太阳能电池在海洋石油平台上的应用

魏春先 刘 琳 周 雷 徐建东

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

海上石油平台远离陆地，使用陆地电网供电需要使用长距离海缆，且受海缆电容影响，供电造价高，风险大。海上部分孤立生产设施人员操作少，用电负荷较小，配置发电机检测、维护困难，使用太阳能电池并配合使用储能电池，可解决部分供电问题。

本文基于某个海上生产设施使用太阳能电池的项目，说明太阳能电池和储能电池的计算和选型设计方法，以利于以后类似项目的设计。

1 项目概述

经过“十二五”期间的建设，渤中区域设施能力已经得到一定提升，在“十三五”末、“十四五”期间，随着区域内油田产量递减，部分流程处理能力将闲置。鉴于此，油田生产部对区域内资源统筹优化利用进行了立项研究。

某油田区域，生产平台生产物流经过海底管道输送到FPSO的单点系泊，再输送至FPSO进行处理并存储，继而将处理合格的原油通过拖轮船舶运回陆地处理厂，将处理合格的干气通过海底管道外输至陆地终端。

考虑到该区域FPSO服役期长，为降低操作风险，研究解脱FPSO的可行性，实现物流直接上岸，提高区域内生产设施的负荷率。FPSO解脱后，单点作为海底管道汇总设施将保留，将改造成无人值守平台。

单点主要设施包括单点系泊系统装置、单点工艺公用系统和系泊头。单点系泊系统装置包括导管架、系泊头、导泊臂、系泊腿和系泊架等五部分；单点工艺公用系统包括油气工艺系统管汇管线以及电气、照明系统、导航系统、仪表控制系统等设施；系泊头（FPSO解脱后将拆除）包括转盘、转动接头和跨接软管支架。

原单点上供电电源来自FPSO，FPSO解脱后单点将失去电源，但单点上用电设施还继续保留，最终考虑使用蓄电池为其供电，利用太阳能电池为电池充电。

2 海上生产设施用电负荷统计

根据上述内容，各单点改造后用电负荷清单如表1所示。

表1 各单点改造后用电负荷清单

3 太阳能电池和储能电池的使用条件

3.1 空气温度

年平均气温：11.1℃；极端最高气温：34.6℃；极端最低气温：-17.2℃。

3.2 空气相对湿度

年平均相对湿度：72%；平均最高：90%；平均最低：32.2%；最低：24.2%。

3.3 年有效日照时间

根据海洋气象局提供数据，渤海区域平均年日照时间为1 360 h。

3.4 电池使用条件

根据SY/T 6985—2014《海上石油设施声光助航标志》要求，助航系统应急电源（蓄电池）应至少能满足信号灯（包括障碍灯）和雾笛正常工作96 h；应急电源（蓄电池）应至少能满足仪表、通信系统正常工作1 h；太阳能光电板需要满足在有太阳光时给储能蓄电池充电的需求。

4 太阳能电池和储能电池的电压选择

根据项目中平台用电设备导航系统为24 V DC，仪表专业、通信专业接受24 V DC系统，选定本平台镍镉电池单元电压为1.2 V/单元，按此计算本系统串接使用20块镍铬电池。

5 电池容量计算

根据IEEE 1115电池计算要求，电池容量计算如表2所示。

表2 电池容量计算

注：数据来源于以往海上平台设计积累资料。

式中，FS为工作周期S的容量需求；P为分析的时段；S为被分析的工作周期，从第一个工作周期开始计算；AP为P时段要求的电流；Kt为电池放电率系数；Tt为温度系数。

考虑设计系数1.1，寿命系数1.2（数据来源于IEEE 1115）；同时考虑使用环境温度最低为-17.2℃，温度系数考虑为1.55（根据SAFT蓄电池厂家资料）；因本项目中电池放电为小电流放电，放电率系数为1；最终电池容量（24 V电压下）计算为：741.9 Ah，选用镍镉电池SBLE800。

6 太阳能光电板的选择

根据上述要求太阳能光电板需要在有阳光条件下满足24 V DC/800 Ah电池充电；渤海区域平均年日照时间为1 360 h，即每天平均日照时间为3.8 h，太阳能光电板需要在3.8 h有太阳光的条件下充电800 Ah，充电电流计算如下：

式中，充电容量为800 Ah；电池充电效率为0.95；温度系数为1.55。

充电功率=充电电流I×充电电压U

=343.5×24

=8 244 W

查太阳能光电板厂家资料：Tideland 180 Wp光电板，1块发电能力为24 V/180 W，尺寸为910 mm×1 660 mm。充电设计系数1.1，按此计算，选用光电板数量为51块。

7 结论

本项目中为满足供电需求，选用20块SAFT SBLE800的镍镉电池，为平台上用电设备供电，选用51块Tideland 180 Wp（尺寸：910mm×1660mm）光电板（1块发电能力：24V/180W）、1台光伏汇流箱、1台光伏逆变器、1台控制器、1台配电箱；太阳能光电板平行布置在甲板上。

8 检查

鉴于太阳能光电板发电能力受天气（阳光照射强度）影响较大，为避免电池充电不足而影响平台供电，巡检人员需要定期检查蓄电池电压，如发现电压较低，需使用巡检船舶电源为电池充电，建议巡检周期不大于6天。

[1]海上石油设施声光助航标志：SY/T 6985—2014[S].

[2]IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for StationaryApplications:Amendment 1:Additional Discussion on Sizing Margins:IEEE Std 1115aTM—2007[S].

[3]SAFT蓄电池产品样本[Z].