大庆油田采油作业区光伏发电技术应用分析

王浔韩翠莲刘佳

（1.中国航空器材集团能源管理有限责任公司；2.天津排放权交易所有限公司；3.辽源市西安橡塑制品厂）

大庆油田采油作业区光伏发电技术应用分析

王浔1韩翠莲2刘佳3

（1.中国航空器材集团能源管理有限责任公司；2.天津排放权交易所有限公司；3.辽源市西安橡塑制品厂）

分布式光伏发电技术是绿色新能源技术，文中对采油作业区域内光伏发电的资源条件进行分析，基于资源条件计算适合大庆地区的光伏发电装机、发电量、碳减排量测算指标，相应指出影响发电效率的主要因素，并以让胡路区为例，对光伏发电的经济可行性进行测算，最后提出了采油作业区内建设光伏发电系统的相关结论和建议。

分布式 光伏发电 测算指标 发电效率

1 光伏发电技术介绍

光伏发电技术是全球正在大规模推广的绿色新能源技术，也是当前国内大力鼓励应用的技术。光伏发电技术以光生伏打效应为基本原理，通过光伏电池直接将太阳光的辐射能（主要集中在可见0.4～0.75 μm的光波段）转化为直流电能，将直流电力汇集后，送入逆变器变为工频交流电，供给电网或者用电负荷。

并网光伏发电系统可分为两种形式，即集中式光伏发电和分布式光伏发电。前者指建设一个光伏电站，所发电力直接送入公共电网，相当于一个独立的发电项目。后者指在用户附近建设光伏电站，所发电量以用户自用为主，如电量全部被用户消纳，则称为并网不上网模式；如有多余电量送入公共电网，则称为自发自用余电上网模式。

2 采油区光伏发电资源条件分析

实施光伏发电需要具备一定的资源条件，主要是日照资源、场地安装和负荷消纳三个因素。

大庆油田位于黑龙江省西部和松嫩平原北部，由萨尔图、杏树岗、喇嘛甸、朝阳沟等48个规模不等的油气田组成，总面积约6000 km2，日照资源条件较好，属于国家二类太阳能资源地区。以大庆市让胡路区为例，地面水平面每年日均太阳能辐射量为14.6 MJ/m2，具备实施光伏发电的良好自然资源条件。

油田采油作业区主要在野外，以盐碱地、沼泽地和草甸为主，无耕地和林地，无高大遮挡物，地势较为平坦，总体而言具备良好的场地条件。在采油作业区域内实施光伏发电项目不会与国家的耕地林地保护政策冲突，从资源配置上来看基本属于荒地利用。同时，光伏发电系统主要占地来自于光伏组件安装的需求，而组件采用模块化安装，可以根据地形条件灵活组合，从而避开场内道路、井架等，不影响既有生产设施工作。

更为重要的是，由于采油作业需要电力，目前采油作业区域内已经建成完善的供电网络，包括10 kV和380 V等不同等级，为光伏发电提供了非常理想的电量消纳条件，这是一个非常重要的优势。通常而言，对于野外区域实施光伏发电的最大障碍就是电量无法送出和消纳。

根据上述资源条件分析，大庆油田采油作业区域适宜利用区域内的空余地面，建设分布式并网型光伏发电项目为主，就近并入油田电网，电量可直接被采油作业设施就地吸纳，如有多余电量则送入油田电网平衡吸纳。

3 采油区光伏发电装机容量和发电量指标测算

为了便于分析和获得原始数据，以下选定让胡路区作为代表进行分析，由于地理位置临近和气候条件的类似，其分析结论可以被大庆油田各采油作业区普遍采用和接受。

3.1 装机容量指标

一般情况下，光伏发电装机容量指标可按照“kWp/m2”地面来估算。在不同地域，由于纬度和日照条件不同，水平面每平米的适宜装机容量指标是不同的。一般而言，为保证最佳发电效率，在北半球组件方位角基本都首选正南，而倾角（组件平面与地平面的夹角）则与纬度相关，纬度越低最佳倾角越小，且最佳倾角基本在纬度数附近，让胡路地区的最佳倾角为48°左右。水平面每平米能够安装多少组件，一是与最佳倾角相关，二是与前后排组件之间的间距相关，最小间距确定原则是冬至日早上9时（真太阳时）到下午3时（真太阳时）之间后排组件不会被前排遮住。

让胡路区位于北纬46.7°，东经124.9°，平均海拔134 m。根据计算，在冬至日早上9时（真太阳时）和下午3时（真太阳时），太阳高度角为8.89°，为保证期间后排组件不会被前排组件挡住，根据三角函数计算可知，间距（L）与（H）之间关系应该满足L∶H=4.5。

图1 间距测算示意图

进一步考虑到最佳倾角d为48°，则（S+L）∶K=4，相当于1块长度（K）为1 m、宽度1 m的光伏组件，等效占地面积为4 m2。当前光伏组件的功率密度水平基本上在150 Wp/m2左右，因此按照水平地面测算，在最佳倾角方式下，让胡路地区每平方米水平地面的装机容量指标为：“37.23 Wp/m2地面”。

因此，如在让胡路地区按照最佳倾角方式安装1000 kWp光伏电站，所需水平地面面积为26 860 m2。

3.2 发电量及碳减排量指标

光伏发电系统的发电量与太阳能资源、装机容量、组件方位角和倾角、组件转化效率（即电池光电转化率）、系统效率等相关。表1是让胡路区太阳能资源逐月分布情况。

当前国内光伏发电系统80%以上采用多晶硅组件，主流多晶硅光伏组件产品的效率普遍为15%，因此，一般测算时均采用15%作为组件效率数据。

表1 让胡路地区太阳能资源逐月分布

如上所述，选择组件方位角为正南，倾角为48°。

系统效率是组件效率和电气效率的乘积，具体影响因素和取值参考见表2。

表2 系统效率因素及取值范围

通常根据工程经验，系统效率估算取值范围为75%～80%。

以让胡路地区1000 kWp装机容量并网光伏电站为例，组件方位角为正南，最佳倾角为48°，前后排间距满足无遮挡要求，组件效率取值15%，系统效率取值75%，组件转化率衰减率取值0.7%/a，通过RET SCREEN4软件辅助测算，20 a内逐年上网电量见表3。

表3 上网电量测算表

由于发电量逐年的衰减，是个变量，因此为了简化，可以取20 a内年均发电量1314 MWh作为发电量指标。也就是说，让胡路地区每1000 kWp装机容量，占地面积为26 860 m2，平均每年发电量为1314 MWh。考虑东北电网最新的二氧化碳排放因子为0.862，相应减少二氧化碳排放约1132 t/a。

根据以上数据，折算到单位装机的每年发电量测算指标为“1314 kWh/kWp”，年碳减排指标（以CO2计）为：“1132 kg/kWp”；折算到单位水平地面的每年发电量测算指标为：“48.9 kWh/m2地面”，年碳减排指标（以CO2计）为：“42.1 kg/m2地面”。

考虑到大庆地区冬季降雪较多，为了降低积雪对组件的覆盖，对于地域相对较远、维护难度大的项目，可以考虑将组件倾角增大，从最佳角度48°增加到70°甚至80°。倾角在70°时，发电量比最佳倾角下降5%左右，而80°时，发电量下降10%左右。

4 经济测算

光伏发电系统组成部分主要包括电池组件、支架、逆变器、汇流箱、电缆、配电设备等，在当前市场价格水平下，项目完工造价水平为8～9元/ Wp，取中间值8.5元/Wp，则1000 kWp装机容量光伏电站总投资为850×104元。

当前光伏发电系统可以做到无人值守，实施远程监控，定时巡视即可。电池组件设计寿命为25年，逆变器一般为10 a左右。光伏系统全部为静止部件，不易损坏，除了定期清洗组件表面灰尘之外基本无维护任务，大庆当地空气洁净度较高，加上雨雪冲刷的自洁作用，因此维护费用非常低，考虑到一些设备可能的损坏以及人工清洁费用，简化起见按照发电收入3%～5%测算。

考虑到所发电量送入当地油田电网，光伏发电电价可按照油田电网电价0.6元/kWh测算。此外，根据当前国家政策，中央财政将按照发电量给予0.42元/kWh的补贴，期限20 a。将补贴纳入考虑范围，则光伏发电价格为1.02元/kWh。主要财务指标测算见表4。

表4 财务参数

从以上财务分析可以看出，在让胡路地区光伏发电项目经济性较好，静态投资回收期在6.4 a左右。即便不考虑中央财政0.42元/kWh的补贴，静态投资回收期在11 a左右。实际电力价格总的趋势是逐年上涨，未来实际投资回收期会进一步缩短。需要特别指出的是，光伏发电时段集中在白天，基本覆盖电力负荷的高峰时段，如果在实施峰谷电价的情况下，光伏发电的实际电价将更高。

5 总结

1）大庆油田采油作业区内具有光照资源好、宜建土地多、电量可就地消纳的优势，适宜利用野外空地建设光伏发电系统，且宜围绕作业区内用电设备分布情况优先考虑建设并网型分布式光伏发电系统，尽量实现自发自用。

2）光伏发电属于绿色能源技术，在当前的政策条件和电价水平下，光伏发电项目能够产生显著的经济效益和节能减排效益，值得大力推广，在推广过程中尽量申请中央财政资金补贴。

3）由于自然资源条件相似，大庆让胡路地区的装机、发电量、碳减排量测算指标可以被大庆油田其他采油作业区域直接使用，用来快速、相对准确地估算相关光伏发电系统工程参数。

国家将出台油气管网监管办法

国家能源局2月13日下发的《2014年市场监管工作要点》明确提出，2014年将研究出台《油气管网设施公平开放监管办法》，促进油气管网设施公平开放，重点对油气管网设施输送（储存）能力及效率等情况实施监管。

中国石化华北石油分公司大牛地气田天然气外输管网

胡庆明摄影报道

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.003.011

2014-02-20）

王浔，工程师，2005年毕业于东南大学电气工程系，现主要从事分布式能源、节能和减排方面工作和研究，E-mail：mangxuncasc.com.cn，地址：北京市顺义区空港工业区A区天纬四街3号能源公司，101312。