海上平台利用生产水温差发电系统性能实验研究

周宇航，陈宏举，李翠，张一平，于邦廷

（中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）

摘  要：针对海上油气田低品位余热（<200℃）利用率低的问题，构建了基于有机朗肯循环（ORC）的海上平台生产水温差发电系统，建立了含膨胀机输出功、热效率及烟效率的动态评价体系并实验验证。结果显示，热源温度主导效率，热水温度从85℃升至93℃时，发电功率从158kW增至206kW，热效率提升至6.92%；冷源参数影响显著，冷水流量增加发电量小幅提升，温度升高则导致功率下降5.7%；蒸发温度升高使工质流量和冷凝压力同步增长。研究首次提供了海洋石油平台余热发电实测数据，突破了传统模式瓶颈，其“热源-发电一用电”协同路线对海上油气田节能减排及温差能利用具有重要工程价值。

关键词：有机朗肯循环；生产水；发电功率；热效率

0 引言

油气田开发生产中，存在着大量余热资源，尤其是200℃以下的余热，品位低、不稳定，可能含有杂质，回收利用困难，大部分都直接排放到环境中，很难进行工业生产再利用，既浪费了能源，又造成了严重的环境问题。采用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)将低品位余热转换为高品质电能，可以降低单位产品能源消耗，提高能源利用效率，有助于解决能源紧缺问题，是余热利用的有效途径之一，且系统具有结构紧凑、负荷适应性好的优势。ORC技术在海洋石油开发中实现了废热资源化、减排增效，是推动海上油气田绿色化、智能化转型的关键技术之一，未来随着碳税政策收紧和技术进步，其应用潜力将进一步释放。本文开展针对海上平台生产水的余热回收发电的测试验证，通过搭建包含膨胀机输出功、循环热效率的多维度评价体系，系统考察不同工况下综合系统的动态性能，实验量化分析发电-消耗双模式协同运行时能量传递特性。研究获取的关键运行参数为海上能源平台建设提供首套实测数据支撑，其“热源-生电-用电”技术路线对推进海洋温差能综合利用具有重要工程参考价值。

1 实验系统及布置

ORC发电机组主要由蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵、发电机等部件组成（图1)，90℃热水通过蒸发器将热量传递给液态R245fa(五氟丙烷)，从蒸发器出来的过热R245fa经膨胀机膨胀作功，膨胀机驱动发电机发电，从膨胀机出来的低压R245fa进入冷凝器由冷却水冷凝成过冷R245fa，再经工质泵泵送至蒸发器重复整个循环。

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