在电驱压裂设备中主电机制动时，将电驱压裂设备中的能量转变为压缩能储存起来，当电驱压裂设备再次运转时，可以将压缩能转变为液压、气压能而释放出来，与主电机一起驱动电驱压裂设备运转，并且当电驱压裂设备系统瞬间
压力增大时，该液压能量转换机构可以吸收这部分的能量，以保证整个电驱压裂设备系统压力正常。
29.进一步的，所述自发电机构用于利用电驱压裂设备中的主电机制动时产生的拖曳力矩进行主电机的自发电；将电驱压裂设备中的主电机自身作为驱动部件，在电驱压裂设备接收到制动指令并进行制动过程中，当满自发电足能量回收开启条件时，主电机由驱动模式转为制动模式以使得自身产生负扭矩，参与自身制动的制动力分配，同时在主电机参与制动力分配过程中，主电机的传动轴随压裂泵轴在惯性作用下带动自身转子切割定子磁感线，这一工作特性使主电机自身在制动过程中充当发电机，让本该损失为热量的能量转化为电能传导并存储至储能装置，达到能量回收的目的，既能够减少能源浪费，又能够减少刹车片的磨损。
30.具体实施时，电驱压裂设备进行压裂作业时，以电网为主，储能装置为辅，共同给电驱压裂设备提供动力，在这个过程中，电网出现故障、断电时，储能装置继续为电驱压裂设备提供一定时段的动力，方便处理相应的事故；在非压裂作业时间内，电网为储能装置充电，保证储能装置有电，同时可以配合储能装置起到调节电价和削峰填谷的作用；当电驱压裂设备停机时，能量转换系统可以转换电驱压裂设备中主电机产生的制动机械能，并传导至储能装置进行储能，方便后续再次供送给电驱压裂设备进行使用，实现能量回收利用、降低停机功耗的作用。
31.综上所述，本发明的一种电驱压裂储能系统，具有以下有益效果：在设置储能装置的基础之上，增设能量转换系统对电驱压裂设备中的主电机制动机械能配合储能装置进行回收利用，达到减少电驱压裂系统停机能耗的目的；推广应用具有良好的经济效益和社会效益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
32.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种电驱压裂储能系统，其特征在于：包括电驱压裂设备和储能装置，所述电驱压裂设备和所述储能装置的输入端均连接电网，并且所述储能装置的输出端连接电驱压裂设备的输入端；还包括能量转换系统，所述能量转换系统的输入端与电驱压裂设备中的主电机配合，所述能量转换系统包括利用电驱压裂设备中的主电机制动进行能量转换的飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构，所述飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构的输出端均与储能装置的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种电驱压裂储能系统，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与电驱压裂设备、能量转换系统和储能装置连接，并通过所述控制器对与其连接的所述电驱压裂设备、能量转换系统和储能装置进行控制。3.根据权利要求1所述的一种电驱压裂储能系统，其特征在于：所述储能装置用于储存和向电驱压裂设备释放由能量转换系统转换电驱压裂设备中的主电机制动机械能获取到的能和由电网获取到的电能。4.根据权利要求1所述的一种电驱压裂储能系统，其特征在于：所述飞轮能量转换机构主体为飞轮发电机，所述飞轮发电机的飞轮随电驱压裂设备中的主电机输出轴转动，并在所述电驱压裂设备种的主电机制动时利用飞轮的惯性旋转带动发电机进行发电。5.根据权利要求1所述的一种电驱压裂储能系统，其特征在于：所述液压能量转换机构用于在电驱压裂设备中的主电机制动时，将所述主电机中的能量转变为压缩能并传导至储能装置进行储存。6.根据权利要求1所述的一种电驱压裂储能系统，其特征在于：所述自发电机构用于利用电驱压裂设备中的主电机制动时产生的拖曳力矩进行主电机的自发电。

技术总结
本发明提供一种电驱压裂储能系统，包括电驱压裂设备和储能装置，所述电驱压裂设备和所述储能装置的输入端均连接电网，并且所述储能装置的输出端连接电驱压裂设备的输入端；还包括能量转换系统，所述能量转换系统的输入端与电驱压裂设备中的主电机配合，所述能量转换系统包括利用电驱压裂设备中的主电机制动进行能量转换的飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构，所述飞轮能量转换机构、液压能量转换机构和自发电机构的输出端均与储能装置的输入端连接，本发明中，在设置储能装置的基础之上，增设能量转换系统对电驱压裂设备中的主电机制动机械能配合储能装置进行回收利用，达到减少电驱压裂系统停机能耗的目的。达到减少电驱压裂系统停机能耗的目的。达到减少电驱压裂系统停机能耗的目的。


技术研发人员：牟新明 吴俊伟 聂鹏 乔汉杰 钟山
受保护的技术使用者：阿奥艾斯海洋工程(上海)有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/14