大庆某油田AA区块风光互补发电优化研究

张凤茹（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

1 区域现状

大庆某油田AA区块，区域面积34 km2，综合含水97%以上，属于高含水老油田。生产区共有站场164座，油水井2 378口，目前区块年注水量3 231×104m3，年产液2 263×104m3。经统计全年耗电3.14×108kWh。预测基础用电量于2022年达到顶峰，用电量3.36×108kWh。碳排放总量为35.59×104t，天然气燃烧排放量9.35×104t，占比26.27%，购 入 电 力 排 放 量25.22×104t，占 比70.86%，其他1.02×104t，占比2.87%。AA区块产量及能耗预测见表1。

表1 AA区块产量及能耗预测Tab.1 AA block yield and energy consumption forecast table

由表1可以看出，AA区块属于高含水老油田，用电量较大，碳排放量较高。基本达到开发转型的临界点，符合绿色低碳发展转型条件[1]。

2 新能源资源条件分析

参照国家能源局评估分级，对AA区块太阳能、风能资源进行分析[2-4]。

2.1 太阳能资源条件

大庆地区年总辐射量为1 300～1 400 kWh/m2，年有效利用小时数1 200～1 400 h，属于太阳能资源“较丰富（C）”地区。

总量等级：杜蒙气象站近10 a平均的水平面总辐射为1 348 kWh/m2，项目所在地的太阳能资源属于C类“资源丰富”。

稳定度等级：杜蒙气象站月平均总辐射日辐照量最低值为1.6 kWh/m2，最高值为5.5 kWh/m2，两者的比值为0.29，项目所在地的稳定度属于C类“一般”；直射比等级：杜蒙气象站近10 a平均的水平面直接辐射为695 kWh/m2，其与水平总辐射的比值为0.52。项目所在地的直射比等级属于B类“高”，即直接辐射较多。

综上所述，AA区块具有良好的太阳能条件可建设光伏发电设施。

2.2 风资源条件

根据杜蒙县风塔实测数据进行处理、分析，得到风电场风能分析综合结论：70 m高度年平均风速为6.7 m/s，相应风功率密度为275～335 W/m2；80 m高度风速的中值出现在3～11 m/s风速区间内；100 m高 度 平 均 风 速 为6.1～7.0 m/s，风 功 率 密 度250～330 W/m2，属于风能资源“丰富（B）”地区。

通过已测风塔数据综合分析：一是风电场大风月为2、3、4、9、10、11月，夜晚风速大，白天风速小；二是风场的主导风向不是很明显，主要集中在西北和西南方向上。

综上结论，AA区块盛行风向不是很稳定，有效风小时数多，没有破坏性风速，风的品质较好，风力资源较为丰富，具有较好的开发前景。

目前AA区块东北方向已建风电场一座，总装机容量49.5 MW，发电机组33台，单机容量1.5 MW，轮毂高度87 m，年发电量1.13×108kWh，年利用小时数2 038 h。通过测风塔数据和已建风电场发电量可知，AA区块具有良好的风力资源条件，可建设风机发电设施。

上述两种新能源，AA区块都有一定潜力，为风光发电建设提供了有力保障。并且AA区块所在区域及周边有一定量自有土地可以利用，可建设光伏组件及风机设施。结合区域特点及优势，AA区块具有开发新能源条件，可发展新能源风光发电技术。

3 风光发电技术对策

3.1 风、光发电原理结构及优势

风力发电的工作原理是利用风力带动风车上的叶片进行旋转，再通过一个增速器将旋转的速度进行提升，使得发电机发电。依据目前的风力发电机技术[5-7]，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机是由叶片、机舱、塔架和基础构成。其优点是：风力发电没有燃料问题，属于清洁能源，环境效益好；属于可再生能源，永不枯竭；不会产生辐射或空气污染。风力发电机结构如图1。

图1 风力发电机结构Fig.1 Structure drawing of wind turbine

光伏发电是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳能发电优点是没有任何排放和噪声，凭借技术、产量等优势，过去十几年，光伏发电的成本降幅已经超过90%，这为光伏可持续发展打下了良好基础。太阳能光伏发电系统的构成如图2。

图2 太阳能光伏发电系统的构成Fig.2 Composition of solar photovoltaic power generation system

3.2 风、光发电组件选择

3.2.1 风机组件选择

经方案比选、与多家风机制造厂家结合，对比技术参数、基本性能、发电量等各项指标，推荐AA区块选用轮毂高度85 m，叶轮直径121 m，额定功率为2 000 kW的机组。风电机组主要技术参数对比情况见表2。

表2 风电机组主要技术参数对比情况Tab.2 Comparison table of main technical parameters of wind turbine

3.2.2 光伏组件选择

太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。单晶硅、多晶硅太阳能电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点。目前国内小板型组件主流功率为360 Wp，大板型组件主流功率为540 Wp。两种版型单位造价相同，大板型效率略高，使用的土建基础及支架单位造价大板型较低[8-9]。两种版型主要技术参数对比情况见表3。

表3 两种版型主要技术参数对比情况Tab.3 Comparison table of main technical parameters of two versions

3.3 风、光发电互补利用技术对策

通过分析典型日风光发电出力曲线（图3）可知：风力发电夜间整体效果要好于日间整体效果；光伏日间发电夜间不出力；光伏出力占比40%～50%左右时，负荷输出更加平稳，且发电量相对较高。

图3 典型日风光发电出力曲线Fig.3 Typical daily wind power generation output

通过软件模拟年发电量约为51 650×104kWh左右，风机装机容量120 MW、光伏装机95 MW时，发电量标准差最小，区域内供电平稳性最高，此时光伏占比约44.2%。不同装机容量下发电量标准差统计见表4。

表4 不同装机容量下发电量标准差统计Tab.4 Standard deviation of power generation capacity under different installed capacities

3.4 风机、光伏布局及规模

风机布局利用AA区块边缘空旷地带建设机位，尽可能置于风能高值区，风机排列考虑垂直于主风能方向，保证风机塔筒中心距输电线路、油井距离满足规范要求的安全距离，尽量减小风场噪音对周围的影响。装机容量120 MW，风机60座，单机容量2 MW。

光伏布局可利用屋顶建设发电系统围墙光伏发电、已建站场围栏建设光伏发电、风电场南侧空闲区域范围建设发电、利用区域内外已建井场空余土地建设发电、井间空余土地建设光伏发电系统，总装机容量共95 MW。

3.5 储能装置

储能装置不发电，但储能装置为电网提供调峰、需求响应等多种服务，有效实现电网“削峰填谷”，缓解高峰供电压力；促进新能源消纳，可适当降低风、光发电的波动性。该项目风电及光伏总装机容量215 MW，储能装机容量按43 MW（新能源装机容量的20%，用于提升电网一次调频能力）考虑。分散接入AA区块内已建3座110 kV变电站（A一次变、B次变、C一次变），保证极端天气下，AA区块内电网平稳运行[10]。

4 总体效果

1）风力发电：理论发电量5.10×108kWh，经折减，年实际发电量为3.78×108kWh，等效年利用小时数约为3 100 h，综合折减系数为74.07%。

2）光伏发电：首年发电量约1.39×108kWh，等效年利用小时数1 460 h，25 a年均发电量为1.31×108kWh，等效年利用小时数1 380 h。

5 结论

1）项目实施后，AA区块生产用能由火电转换成绿电。结合风光能的整体特点，综合匹配风电及光伏总装机容量215 MW，预计年发绿电5.09×108kWh，为AA区块绿色供电提供有力保障，实现了绿色转型。

2）结合AA区块的用能现状、及开发规划和用能预测，通过实施新能源技术措施，能够实现区域的“低碳”排放。