CN214887011U

CN214887011U - 压裂系统

Info

Publication number: CN214887011U
Application number: CN202022752009.1U
Authority: CN
Inventors: 仲跻风; 吕亮; 崔树桢; 李守哲; 吴义朋
Original assignee: Yantai Jereh Petroleum Equipment and Technologies Co Ltd
Current assignee: Yantai Jereh Petroleum Equipment and Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: WO2022110379A1; US12078044B2; US20220162931A1

Abstract

本实用新型提供了一种压裂系统，包括功能单元、供电单元和储能单元。功能单元用于执行压裂作业所需的工序。供电单元与功能单元电连接，并配置为向功能单元供电。储能单元分别与供电单元和功能单元电连接，其配置为储存来自供电单元的电能并且向功能单元供电。根据本实用新型，压裂系统的储能单元可以储存供电单元的富余电能并在需要时向整个压裂系统供电，起到储能调峰的作用，使发电机组等可以长时间保持经济工况运行，安全稳定，提高了效率和经济性。同时为非碳能源发电供给压裂作业成为可能。最大程度上减少了内燃机的使用，更加环保。还可以减少发电机组的数量以及用于布置发电机组的占地空间，降低压裂作业的施工成本。

Description

压裂系统

技术领域

本实用新型涉及一种压裂系统。

背景技术

压裂是油气田增产的主要措施。受限于施工成本、环境污染等问题，目前油田现场施工已经逐步采用电动装备提供动力，也即电驱压裂施工作业。例如，可以将压裂系统连接至电网，通过电网供电；或者可以现场安装发电设备，通过发电设备供电；或者采用电网和发电机设备联合供电的方式。然而，采用电驱的压裂施工作业还存在以下问题：

1.目前普遍应用燃气轮机驱动发电机进行发电，其热效率高、经济性好。但燃气轮机通常需要配备黑启动设备用于发电机的启动。多台发电机就需要配备多台黑启动(通常为柴油机驱动的动力设备)，启动设备冗余。并且还需要配备柴油燃料等。这增加了井场的设备种类和复杂程度。

2.压裂施工的规模通常较大，例如，页岩气压裂施工通常能够达到2万-5万水马力。如果全部设备采用电力驱动，则需要25MW左右。因此需要确保足够的发电机功率。同时井场布置发电设备还需要放置气处理设备。考虑到安全问题(例如异常断电导致施工失败，不但无法达到预期效果，甚至引发安全事故)，还需要布置备用发电设备。这些情况都导致发电设备占地面积较大。另外，发电设备需要布置在平整的土地上。而井场大多位于野外环境，甚至位于山脉中。在这些环境中，平整的土地需要耗费成本来获得。进一步增加了压裂作业的施工成本。

3.压裂施工现场通常保持2-4h连续高功率作业，中间间歇阶段进行检查、切换井口、射孔等工作，然后再次进行高功率作业。换句话说，压裂施工作业的用电负荷存在很大的波动。如果在中间间歇阶段几乎不需要用电时使发电机组保持空转运行，会造成燃料的浪费。否则就需要随压裂施工作业的工序频繁地启停部分或全部发电机，成本较高，并且容易降低发电机组的使用寿命。

4.发电机单机功率存在限制。例如，高温作业时，燃气轮机发电的能力降低。因此有些工况下井场规划的发电设备可能会出现过载风险。

5.采用内燃机驱动的发电设备通常需要考虑燃料供给的问题。液体或气体燃料消耗量大。虽然发电机可以多台备用，但燃料供给系统和供给管线通常无法备用或很难备用，尤其是井口气等需要进行现场处理的气体，存在燃料供给中断的风险。为了解决这些问题，井场还需要考虑暂存储备燃料等措施。

6.采用电网供电时，用电波动对电网有一定要求。并且施工作业的稳定性受电网稳定性的直接影响，存在较大的稳定性风险。

7.有些井场所在的地区通常没有现成的供电设施，需要提前铺设，费用和周期成本较高。

8.海上作业时面临设备摆放面积和能源供给条件受限的问题。

因此，需要提供一种压裂系统，以至少部分地解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种压裂系统。

根据本实用新型的一个方面，所述压裂系统包括：

功能单元，所述功能单元用于执行压裂作业所需的工序；

供电单元，所述供电单元与所述功能单元电连接，所述供电单元配置为向所述功能单元供电；以及

储能单元，所述储能单元分别与所述供电单元和所述功能单元电连接，所述储能单元配置为储存来自所述供电单元的电能并且向所述功能单元供电。

根据本方案，压裂系统包括储能单元，可以储存供电单元的富余电能并在需要时向整个压裂系统供电，由此可以起到储能调峰的作用，使发电机组等可以长时间保持经济工况运行，更加安全稳定，提高了发电机组的效率和经济性。同时为非碳能源发电供给压裂作业成为可能。此外还在最大程度上减少了内燃机的使用，更加环保。还可以减少发电机组的数量以及用于布置发电机组的占地空间，降低压裂作业的施工成本。

在一种实施方式中，所述供电单元包括发电机组，所述储能单元还配置为向所述发电机组供电。

根据本方案，储能单元可以在发电机组启动之前提供发电机组启动所需的电能。

在一种实施方式中，所述压裂系统还包括开关柜、变压单元和变频单元，所述供电单元通过所述开关柜、所述变压单元和所述变频单元与所述功能单元电连接，其中，所述储能单元通过所述开关柜、所述变压单元和所述变频单元与所述功能单元电连接，或者所述储能单元通过所述变压单元和所述变频单元与所述功能单元电连接。

根据本方案，可以对供电单元供应至功能单元的电流集中控制并将电流变压、整流、变频为适合功能单元使用的电流，并且可以根据实际需要灵活选择储能单元与功能单元电连接的方式。

在一种实施方式中，所述变频单元包括整流模块和逆变模块，所述变压单元与所述整流模块集成设置，所述逆变模块与所述功能单元的动力元件集成设置，所述整流模块通过直流母线与所述逆变模块电连接，所述储能单元电连接至所述直流母线或所述逆变模块。

根据本方案，整流模块与逆变模块分体设置，并且可以根据需要将储能单元的输出端选择性地连接至直流母线或逆变模块，提高布置的灵活性。

在一种实施方式中，所述储能单元的充电接口与所述整流模块电连接。

根据本方案，可以将输入储能单元的电流整流为合适的频率和电压。

在一种实施方式中，所述供电单元、所述储能单元和所述功能单元以串联的方式电连接。

根据本方案，储能单元可以作为供电单元向功能单元供电的电路的一部分，增加布置的可选择性。

在一种实施方式中，所述储能单元包括电池模块、开关、电池管理模块、充电接口和供电接口。

根据本方案，可以通过电池管理模块和开关方便地控制管理储能单元。

在一种实施方式中，所述储能单元还包括附加整流模块，所述附加整流模块电连接于所述充电接口和所述电池模块之间，或者所述储能单元还包括附加逆变模块，所述供电接口包括交流供电接口，所述附加逆变模块电连接于所述电池模块和所述交流供电接口之间。

根据本方案，附加整流模块可以将输入储能单元的电流整流为直流电，或者储能单元可以输出交流电，并且附加逆变模块可以将储能单元输出的电流转换为合适的频率和电压。

在一种实施方式中，所述储能单元还包括DC/DC转换器，所述 DC/DC转换器电连接于所述充电接口和所述电池模块之间和/或所述电池模块和所述供电接口之间。

根据本方案，可以在储能单元内部实现直流电压的升高或降低。

在一种实施方式中，所述供电接口包括直流供电接口，所述直流供电接口与所述电池模块直接电连接。

根据本方案，储能单元可以输出直流电。

在一种实施方式中，所述储能单元包括双向变流器，所述充电接口和所述供电接口分别通过双向变流器与所述电池模块电连接。

根据本方案，双向变流器可以起到整流和逆变的作用，控制储能单元充电和放电。

在一种实施方式中，所述压裂系统还包括集中控制单元，所述集中控制单元以有线和/或无线的方式与所述功能单元和所述储能单元通信连接，所述集中控制单元用于监视和/或控制所述功能单元和所述储能单元的工作参数。

根据本方案，可以控制关键设备的运转参数，并且可以对储能单元起监视和保护作用。

在一种实施方式中，所述集中控制单元配置为，在向所述功能单元供电的电压、电流和/或频率偏离预定范围时，发出报警信息并且/ 或者降低所述功能单元的用电功率。

根据本方案，可以在储能单元和/或供电单元供电发生故障时降低输送至功能单元的电量，避免出现安全事故，并且可以发出报警信息，起到提示作用。

在一种实施方式中，所述集中控制单元配置为，在所述供电单元停止供电时，自动地控制所述储能单元向所述供电单元、所述集中控制单元和/或所述功能单元供电。

根据本方案，可以自动地实现供电单元供电和储能单元供电之间的切换。

在一种实施方式中，所述集中控制单元还配置为发出提示信息，所述提示信息包括根据所述储能单元的电量和所述功能单元的作业功率预判的作业持续时间信息。

根据本方案，可以允许作业人员采取必要措施，持续完成作业，或临时降低用电功率等，避免突发停机引发的井堵等作业事故。

在一种实施方式中，所述集中控制单元控制所述储能单元通过以下方式工作：

全部所述电池模块同时充电；或者全部所述电池模块同时供电；或者部分所述电池模块供电，另一部分所述电池模块充电。

根据本方案，可以根据需要灵活地选择储能单元的工作模式。

在一种实施方式中，所述集中控制系统配置为，在向所述储能单元充电的电压、电流和/或频率偏离预定范围时，断开向所述储能单充电的电连接。

根据本方案，可以在充电出现故障时切断充电电路，以保护储能单元。

在一种实施方式中，所述储能单元设置在运载工具上。

根据本方案，可以方便储能单元的转移，运载工具包括：辅助吊具、半挂车、底盘车、轨道车辆、吊装用底座、橇架等，可以将对储能单元运输至井场外设置电站集中充电。

在一种实施方式中，所述供电单元包括电网、柴油发电机组、涡轮发电机组、燃气发电机组、核反应堆发电机组、光伏发电设备、风能发电设备和燃料电池中的至少一种，其中燃料电池可以是天然气燃料电池、氢燃料电池等。

根据本方案，可以根据需要选择合适的供电单元的具体形式。

附图说明

为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第一种形式的示意图；

图2示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第二种形式的示意图；

图3示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第三种形式的示意图；

图4示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第四种形式的示意图；

图5示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第五种形式的示意图；

图6示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的第六种形式的示意图；

图7示出了根据本实用新型的第一实施方式的压裂系统的示意图；

图8示出了根据本实用新型的第二实施方式的压裂系统的示意图；

图9示出了根据本实用新型的第三实施方式的压裂系统的示意图；

图10示出了根据本实用新型的第四实施方式的压裂系统的示意图；

图11示出了根据本实用新型的第五实施方式的压裂系统的示意图；

图12示出了根据本实用新型的第六实施方式的压裂系统的示意图；

图13为图12所示的压裂系统的储能单元的另一种连接方式的示意图；

图14示出了根据本实用新型的第七实施方式的压裂系统的示意图；

图15示出了根据本实用新型的第七实施方式的压裂系统的一种变型的示意图；以及

图16示出了根据本实用新型的压裂系统的系统框图。

附图标记说明：

10 功能单元 20 供电单元

30 储能单元 40 开关柜

50 变压单元 60 变频单元

61 整流模块 62 逆变模块

21 非碳能源发电模块 22 碳能源发电模块

100/200/300/400/500/600/700 压裂系统

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本实用新型的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。

本实用新型提供了一种用于油气田现场压裂施工作业的压裂系统。如图16所示，根据本实用新型，压裂系统主要包括功能单元、供电单元、储能单元和集中控制单元。其中，功能单元主要包括用于实现压裂施工作业的各个工序的各种功能性的设备和/或部件，例如功能单元可以包括混配设备、混砂设备、输砂设备、压裂设备，或固井作业时使用的固井设备、批混设备，或钻井作业过程中的用电驱动的设备等。其中，混配设备、混砂设备、输砂设备、压裂设备等可以包括用于提供动力的动力元件，并且动力元件中的全部或大部分为电机。换句话说，根据本实用新型，压裂系统的全部或大部分为电驱动。

供电单元与功能单元的各个电驱动的动力元件电连接，并提供电能，以使功能单元的各部分实现其功能。具体地，供电单元可以包括电网、柴油发电机组、燃气发电机组、涡轮发电机组、核反应堆发电机组、光伏发电设备、风能发电设备和燃料电池中的一种或多种的组合。本领域技术人员可以根据井场实际情况灵活选择供电单元的具体形式。另外，供电单元还可以与集中控制单元电连接以向集中控制单元供电。

集中控制单元通常位于压裂仪表车内或远程指挥中心，并且可以通过有线或无线的方式与功能单元通信连接。集中控制单元可以分别与功能单元、供电单元和储能单元通信连接。因此集中控制单元可以用于监视或控制井场压裂设备的压力、关键部件的温度和转速参数，并能够控制关键设备的运转参数，比如压裂泵车的电机转速、压裂设备散热用电机转速、混砂设备电机转速、混配设备电机转速等。集中控制单元可以具有本地控制模式或远程控制模式。

储能单元分别与供电单元、功能单元和集中控制单元电连接。一方面，储能单元可以储存来自供电单元的电能；另一方面，储能单元还可以作为供电单元的备用或者补充向功能单元供电。

具体的充电过程可以是以下方式：

例如，在供电单元包括发电机组的实施方式中，在压裂施工间隙，功能单元的压裂设备停止作业，而此时发电机组仍然可以维持较高发电效率的工况运行以向储能单元充电。避免发电机组频繁启停或避免发电机组空转造成燃料和能量浪费。

或者，在压裂施工过程中，当发电机组的发电能力高于功能单元的实际工况所需的电量时，多余的电量可以利用储能单元储存，从而使发电机组保持稳定高效的运行状态。

具体地供电过程可以是以下方式：

例如，在压裂施工作业的间隙或压裂前的作业准备阶段，绝大部分压裂设备停止使用，电量需求较小，可以将发电机组停机或将电网断开，直接使用储能单元为压裂施工提供电能。

或者，当发电机组或电网发生故障无法为用电设备提供电力时，可以利用储能单元提供电力，以保障用电设备正常运行，避免因供电问题导致压裂作业中断，进而避免由于压裂作业中断引发的井堵等安全问题。

或者，储能单元还可以为集中控制单元、发电机组的控制模块、其它设备的控制模块、井场的监视系统等其他重要的通讯、监视和控制设备供电，以在发电设备或电网发生故障时保障通讯、控制系统等关键系统的可靠性。

或者，在储能单元的电容量足够大并且能满足压裂作业时的电能需求的情况下，可以选择性地使用储能单元或供电单元交替为压裂施工作业提供电能。例如在天气温度适中或其他更适宜内燃机发电的场景使用发电机组供电，或在用电低谷时段使用电网、光伏和风电等供电，同时择机为储能单元充电。而在天气温度较高等不适宜使用发电设备供电的场景或在用电高峰时，使用储能单元供电，以提高经济性。此时，可以将储能单元的一部分作为备用电源，以确保井场供电的安全。

图1至图6分别示出了用于根据本实用新型的压裂系统的储能单元的各种形式。

如图1所示，储能单元包括用于储存电能的电池模块。电池模块具体可以是化学电池和/或超级电容的单个或多个的组合等。其中，化学电池可以是例如锂离子电池、钠离子电池、磷酸铁锂电池等。

此外，虽然附图中没有示出，可以理解，为了实现电池模块储存电能和供电的功能，储能单元还包括电池管理模块、充电接口、供电接口和开关等。电池模块可以通过充电接口与供电单元电连接，并且可以通过供电接口与需要供电的部件电连接。开关用于控制储能单元与其他单元之间电连接的通断状态。电池管理模块可以检测电池模块的关键参数，对储能单元起到保护作用，例如欠压保护、过载保护、过流保护、短路保护、过温保护等。电池管理模块还可以具有最小电量保护功能，例如电池管理模块可以设定最小保护电量，以保证电池模块储存有足够的备用电量或者达到保护电池的目的。当接近或到达或低于设定的最小保护电量时，电池管理模块产生相应的指示或切断输出供电，例如发出提示信息等。

另外，电池管理模块可以通过有线、无线、以太网等方式与压裂系统的集中控制单元通信连接。集中控制单元可以通过本地控制模式或远程控制模式控制储能单元充电和供电。例如集中控制单元可以控制储能单元的部分电池模块充电，同时另一部分电池模块供电；或者可以控制全部电池模块同时充电；或者可以控制全部电池模块同时放电。还可以设置充电保护程序，当充电的频率、电流、电压、温度等发生异常时，充电保护程序可以切断充电电源，避免发生安全事故。

此外，集中控制单元能够监视储能单元的电量、温度、电流、电压等参数并可以将这些参数显示给操作人员。当供电单元异常或储能单元有异常时，集中控制单元可以根据采集的信号判断出异常情况，进而显示报警信息，或提示操作注意事项，或自动进行对功能单元的控制，比如降低用电功率，具体比如降低VFD输出电流或关闭部分或全部VFD的输出，或者降低部分压裂泵的冲次数等。当井场发生紧急情况时，可以通过集中控制单元紧急停机，通过远程停机按钮或触摸屏远程停机指令，集中控制单元也可以关闭供电单元或者供电单元的输出开关，具体的比如停止涡轮发电机的运转，或者关闭储能单元或者储能单元的输出开关，也可以停止VFD的输出电流。

当供电单元因紧急停机停止供电时，集中控制单元可以根据预设自动调整储能单元的供电功能，比如涡轮发电机停止运转时，集中控制单元可以通过远程控制模式或本地控制模式以自动或手动的方式控制储能单元向涡轮发动机、集中控制单元等进行供电，以保障发动机润滑、散热以及集中控制单元的稳定性。

当供电单元因突发情况停止供电时，集中控制单元可以根据预设的程序调整储能单元的供电功能，为井场上的作业必须的功能单元继续提供电力，同时集中控制单元发出提示信息给操作人员，提示信息可以包括根据作业情况(根据当前耗电功率或根据预先设置的功能单元的不同阶段的作业参数推断用电量)预判的作业持续时间信息等，以便作业人员采取必要措施，持续完成作业，或临时降低用电功率等，避免突发停机引发的井堵等作业事故。

图2示出了储能单元的第二种形式。相比图1所示的储能单元，图2所示的储能单元还包括附加整流模块，其电连接于充电接口和电池模块之间。附加整流模块可以对输入储能单元的充电电流进行整流，使其由交流电变为直流电，并向电池模块提供足够的充电电压。也即，附加整流模块可以起到充电的作用。

图3示出了储能单元的第三种形式。相比图2所示的储能单元，图3所示的储能单元还包括附加逆变模块，其电连接于电池模块和供电接口之间。附加逆变模块可以将电池模块输出的直流电流转变成定频定压或调频调压的交流电流。因此，根据第三种形式的储能单元可以输出交流电。相应地，与附加逆变模块电连接的供电接口为交流供电接口。

图4示出了储能单元的第四种形式。相比图1所示的储能单元，图4所示的储能单元还包括双向变流器。储能单元的充电接口和供电接口分别通过双向变流器与电池模块电连接。双向变流器可以进行直流、交流之间的变换，控制电池模块的充电和放电过程，实现对电网有功功率和无功功率的调节，并且还可以在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。

图5示出了储能单元的第五种形式。相比图3或图4所示的储能单元，图5所示的储能单元还包括DC/DC转换器。DC/DC转换器以串联的方式设置在附加整流模块与电池模块之间以及电池模块与附加逆变模块之间。DC/DC转换器可以对输入至电池模块的直流电压和从电池模块输出的直流电压进行变压调整。当然，作为替换实施方式，也可以只在附加整流模块与电池模块之间设置DC/DC转换器，或只在电池模块与附加逆变模块之间设置DC/DC转换器。另外，还可以将附加整流模块和附加逆变模块替换为双向变流器来调整电流特性。或者，还可以省略附加整流模块和附加逆变模块，而只设置DC/DC 转换器。

图6示出了储能单元的第六种形式。相比图3所示的储能单元，图6所示的储能单元还包括直流供电接口。直流供电接口直接与电池模块电连接，并且与附加逆变模块和交流供电接口并联。因此，根据第六种形式的储能单元可以同时输出交流电和直流电。

图7至图12分别示出了用于根据本实用新型的不同实施方式的压裂系统。下面结合附图详细介绍。

如图7所示，在第一实施方式中，除了上面已经描述的功能单元 10、供电单元20和储能单元30之外，压裂系统100优选地还包括开关柜40、变压单元50和变频单元60。其中，开关柜40用于集中地控制从供电单元20至功能单元10的各个功能性的设备和/或部件的电连接的分支、合并以及通断状态等。可以理解，当供电单元20和储能单元30同时连接开关柜40时，该开关柜40可以并网，也可以分别连接。变压单元50和变频单元60位于开关柜40和功能单元10之间，用于对输入至功能单元10的电流进行变压、整流、变频调整。其中，变压单元50可以包括变压器。变频单元60可以包括变频器 (Variable-frequency Drive，VFD)。其中，变压单元和变频单元分别为至少一个，优选地为两组或更多组，这样可以输出不同电压的交流变频电流。

储能单元30的充电接口与供电单元20的发电端口电连接。并且储能单元30的供电接口与开关柜的输入端连接，以向功能单元10供电。

图8示出了根据本实用新型的第二实施方式的压裂系统200，其与图7示出的第一实施方式的压裂系统100大致相同。区别在于，在压裂系统200中，供电单元20包括发电机组，例如涡轮发电机组等。储能单元30的供电接口可以与供电单元20的耗电端口电连接。由此，储能单元30除了向功能单元10供电之外，还可以向供电单元20供电。例如，在发电机组启动之前，储能单元30可以向供电单元20提供启动所需的电力；或者当发电机组停机后，储能单元30可以向发电机组提供必要的电力以保证发电机组的散热或润滑等系统的正常运行。

另外，在压裂系统200中，储能单元30还可以不经过开关柜40 而直接通过变压单元50和变频单元60电连接至功能单元10。此时可以通过储能单元30自身的开关控制其与功能单元10之间的电连接的通断状态。

图9示出了根据本实用新型的第三实施方式的压裂系统300，其与图8示出的第二实施方式的压裂系统200大致相同。区别在于，在压裂系统300中，储能单元30与开关柜40直接电连接，而供电单元 20通过储能单元30与开关柜40电连接。因此，储能单元30除了储存电能的功能之外，还用于提供从供电单元20至功能单元10的电连接。换句话说，在压裂系统300中，供电单元20、储能单元30和功能单元10串联。

图10示出了根据本实用新型的第四实施方式的压裂系统400，其中省略了供电单元。在压裂系统400中，储能单元30可以通过诸如卡车或拖车的运载工具移动。这样的设置方式，可以允许在井场之外布置电站，并且可以通过运载工具将储能单元30移动至井场外集中充电。

图11示出了根据本实用新型的第五实施方式的压裂系统500，其与图8示出的第二实施方式的压裂系统200大致相同。区别在于，在压裂系统500中，变频单元分为整流模块61和逆变模块62。其中，整流模块61与变压单元50集成为单机设备，可以将整流之后的电流再供给功能单元10的压裂、混砂、混配等设备。并且压裂、混砂、混配等设备均包括逆变器和电机。各个设备的逆变器构成逆变模块 62。整流模块61可以通过直流母线与逆变模块62电连接。这样设置可以提高压裂系统500各个单元的布置灵活性。

储能单元30输出直流电，其供电接口绕过开关柜40、变压单元 50和整流模块61，直接与功能单元10的各个设备的逆变器电连接，或者直接连接至直流母线。

图12示出了根据本实用新型的第六实施方式的压裂系统600，其与图11示出的第五实施方式的压裂系统500大致相同。区别在于，在压裂系统600中，储能单元30与供电单元20之间没有直接连接，而是储能单元30的充电接口与整流模块61电连接。如此，输入至储能单元30的电流为整流之后的直流电流，从而可以从储能单元30省略附加整流模块。与根据第五实施方式的压裂系统500类似，储能单元30的供电接口直接与功能单元10的各个设备的逆变器电连接，或者如图13所示，直接电连接至整流模块61和逆变模块62之间的直流母线。

图14示出了根据本实用新型的第七实施方式的压裂系统700。在第七实施方式中，供电单元20可以只包括非碳能源发电模块21，例如太阳能发电设备、风能发电设备、氢燃料电池等，使得压裂系统700 完全由非碳能源提供电能。这样可以减少碳能源发电设备的使用，从而减少碳排放，实现节能环保的效果。

进一步地，在包括非碳能源发电模块21的基础上，供电单元20 还可以包括碳能源发电模块22，例如天然气燃料电池、内燃机发电设备等。当储能单元30需要充电时，可以有选择地通过非碳能源发电模块21或碳能源发电模块22进行充电。这样设置，一方面可以最大限度地使用非碳能源发电设备进行发电，以减少碳排放；另一方面可以弥补非碳能源供电持续性不足等问题，在非碳能源无法提供电力时 (例如，在夜间充电无法使用太阳能发电设备等的情况下)，可以灵活地选用碳能源发电模块22供电或向储能单元30充电。

具体地，如图14所示，非碳能源发电模块21和碳能源发电模块 22分别与储能单元30电连接以向储能单元30充电。非碳能源发电模块21经由储能单元30电连接至开关柜40，并且碳能源发电模块22 直接地电连接至开关柜40，以分别向功能单元10供电。另外，储能单元30的供电接口还与碳能源发电模块22的耗电端口电连接以向碳能源发电模块22供电。

图15示出了第七实施方式的压裂系统700的变型。在该变型中，储能单元30的充电接口只与非碳能源发电模块21电连接。也即，储能单元30只由非碳能源发电模块21充电。而碳能源发电模块22的发电端口只与开关柜41电连接，并且碳能源发电模块22的耗电端口与储能单元30的供电接口电连接。由此，碳能源发电模块22只向功能单元10供电，并且在必要时可以由储能单元30向碳能源发电模块 22供电。可以理解，上面描述的储能单元的不同形式和压裂系统的各个实施方式之间没有对应关系。在适配的前提下，一种形式的储能单元可以应用于不同实施方式的压裂系统，例如图3所示的储能单元可以应用于根据第一实施方式的压裂系统100、根据第二实施方式的压裂系统200和根据第三实施方式的压裂系统300等；并且/或者一种压裂系统可以使用不同形式的储能单元，例如根据第一实施方式的压裂系统100可以使用图2、图3和图4所示的储能单元。

本实用新型提供的压裂系统包括储能单元，可以储存供电单元的富余电能并在需要时向整个压裂系统供电，由此可以起到储能调峰的作用，使发电机组等可以长时间保持经济工况运行，更加安全稳定，提高了发电机组的效率和经济性。同时为非碳能源发电供给压裂作业成为可能。此外还在最大程度上减少了内燃机的使用，更加环保。还可以减少发电机组的数量以及用于布置发电机组的占地空间，降低压裂作业的施工成本。

本实用新型的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本实用新型排他或局限于单个公开的实施方式。如上，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本实用新型的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本实用新型旨在包括这里描述的本实用新型的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本实用新型的精神和范围内的其他实施方式。

Claims

1.一种压裂系统，其特征在于，所述压裂系统包括：

功能单元(10)，所述功能单元(10)用于执行压裂作业所需的工序；

供电单元(20)，所述供电单元(20)与所述功能单元(10)电连接，所述供电单元(20)配置为向所述功能单元(10)供电；以及

储能单元(30)，所述储能单元(30)分别与所述供电单元(20)和所述功能单元(10)电连接，所述储能单元(30)配置为储存来自所述供电单元(20)的电能并且向所述功能单元(10)供电。

2.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述供电单元(20)包括发电机组，所述储能单元(30)还配置为向所述发电机组供电。

3.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述压裂系统还包括开关柜(40)、变压单元(50)和变频单元(60)，所述供电单元(20)通过所述开关柜(40)、所述变压单元(50)和所述变频单元(60)与所述功能单元(10)电连接，其中，所述储能单元(30)通过所述开关柜(40)、所述变压单元(50)和所述变频单元(60)与所述功能单元(10)电连接，或者所述储能单元(30)通过所述变压单元(50)和所述变频单元(60)与所述功能单元(10)电连接。

4.根据权利要求3所述的压裂系统，其特征在于，所述变频单元(60)包括整流模块(61)和逆变模块(62)，所述变压单元(50)与所述整流模块(61)集成设置，所述逆变模块(62)与所述功能单元(10)的动力元件集成设置，所述整流模块(61)通过直流母线与所述逆变模块(62)电连接，所述储能单元(30)电连接至所述直流母线或所述逆变模块(62)。

5.根据权利要求4所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)的充电接口与所述整流模块(61)电连接。

6.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述供电单元(20)、所述储能单元(30)和所述功能单元(10)以串联的方式电连接。

7.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)包括电池模块、开关、电池管理模块、充电接口和供电接口。

8.根据权利要求7所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)还包括附加整流模块，所述附加整流模块电连接于所述充电接口和所述电池模块之间，或者所述储能单元(30)还包括附加逆变模块，所述供电接口包括交流供电接口，所述附加逆变模块电连接于所述电池模块和所述交流供电接口之间。

9.根据权利要求7所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)还包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器电连接于所述充电接口和所述电池模块之间和/或所述电池模块和所述供电接口之间。

10.根据权利要求7或8所述的压裂系统，其特征在于，所述供电接口包括直流供电接口，所述直流供电接口与所述电池模块直接电连接。

11.根据权利要求7所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)包括双向变流器，所述充电接口和所述供电接口分别通过双向变流器与所述电池模块电连接。

12.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述压裂系统还包括集中控制单元，所述集中控制单元以有线和/或无线的方式与所述功能单元(10)和所述储能单元(30)通信连接，所述集中控制单元用于监视和/或控制所述功能单元(10)和所述储能单元(30)的工作参数。

13.根据权利要求12所述的压裂系统，其特征在于，所述集中控制单元配置为，在向所述功能单元(10)供电的电压、电流和/或频率偏离预定范围时，发出报警信息并且/或者降低所述功能单元(10) 的用电功率。

14.根据权利要求12所述的压裂系统，其特征在于，所述集中控制单元配置为，在所述供电单元(20)停止供电时，控制所述储能单元(30)向所述供电单元(20)、所述集中控制单元和/或所述功能单元(10)供电。

15.根据权利要求14所述的压裂系统，其特征在于，所述集中控制单元还配置为发出提示信息，所述提示信息包括根据所述储能单元(30)的电量和所述功能单元(10)的作业功率预判的作业持续时间信息。

16.根据权利要求12所述的压裂系统，其特征在于，所述集中控制单元控制所述储能单元(30)通过以下方式工作：

所述储能单元(30)的全部电池模块同时充电；或者所述储能单元(30)的全部电池模块同时供电；或者所述储能单元(30)的部分电池模块供电，另一部分电池模块充电。

17.根据权利要求12所述的压裂系统，其特征在于，所述集中控制系统配置为，在向所述储能单元(30)充电的电压、电流和/或频率偏离预定范围时，断开向所述储能单元(30)充电的电连接。

18.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述储能单元(30)设置在运载工具上。

19.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，所述供电单元(20)包括电网、柴油发电机组、涡轮发电机组、燃气发电机组、核反应堆发电机组、光伏发电设备、风能发电设备和燃料电池中的至少一种。