光伏发电系统在油田的应用分析

朱益飞周亮耿雷史红芳

（1.中国石化胜利油田孤东采油厂；2.中国石化胜利油田技术检测中心）

引言

太阳能是无公害洁净能源，也是21世纪人类最有希望的能源[1]。油田开发属于高能耗行业，开发利用可再生新能源、实施绿色低碳发展战略，既是企业自身发展的客观要求，也是更好地承担起油田企业节能减排的社会责任[2]。近几年，胜利油田加大资金投入，积极开展太阳能光伏发电系统在油田的应用与研究，利用可再生新能源替代传统能源，取得良好的应用效果。

太阳能是一种新型的清洁能源，利用光伏太阳能技术具有以下几方面的优点：不需要燃料，取之不尽用之不竭的太阳光就是能源；能源清洁，不会排放NOx、CO2等有害物质；不需要架设远距离输电线路，安全可靠；不需要繁琐的操作，系统简单、维护方便等。将光伏供电系统与石油工业相结合，两者优势互补、互相支撑，可以为社会创造可观的经济价值和环境效益。

1 光伏发电系统在油田的应用

目前，光伏太阳能技术在石油化工行业得到广泛应用[3]。近几年来，胜利油田先后在油气管道阀室电源、油气设施阴极保护、输油管道电加热、海上（钻井、采油）平台照明、油气管道自控测控系统、LED路灯绿色照明系统、边远油井供电系统、油区道路监控系统和油井生产设备防盗报警系统等领域应用光伏太阳能技术。

1.1 油气管道阀室电源

油气管道阀室一般安装在偏远地区，难以获得可靠电源。胜利油田设计利用光伏太阳能技术为油气管道阀室系统供电，既可以减少电力线路铺设的成本，又可以增加阀室供电系统的电力可行性。先后在川气东送及锦州油气管道项目中通过合理地配置光伏供电系统和适当提高系统配置可以安全、可靠、稳定地为油气管道阀室供电。

1.2 油气设施阴极保护电源

油气储运主要载体的使用寿命主要受电化学腐蚀的影响，目前解决原油储罐和油气管道电化学腐蚀的主要方法是采取牺牲阳极的阴极保护措施。光伏太阳能电源系统可以不受空间的限制，为强制电流保护系统提供稳定的电源。

1.3 输油管道电加热

原油管道输油基本采用加热输送的方法，当所输油品为重燃料油时，由于其黏度大，需要较高的加热温度。光伏太阳能系统可以设计为管道加热站的辅助电源，可以有效地减少对火力发电的依赖，较为经济。

1.4 海上（钻井、采油）平台照明

海洋石油钻井平台和采油平台的突出特点是地理位置及空间限制，太阳能光伏系统可以为海上钻井平台和采油平台提供照明、日常用电器及相关设备用电，可以为海洋钻井和海上采油工作人员提供稳定、可靠的电力保障，减少对电网的依赖。

1.5 油气管道自控测控系统

石油开采的主要设备大量分布在野外或海上，维护和管理费时费力。管道运输是石油、天然气最经济合理的运输方式。由于石油、天然气与人们的日常生活关系越来越密切，并具有易燃、易爆和有毒性等特点，油气管道的安全运行非常重要。油气管道长期服役后，会因外部干扰、腐蚀、管材和施工质量等原因发生失效事故，导致火灾、爆炸、漏油污染事件的发生，造成重大经济损失、人员伤亡和环境污染。因此，采取多种有效措施，加强油田油气管道的监控，强化各种油气管道和设备的日常维护和定期检测，对保障油田油气运输管线的安全生产起到极大的作用，具有重大的经济价值和社会意义。石油相关设备及设施的遥测、遥控系统可节省大量的人力、物力，提高油田的生产效率。光伏太阳能系统可以为位于电力设施不完善的远程测控设施提供电力。

1.6LED路灯绿色照明系统

太阳能LED路灯系统采用太阳能电池板系统供电，不需要铺设复杂管线、电缆，具有节能、环保、使用寿命长等优点，是一种高效的绿色照明系统。系统主要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、LED灯和灯杆等部分组成。系统不同工作状态的控制转换和相应的管理控制由基于单片机的充放电控制电路来实现。灯是油田泵站、庭院以及生活小区照明系统的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯整体上光效低的缺点造成了能源的巨大浪费。因此，积极开展油田新能源开发利用示范区建设，开发应用新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对照明系统节能具有十分重要的意义。

太阳能电池板是太阳能路灯的核心部分，太阳能电池板是带有PN结的半导体器件，根据光生伏特原理，能将太阳光直接转换成电能。LED作为环保节能型半导体光源，是太阳能路灯最为理想的光源，LED路灯中运用了功率电子技术，设计了驱动器，用于提供稳定的电源；同时设计了高效率增强以及超节能脉冲宽度调变（PWM）2种输出模式，配合时间控制，可以在需要的时间段（上半夜）以高效率增强模式点亮太阳能LED路灯，提供良好的照明，而其他时间段（后半夜）则以超节能模式输出，节约蓄电池的电力消耗，延长LED路灯工作时间。

LED路灯照明系统在油田泵站、庭院以及生活小区应用无论是环境条件和技术条件都是可行的，对油田而言是建设资源节约型和环境友好型社会的一项比较好的措施，对于具有年日照时间长、拥有良好的太阳能资源的油田来说，具有很好的推广应用前景。

1.7 边远油井供电系统

太阳能发电，不仅能节约煤炭、石油、天然气等一次性化石能源，还是清洁、无污染的可再生能源，属于一次性投入长期收益的产业，是能源开发的新天地。对于边远油井供电系统，可充分利用太阳能光伏发电技术，既可采用并网光伏发电系统，也可采用离网光伏发电系统，满足油井的生产要求。并网光伏电站由电池板方阵、并网逆变器计量开关组成，输出与电力网品质相同的三相交流电。电站主要供油井抽油机和油井值房配套使用，发电量有盈余时，盈余电量上传电网。离网光伏发电系统包括电池板方阵、太阳能离网逆变控制器、蓄电池。有阳光时电池方阵发电为蓄电池充电，夜晚时蓄电池经逆变器逆变为油井抽油机和油井值房配套系统供电。

1.8 油区道路监控系统

通过对油区各条交通路口交通信号灯实施节能技术改造，利用太阳能光伏电池板发电系统替代了原来的220V市电供电系统，实现道路交通信号灯传统能源供电转变为可再生太阳能供电；同时，利用太阳能光伏电池板发电系统，满足现场实时视频监控系统的供电要求，达到节约能耗的目的。

1.9 油井生产设备防盗报警系统

油田是没有围墙的工厂，油井各种生产设备都在野外，油井电力变压器、控制箱等油井生产设备或井口原油被盗现象时有发生。开发应用一种以太阳能为动力源的新型油井防爆防盗报警装置很有必要，该装置由无线报警主机、防爆传感器、防爆接线盒、太阳能电池板、太阳能专用蓄电池和智能控制器等部件组成。报警装置采用全数码无线信息传输技术，集信号探测、无线转发报警信号等功能于一体。每口油井都配有防爆传感器，传感器与太阳能发射主机相连。当油井设备或井口原油被盗时，报警装置发出报警信号，并以无线发射方式把信号传到值班室主机，完成报警。

该报警装置采用太阳能供电，没有明线，供电及控制部分都放在防爆控制箱内。它既安全可靠且节能环保，又能有效避免次生隐患。

2 综合效益分析

光伏太阳能技术是一项一举多得的技术，前景广阔，作为一种绿色清洁型能源，已经见到了良好的经济效益和社会效益。仅以油田LED路灯绿色照明系统节能技术改造为例，2008年6月胜利油田某社区道路照明系统实施节能技术改造，改造前照明标准参照城市道路Ⅱ级次干道选取，机动车道平均照明度不小于30lux，均匀度等于0.4设计，照明负荷为三级，由6kV电网经变压器变压后，采用220V向各路灯单相供电，灯具采用双侧对称布置，为半截光型，仰角12°，光源为高压钠灯T300W，安装间距35m。经统计，高压钠灯泡、灯具、镇流器、启动器、电容器、熔断器和灯杆均为870套。改造后，道路照明标准参照城市道路Ⅱ级次干道选取，机动车道平均照明度不小于30lux，均匀度等于0.35设计，光源为LED灯，并由独立的光源系统供电，LED灯和光伏电源系统均为870套。

2.1 节能效益分析

该道路每天照明时间为10h，按每年365天计算，870套350W高压钠灯（含镇流器损耗50W）一年共需消耗电量1111425kWh。

太阳能LED路灯的使用寿命为13.7年，则在13.7年内用太阳能LED路灯代替高压钠灯，可实现节电15226522.5kWh。若电价平均按0.9元/kWh计算，则该项目共可节约电费1370.387万元。

可见，该节能项目的节能效益相当可观。

2.2 高压钠灯与LED路灯成本对比分析

高压钠灯的使用寿命是10000h，LED路灯的使用寿命是50000h，按照每天10h照明计算，LED路灯可使用13.7年，是高压钠灯使用寿命的5倍。在LED路灯使用期内，其蓄电池需要更换4次，高压钠灯泡和镇流器需要更换5次，考虑到目前高压钠灯和LED路灯及其附属配件和价格因素，以现有价格计算，高压钠灯的投资使用成本是LED路灯的一半。

2.3 减排效益分析

按每千瓦时折合标准煤0.4kg计，每千瓦时所用煤排放二氧化碳0.997kg计，每千瓦时所用煤排放二氧化硫0.03kg计，排放二氧化碳指标国际交易价格6.67美元/t计，人民币汇率（1美元兑换人民币6.83元），排放二氧化碳指标国际交易价格折合人民币45.56元/t，则项目每年的减排效益为5061.293元，项目运行13.7年的减排效益为69339.72元。

2.4 其他效益分析

根据有关统计，每节约1kWh电量，相应节约0.4kg标准煤，同时减少污染排放0.272kg碳粉尘、0.997kg二氧化碳、0.03kg二氧化硫、0.015kg氮氧化物。按照13.7年内节电15226522.5kWh计算，可节约6090.61t标准煤，同时减少污染排放4141.61t碳粉尘、15180.84t二氧化碳、456.8t二氧化硫和228.4t氮氧化物。

2.5 投资效益分析

电价按平均0.9元/kWh计算，该项目产生年直接节电效益为100.028万元，则项目年合计总经济效益（节电效益+减排效益）100.534万元。

该项目总投资为800万元，投资回报期为7.96年。

3 结束语

未来五年以至更远的未来，随着太阳能光伏技术的发展，胜利油田将更加广泛地应用太阳能绿色清洁能源，更好地打造绿色低碳新优势，树立胜利油田在节能减排方面的良好形象。更可喜的是，国家“十二五”专项规划已经对光伏太阳能技术给出了规划目标，将其作为重点方向进行研究和开发利用，并给予相应的政策性扶持［4］。太阳能光伏技术的开发和规模化应用，是油田节能减排规划的重要组成部分，也是油田实施绿色、低碳发展战略的重要内容之一，胜利油田将与光伏太阳能技术相关企业合作，利用国内领先的光伏技术、生产工艺和系统集成经验，在油气田开发及油气管道工程中将可再生新能源科技成果转化为现实生产力，在共同合作研究开发应用的产业项目中获得良好的经济效益和社会效益。

[1]李国然.国际太阳能发电产业的新进展[J].电力需求侧管理,2012,14(1):61-64.

[2]朱益飞.胜利油田全方位做好节能减排[J].电力需求侧管理,2012,14(4):64.

[3]朱益飞.太阳能未来重要的绿色能源[J].中国新能源,2011,5(11):15-17.

[4]俞露.光伏市场曙光祥瑞[J].中国石化,2011,26(3):20-22.