海上油气田生产设施主发电机能效对标分析与提升措施

程博

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司）

1 发电机组概况

大部分海上油田距离陆地较远，使用陆地电网供电需要铺设海底电缆，技术难度和投资较大，因此一般海上油田设施配置有发电机组，设施间通过海底电缆组网供电或单独供电。发电机组通过燃烧自产的原油或天然气发电，为海上设施采油电潜泵、原油外输泵、增压泵等耗电设备提供电力[1-2]。某海域海上油田原油发电机组单台额定功率为1 800～7 760 kW，通过电力组网或独立电网的方式为海上油田生产设施供电。

该海域海上油田共有原油/柴油往复式发电机组28 台套，分布在3 个油田作业单位。某一年单台未发电机组燃料消耗量和发电量见表1。

表1 主发电机组原油消耗量和发电量

2 能效对标

2.1 典型发电机组节能监测指标

原油发电机组的主要能效指标为燃料消耗比，该指标主要与负荷率、发电效率等指标有关[3]。燃料消耗比为单位发电量实际燃料消耗量与额定燃料消耗量的比值。负荷率为发电机组实际平均功率与额定功率的比值。发电效率为发电机组发电量与燃料燃烧低位发热总量的比值。

2.2 负荷率对标

对发电机组而言，有效效率、耗热率和耗油率都是发电机组负荷率的函数，即随发电机组的负荷率而变化[4]。一般而言，发电机组负荷率越高则有效效率值越高、耗热率和耗油率越低，发电机组的运行经济性越好；反之，发电机组负荷率越低，有效效率值越低，耗热率和耗油率越高，发电机组的运行经济性越差。发电机组负荷率计算公式为：

式中：Pi为发电机组现场实际电功率平均值，kW；Pir为发电机组额定功率（注：对于往复式内燃机发电机组Pir为原动机额定功率），kW；η1为机械传动效率，取98%；η2为发电机发电效率，取95%。

海洋石油工程设计指南规定，原油/柴油发电机组在额定负荷的70%～90%工况下运行时为经济运行工况，在额定负荷的40%～70%工况下运行时为一般运行工况，在额定负荷的40%以下运行时为非经济运行工况[5]。

主发电机组负荷率对比见表2，整体来看，该海域海上油田发电机组共运行17 台，备用11 台。其中A-2 和B-1 设施发电机组负荷率分别为76.12%和78.25%，达到经济运行工况；其它设施发电机组负荷率在45.83%～54.01%，处于一般运行工况[6]。

表2 主发电机组负荷率对比

2.3 发电效率对标

海洋石油工程设计指南规定，中速原油/柴油机效率在42%～47%属于经济运行范围。该海域海上油田原油发电机组均为中速原油/柴油机[7]。从表1 中可以看出，发电机A-2-2/3/4、A-3-2/3/4 和B-1-1 这7 台发电机组发电效率在42.16%～46.49%，处于经济运行范围，其他设施发电机处于40%～70%一般运行工况，由于负荷率较低，这些设施的发电机处非经济运行范围。

3 能效提升措施

由于该海域海上油田平台设施大部分是钻井采油生产平台，平台发电机同时为钻井模块和生产模块供电，为了提高供电可靠性，平台建造期间发电机选型时装机容量一般较大，因此在非钻井工况下普遍负荷率较低。对于该海域21 台发电效率在非经济运行范围的发电机组，可以根据周边设施距离和实际电负荷，综合考虑组网供电的方式，通过提高发电机组负荷率来提高发电效率；对于有热用户的设施，可以考虑在发电机组排烟管加装余热回收锅炉，回收余热为热用户供热，提升能源综合利用效率。

3.1 电力组网

由于海上油田距离陆地较远，为了维持海上油田的可靠供电和生产稳定，海上设施主发电机组负荷率偏低是普遍现象。为了提高发电机组的发电效率，通过海底电缆实现设施组网供电，是提高主发电机的发电效率、节能减排的主要手段。A-1和A-3设施属于同一油田作业区，距离较近且负载率较低，电力组网可有效降低燃料原油消耗[8]，实现节能减排。组网前后机组燃料消耗见表3。

表3 电力组网前后燃料消耗量

从表3 可以看出，A-1 和A-3 设施实施电力组网供电后，每年可减少燃料原油消耗1 693 t，节能量约2 419 t(标煤)，减少CO2排放5 212 t[9]。

3.2 余热回收

原油发电机组排烟温度在350 ℃左右，有很高的利用价值，通过在主发电机排烟管上加装余热回收装置，为设施热用户提供热量，从而部分取代锅炉燃料消耗，是提高能源综合利用效率的有效手段[10]。C-1 设施主发电机发电效率较低，而且在原油处理工艺流程中需要锅炉提供热量，因此通过加装余热回收锅炉、回收主发电机尾气余热，可减少锅炉原油消耗。C-1 设施加装余热回收锅炉前后锅炉原油消耗量见表4。

从表4 可以看出，C-1 设施实施主发电机尾气余热回收后，每年可减少锅炉燃料原油消耗2 200 t，节能量3 143 t(标煤)，减少CO2排放约6 773 t。

表4 加装余热回收装置前后锅炉原油消耗量

B-2和B-3设施距离其它设施较远，电力组网技术难度和经济成本较高，设施本身没有热用户，可通过优化生产工况下发电机组运行台数的方式提高负荷率，进而提高发电效率，达到节能减排的目的。

4 结论

主发电机组作为海上油田设施的关键设备，对维持油田的正常稳定生产起着至关重要的作用，同时主发电机作为主要用能设备，其能源消耗量在油田的用能结构中占有极大的比重，因此通过能效对标挖掘节能减排潜力，分析评价主发电机组的运行状态并提升发电效率或能源综合利用效率，对于油田节能减排工作的推动、有效降低单位油气生产综合能耗具有重要意义。近年来，随着远距离海底输电技术的逐步发展，使陆地电网为海上油田提供电力成为可能，应用岸电替代海上自发电，减少发电机组自发电原油和天然气消耗，为海上油气田的电力供应提供了一条新的技术路径，极大促进了海上油气田的绿色低碳开发。