开县作业区太阳能系统运行效果分析

赵飞 廖浩然(西南油气田公司重庆气矿开县采输气作业区,重庆市 405400)

祝南(西南油田公司采气技能培训基地,重庆市 408300)

1 概述

当能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始开发太阳能资源，从而寻求经济发展的新动力，各国政府已将太阳能资源的利用作为国家可持续发展战略的重要内容。目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是重要的太阳能光伏电池生产国。如今，太阳能资源的利用已被各国政府作为国家可持续发展战略的重要内容。

2 太阳能系统建设情况

2.1 太阳能系统简介

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变成为电能的一种装置。太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。控制器的输

出为直流电，如输出需110V或220V交流电，则还需要配置逆变器。

2.2 作业区太阳能建设现状

开县作业区有各类生产井67口，部分新建井站都分布在偏远山坳里，若采用市电供电，就需要重新架设线路并且安装相应供电设备，必然投入大量的建设资金。加之这类单井用电设备较少，用电负荷较小，如果采用市电供电，一方面会影响变压器的寿命，另一方面增加了检维修成本。因此对这类井站可以考虑采用太阳能系统供电。

2010年以来，开县作业区建设投运的太阳能井站共4口，分别是天东007-X3井、天东007-X4井、门西005-H1井、天东017-H4井。生产信息化项目建成投运后，还将新增天东22井、天东98井、天东99井等6口太阳能井站。主要应用于站场计量仪表系统、视频监控系统、入侵报警系统、井口安全系统等设备的供电，保证站场各数据和图像能够准确、及时传达到作业区控制中心，同时也保证了作业区、中心站对该站场的实时监视及控制。

3 太阳能系统应用部分效果分析

3.1 生产管理技术效果

3.1.1 借助太阳能系统使作业区数据和视频采集率得以全覆盖

图1 开县作业区供电示意图（部分）

开县作业区井站大部分采用变压器供电，以图1为例。南雅站输送市电到天东7井，同时为天东007-X1井输电。天东7井附近的天东007-X2井、天东007-X3井及天东007-X4井没有采用市电，因为这三个站场没有值班室，井站用电仅为变送器、摄像头等小负荷设备。为了保证作业区能实时的对这三个井站的数据等信息进行监控，其中天东007-X3井和天东007-X4井已采用太阳能系统供电。天东007-X2井太阳能安装将在此次信息化工程得到完善，进一步使作业区数据和视频采集系统得以全面覆盖。

3.1.2 借助太阳能系统有人变无人，实现中心站管理

图2 太阳能无线数据传输系统

太阳能系统的建立，如上图2，井站采用GPRS无线通讯，可监测包括气压、温度、有害气体含量等各类数据并上传，使数据采集由以往的人工现场读取转变为智能传输，中心站值班人员即可远程监控，这部分井站员工便可收编到中心站，实现井站的无人化管理。

3.1.3 雷雨季节，作业区供电现状，频繁停电，太阳能不受其影响

图3 开县作业区供电示意图

开县作业区的井站大多处于雷雨频发地区，供电易受雷电影响而导致供电频繁中断，由图3可以看出，所有井站的供电来自铁桥变电站，并由东站、西站和南雅站为各个井站配电，并且各个井站由同一条母线供电，因此供电网络的任意一个环节遭受雷击后停电，都可能导致其他井站的供电中断，影响正常生产及监控。而太阳能作为独立的供电系统，即便因雷击出现故障，也不会影响到其他井站。

3.2 经济效益

3.2.1 与自建电缆相比，太阳能系统采用天然无限的太阳热能，没有能源的消耗。

开县作业区天东021-4井和天东007-X2井地理位置相近，其中天东021-4井采用市电，天东007-X2井为此次信息化建设中新增太阳能系统井站，下面以这两个井站为例作分析。

表1 各井站材料价格表

从表1中数据分析，在不计算人工建设费用的前提下，天东021-4井前期投入成本费用约为3.5万元，天东007-X2井太阳能系统在此次信息化建设中概算单价为5.5万元。前期成本方面太阳能系统较高。

表2 天东021-4井2014年并网用电结算表

由表2分析可得，并网用电的天东021-4井每年将消耗电量9604kW，费用为5762元。而太阳能井站供电来自无限的太阳热能，不会消耗能源。

3.3 结构简单、运行稳定、使用寿命长，省去了大部分建设费用和维护费用

由前文分析，每到雷雨季节，供电设备易受雷击，供电网络的任意一个环节遭受雷击断电，都可能影响其他井站供电，经过查询作业区资料，天东021-4井平均每年遭受雷击或其他原因断电5次，一次维护成本包括车辆油耗、人员出差费用约500元。并且天东021-4井一年用电由表2可得为5762元。

在非人为损坏或不可抗力灾难性损坏的情况下，一套太阳能系统使用寿命约为30年，按照规定太阳能蓄电池每3年更换一次，更换电池成本约为5000元。

表3 各井站费用分析

由表3分析得，3年以后太阳能井站开始为作业区节省成本。由于太阳能井站在有太阳的时候可直接供，并可对蓄电池充电，阴雨天气由蓄电池供电，因此可保证稳定运行，维护费用也可节省一大部分。

4 存在问题

4.1 太阳能系统大多采取无线传输，数据视频采集周期较长，更新较慢

无线数据采集系统由传感器群、数据采集终端和集中控制中心三个部分构成，设备抗干扰较弱，传输信号的能力较差，所以太阳能井站数据的采集和传输时间间隔长，不能及时监控和发现生产数据变化趋势，尤其当数据发生异常突变，不能及时准确反映异常情况，给气井的动态分析带来误差，因此采集周期会增长，站场的视频数据更新也比较慢。

4.2 太阳能系统大多建设在偏远山区，运营商信号微弱，易受天气影响，影响传输

太阳能井站采用无线通讯方式传输数据，但是无线通讯属于电子通讯范畴，雷电对于电子设备有着强大的摧毁力，无线通讯由于天线架设位置比较高，即便击中避雷针，强大的电流会在瞬间流入地下，在无线设备上会产生感应电压，基带电缆也会受到一些影响。另外由于安装无线通讯设备的井站均在偏远山区，通信基站较少，所以通讯信号会较差。

5 结语

太阳能系统优点如下，使用成效显著，能给作业区带来较大经济效益，可大力推广：

5.1 经过分析，太阳能井站在开县作业区井站较为偏远的情况下，不会因为断电的情况，而浪费人力、物力去维护；

5.2 取用方便，随处可得，就近供电，无需长距离运输，避免电能损失造成能源浪费的情况下，也为作业区节省了一大笔开支；

5.3 太阳能发电的过程没有机械运作部件，不存在磨损，大大降低了作业区的维护、车辆以及人工成本。