基于灰色关联度分析方法的海上平台主电站优选

郝 铭, 马金喜, 陈丰波, 高国强, 邹昌明, 周新刚, 王万旭

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

基于灰色关联度分析方法的海上平台主电站优选

郝 铭, 马金喜, 陈丰波, 高国强, 邹昌明, 周新刚, 王万旭

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

分析伴生气利用率、机组最大负荷率、初始投资、燃料油消耗费用折现、电站维修费用折现、占地及重量对电站方案优选的影响，并利用灰色关联度分析方法定量地确定最优电站方案。为海上平台主电站方案的优选提供新的量化分析方法。

海上平台；电站优选；灰色关联度分析

0 引言

主电站是海上生产平台的动力核心，它为整个海上平台的油气生产和生活设施提供电能，以保障油气田正常、安全、可靠的生产运行。在油田开发前期项目研究中，如何经济合理地优选出电站方案，充分利用油田自产伴生气，减少原油消耗，降低工程投资，提高油田开发经济效益，是海洋工程前期研究阶段的主要研究内容之一[1]。常规的海上平台主电站方案比选没有统一的综合衡量指标，刘菊娥等[2]和陈华平[3]确定海洋平台主电站方案主要以初始投资和全生命周期内总操作费现值为评价依据，然而前期研究阶段电站方案影响因素繁多，方案交叉比选时，传统的电站比选方法费时费力影响最佳电站方案的确定。本文通过某油田前期项目研究，运用灰色关联度分析方法，综合分析电站方案优选影响因素，定量地分析各方案比选中的最优值，建立灰色关联模型。

1 海上平台主电站的常用机型及特点

海上油田生产平台常用机型[1]有：原油发电机组、燃气透平发电机组、往复式双燃料发电机组、往复式燃气发电机组和往复式三燃料发电机组等。(1) 原油发电机组以原油为主燃料、柴油为备用燃料。机组技术成熟度、可靠性好，但后期维修工作量大、占地面积大、重量大、初始投资高，适合于油田伴生气不足的工况。(2) 燃气透平发电机组以油田伴生气或天然气为主燃料，油田投产初期或停产检修时需切换为柴油模式。机组运行平稳、技术成熟、可靠性好，但后期维护和维修工作量小，设备占地面积小、重量轻、初始投资高，适合于油田气源充足的工况。(3) 往复式双燃料发电机组以油田伴生气为主燃料、柴油作为引燃油和备用燃料，机组一般在30%～50%负荷工况下需切换为柴油模式。根据不同厂家的机组形式，目前引燃油的耗量为1%～15%。机组技术成熟度、可靠性好，单机功率小，价格经济，适合于油田气源较充足的工况。(4) 往复式燃气发电机组以油田伴生气为主燃料，单机功率较小，一般在3 000 kW以下。对燃料气组分甲烷值要求较高，一般需要燃料气预处理装置。该机组技术成熟、可靠性好、重量轻、后期维修工作量小、价格经济，适合于油田气源较充足的工况。(5) 往复式三燃料发电机组以伴生气和原油为主燃料、柴油为备用燃料。在燃气模式下，一般负荷率低于35%时，需切换为燃油模式。机组技术成熟度较高、占地面积大、初始投资高，在渤海油田尚未应用。

2 海上平台电站优选的影响因素分析

油田伴生气可作为主电站燃料，避免原油发电机组以燃烧原油为代价获得电能，对于有伴生气的油田，充分利用油田自产伴生气，减少燃用原油消耗，可以最大化提高油田开发的经济效益[4]。

机组负荷率关系到电站方案优选的机组台数和容量，主电站机组按照负荷特性运转，最佳效率点一般在85%～90%负荷范围内，为充分利用主电站机组的装机功率，最大负荷率的上限值一般不超过90%。电站方案的燃料油消耗费用、维修费用应以折现形式与初始投资累计，然后进行各方案比选。一般情况下，机组台数越多，单机功率越小，初始投资越大。

海上平台甲板面积有限，要求设备尺寸尽量为“瘦高型”，电站方案的占地面积和机组重量会影响海洋开发建设的总体投资。因此，在主电站优选时也要充分考虑机组的占地和重量。

3 电站方案与最优值的灰色关联度分析及计算

灰色关联度分析方法是通过研究小样本、少数据、贫信息、不确定因素之间发展态势的相似程度来衡量因素间关联程度的方法，通过对反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为因素组成的比较数列进行量化极差处理，求解系统中各影响因素之间的关联程度，并进行关联度排序。在电站方案优选中，考虑到影响因素之间的相互影响有明确的影响因素，也有不明确的影响因素，适合采用灰色关联度分析方法[5-6]。

3.1 灰色关联度计算模型

灰色关联度分析法通过计算参考数列和比较数列之间的关联系数，求解关联度并对其进行排序，从而定量地衡量系统中各因素对目标值的影响程度。根据电站方案与影响因素的特点，灰色相关度计算模型[7]为

(1)

式中：r0，i是参考数列x0与比较数列xi的关联度；比较数列xi=(xi(1),xi(2),…，xi(n))；将其中的最优值作为标准数据进行参考，就形成了参考数列x0=(x0(1),x0(2),…，x0(n))；ξ为分辨系数，一般取0.5。

3.2 灰色关联度计算方法

根据电站优选方案与影响因素最优值的灰色关联度计算模型，确定其相关度的处理方法。

(1) 确定比较数列与参考数列。以电站方案作为比较数列，不同方案下同一影响因素的最优值作为参考数列。选择伴生气利用率、机组最大负荷率、初始投资、燃料油费用折现、电站维修费用折现、占地及重量作为影响海上平台电站优选的影响因素。

(3) 计算关联系数。电站方案的比较数列xi与最优值在不同影响因素下的关联系数计算见式(1)。

(5) 关联度排序。电站方案与最优值的关联程度主要用关联度值的大小描述。若xi>xj，则表示{xi}对于最优值{x0}的接近程度优于{xj}。排序可以反映不同影响因素下电站方案优选的方向。

4 案例应用

某油田设计经济年限25年，项目前期研究阶段设计电负荷20MW，热负荷8 000kW，油田自产伴生气且气量达3.8亿m3。主电站各方案配置见表1。

表1 主电站各方案配置

根据油藏配产预测的产气量指标，按照设计需求的电、热负荷计算各电站配置方案的伴生气利用率、机组最大负荷率、初始投资、燃料油消耗费用折现和电站维修费用折现，并根据各方案机组配置对占地及重量、技术成熟度和可靠性进行评价，结果见表2。

表2 电站方案优选影响因素

对电站方案影响因素进行编号，k=1代表伴生气利用率，k=2代表机组最大负荷率，k=3代表初始投资，k=4代表燃料油消耗费用折现，k=5代表电站维修费用折现，k=6代表占地及重量，k=7代表技术成熟度和可靠性。对电站方案影响因素进行区间量化处理，对于影响因素在区间0～1的量化设置：1为很好；0.75 为好；0.65 为一般；0.45为较差；0.30 为差。电站方案影响因素经过区间值量化处理后的结果见表3。

表3 量化后影响因素数据

表4 级差数据

表5 关联系数计算

对关联度进行排序：r5>r4>r1>r3>r2，这表明方案E与最优值关联程度最高，可作为电站最优方案进行推荐。

5 结语

(1) 对某油田海上平台电站方案优选影响因素进行分析，应用灰色关联度分析方法，建立海上平台电站方案优选的量化模型，定量地确定主电站最优方案，其优选结果与经济评价的结果一致。

(2) 在对海上平台主电站可靠性影响因素打分时，应考虑该电站机组近两年在渤海海域的应用业绩及燃料、环境的适用性。

(3) 在计算关联度时，可采用加权平均法或熵权法代替算术平均值衡量影响因素的重要程度，但权重需要结合专家经验及大量项目样本的分析调查进行确定。

[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程机械与设备设计[M].第2册.北京：石油工业出版社，2007.

[2] 刘菊娥, 王殿元.渤西油田群电站方案研究对比[J]. 中国海上油气(工程),1996，8(4)：16-19.

[3] 陈华平. 主电站设计及原动机选型探讨[J]. 中国海上油气(工程), 2000，12(6)：51-56.

[4] 杜佳.海上天然气平台主电站设计案例分析[J].价值工程，2013(15):41-42.

[5] 刘思峰，党耀国，方志耕，等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2007.

[6] 魏红，李享英，王学军.灰色关联度分析在企业技术中心效益综合评价中的应用[J].科技管理研究，2007(11):67-70.

[7] 纪钢，张曼，陈宁.材料腐蚀与环境因子灰色关联度分析与实现[J].重庆理工大学学报(自然科学版)，2012，26(2)：71-75.

Optimum Selection of Offshore Platform Main Power Plant Based on Gray Cognate Analysis Method

HAO Ming, MA Jinxi, CHEN Fengbo, GAO Guoqiang, ZOU Changming,ZHOU Xingang ,WANG Wanxu

(Bohai Oil Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 300452，China)

The effects of associated gas utilization ratio, maximum load rate of power generator, initial in vestment, discount of fuel oil consumption cost ,discount of power plant maintenance cost, areas and weight on the optimal selection of the power plants are analyzed by gray cognate analysis method. The optimum scheme of the power plant is determined quantitatively. It provides a new quantitative analysis method for the optimal selection of power plant on offshore platform.

offshore platform；optimization of power plant；gray cognate analysis

2016-05-31

郝 铭(1987-)，男，助理工程师

1001-4500(2017)02-0021-05

TE54

A