程靜 葛紅江 孫凱（中國石油大港油田采油工藝研究院）

前言

石油屬于不可再生資源，同時以石油為代表的石化能源的生產(chǎn)和消費引發(fā)的環(huán)境問題越來越嚴重，已成為制約人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一，加上石油的高價位等因素，迫使世界各國尋求石油替代產(chǎn)品。石油替代產(chǎn)品和新能源的開發(fā)利用是目前能源開發(fā)的熱點領(lǐng)域[1-2]。大港油田位于中國沿海環(huán)渤海區(qū)域，屬于太陽能資源和風能資源較豐富區(qū)，開發(fā)利用太陽能、風能具有相當大的潛力[3]。若能將太陽能、風能應(yīng)用于油田的生產(chǎn)和生活中，將在節(jié)能降耗、綠色環(huán)保方面起到積極的示范與推廣作用[4]。

1 新能源資源潛力調(diào)查

1.1 土地資源量

大港油田礦區(qū)范圍的土地，是公司寶貴的資源和財富，也是新能源開發(fā)的基礎(chǔ)。大港油田公司現(xiàn)有土地面積約23.7萬畝，其中耕地面積3.9萬畝。工業(yè)用地可以很容易轉(zhuǎn)成種植用地，預(yù)計極限可用耕地6.3萬畝。

1.2 太陽能資源量

大港油田太陽能資源屬三類中等區(qū)。參照《太陽能資源測量方法總輻射》、《太陽能資源等級總輻射》兩項太陽能資源評價相關(guān)國家標準。多晶硅的光轉(zhuǎn)換效率在6%～10%，單晶硅的光轉(zhuǎn)換效率在15%以上，天津地區(qū)年太陽輻射量120～140 kcal/cm2，太陽能發(fā)電站平均每1.0 MW占地40畝。若用大港油田1%的工業(yè)土地，約2000畝，用于太陽能開發(fā)，則總裝機功率在50 MW左右，相當于天津大港發(fā)電廠總功率的1/22，可供2500口油井生產(chǎn)用電。

1.3 風能資源量

參照GB/T 18709—2002《風電場風能資源測量方法》、GB/T 18710—2002《風電場風能資源評估方法》、《全國風能資源評價技術(shù)規(guī)定》估算大港油田風能資源量：風能功率密度在200～300 W/m2以上，每年可利用的小時數(shù)在5000 h以上，平均每天10 h。大港油田為風能資源豐富區(qū)。平均風速雖然不是很高，但風頻分布比較適合，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風向，風的質(zhì)量很好，且有效小時數(shù)高，風資源可利用時間較長。在這種風況下，風機的設(shè)計和運行都非常經(jīng)濟。目前技術(shù)條件風力發(fā)電站平均每1.0 MW占地少于2畝。若用大港油田1%的工業(yè)土地，約2000畝，用于風力發(fā)電，則總裝機功率在1000 MW左右，相當于天津大港發(fā)電廠總功率的75%，可供5000口油井生產(chǎn)用電。

1.4 地熱資源量

參照《淺層地熱能勘查評價技術(shù)規(guī)范》，平均每口地熱井控制的地下面積約7.5畝，5000 m2。每口井日產(chǎn)熱水多于400 m3，換熱溫差30℃，則單井熱功率為579 kW，每1.0 MW占地少于25畝（地下面積）。若用大港油田1000口報廢井轉(zhuǎn)化成地熱井，則總裝機功率在580 MW左右。若1年運行150天，則節(jié)約取暖燃煤26×104t，約為大港油田冬季采暖用煤量217%。（華北地區(qū)供熱面積每50×104m2，每年用煤量約1×104t）。

1.5 植物能源資源量

大港油田周圍50 km半徑內(nèi)可利用植物秸稈量合計98.6×104t，折合49.3×104t（標煤），可開發(fā)約24.6×104t生物質(zhì)油。油田公司土地可種植能源植物約6.3萬畝，最大產(chǎn)量為11.97×104t。折合約6.0×104t(標煤）?？砷_發(fā)出約2.99×104t生物質(zhì)油。以上合計植物能源總資源量約為110.6×104t（干物質(zhì)）。年折合55.3×104t（標煤），可生產(chǎn)27.6×104t生物質(zhì)油。

2 新能源開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟評價

新能源資源總量不等于可開發(fā)新能源資源總量。受經(jīng)濟、政策、土地、地方關(guān)系、商業(yè)利益、技術(shù)等因素影響[5]。很多新能源是難以得到利用的，為此需要進行綜合經(jīng)濟技術(shù)評價。

2.1 經(jīng)濟指標評價

模擬投資建設(shè)一個一定規(guī)模的發(fā)電廠，采用不同新能源形式進行投資和收益估算。如假設(shè)總裝機功率20 MW，則不同新能源構(gòu)成為：10臺2 MW風電動機組的風力發(fā)電場；20 MW的太陽能光伏發(fā)電場；20 MW的地熱發(fā)電站或供熱站；20 MW的生物質(zhì)燃料發(fā)電站。

對以上4種形式的新能源電廠進行了投資估算。不考慮稅收和征地費用，也不考慮政府補貼。新能源經(jīng)濟評價的結(jié)論由電價等各項參數(shù)決定，包括電價、油價、煤價、天然氣價格；技術(shù)進步導(dǎo)致的主要設(shè)備價格降低；國家政策、政府補貼、稅費、貸款利率；人員工資福利；植物原料、消耗性材料價格；副產(chǎn)品的銷售收益、副產(chǎn)物的處理費用等變量將顯著影響經(jīng)濟評價結(jié)果。當以上變量發(fā)生改變時，經(jīng)濟評價的結(jié)論會相應(yīng)改變。估算結(jié)果除了風力發(fā)電外全部虧損，經(jīng)濟上可行。

2.2 特殊應(yīng)用條件下的經(jīng)濟評價

在某些特殊條件下，新能源可能會提供相對經(jīng)濟的電力解決方案。對于采油廠偏遠井組和偏遠的單口間開井的用電，目前主要使用柴油機供電，按對37 kW抽油機電動機供電計算，每天消耗柴油接近200 L/井，則每天消耗柴油近1500元/井，每年僅此成本將超過30萬元/井。特別對于偏遠單口間開井，用柴油機臨時用電投入產(chǎn)出比將變得非常低。這種用昂貴能源來生產(chǎn)原油的模式造成了極大的資源浪費，違背當前節(jié)能減排、降本增效的大形勢。

在離網(wǎng)型間歇生產(chǎn)工況下，新能源比市電、柴電具體投資和運行具有經(jīng)濟優(yōu)勢，如37 kW單井離網(wǎng)型間采油井每3天生產(chǎn)1天，1天采油2 t，每年可形成產(chǎn)值19.2萬元。

3 抽油機風光電互補系統(tǒng)應(yīng)用

采油二廠共管理著34個單井拉油點（43口單井），單井點采用柴油發(fā)電動機供電和電網(wǎng)供電兩種方式保障生活和生產(chǎn)用電。全廠共有10個單井點完全依賴柴油發(fā)電動機供電維持生產(chǎn)和生活，有2個單井點依靠汽油發(fā)電動機發(fā)電供應(yīng)生活用電。另外22個單井點采用電網(wǎng)供電。

3.1 風光互補系統(tǒng)優(yōu)化配置及影響因素分析

風光互補特性在很大程度上影響風機和光伏容量配置[6]。要想合理配置儲能的容量，使得凈收益最大，首先要根據(jù)風光互補特性，合力配置風機和光伏組件的容量，分析在只有風機和光伏組件情況下的經(jīng)濟收益以及系統(tǒng)運行情況，然后再配置儲能裝置，進一步分析系統(tǒng)經(jīng)濟收益及系統(tǒng)運行情況。

風光資源分布特性：風資源和光照資源具有一定的互補性，風資源呈現(xiàn)出白天風速相對較小，晚上風速相對較大，夏季風速相對較小，冬季風速相對較大的特點。光照資源滿，白天11點至14點時光照最強，早上6點前和下午19點后，光強很弱甚至為零。夏季光照較好，冬季光照較弱。

3.2 風光互補系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風力發(fā)電動機和光伏組件都通過變流器、變壓器連接到配網(wǎng)交流母線，負荷也通過變壓器連接到交流母線。在系統(tǒng)運行過程中，需要風機、光伏和電網(wǎng)協(xié)調(diào)出力，負荷功率需求優(yōu)先由風電和光伏發(fā)電來補充，當分布式系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額或功率過剩時，才通過母線與電網(wǎng)進行能量交互（圖1）。

3.3 風光電互補發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)采用方案

針對油井不同工作制度以及井場用電多少，在系統(tǒng)的建設(shè)前期，需要對風機裝機功率和太陽能裝機功率進行匹配，設(shè)計了風光電互補發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成方案，以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)生活需要。

技術(shù)解決方案為：風光市電互補（3臺20 kW風機，18.2 kW，280 W單晶硅太陽能電池板65塊）。

圖1 風光電互補發(fā)電系統(tǒng)拓撲圖

4 現(xiàn)場實施應(yīng)用及效果分析

2015年在采油二廠張21-1井場進行風光電互補發(fā)電系統(tǒng)試驗應(yīng)用。改造前井場配置1臺90 kW柴油發(fā)電動機組；柴油發(fā)電動機日平均消耗柴油230L。其中，抽油機停機期間，每日井場日常生活用柴油機發(fā)電消耗30 L。

張21-1井場用電耗能情況：抽油機每隔2天運行1天，間歇運行。理論24 h耗電能：888 kWh；年耗電能4.38×104kWh。值守人員生活用電日耗電60 kWh；年耗電2.19×104kWh，則全年平均每天消耗電180 kWh。

張21-1采油井場間歇采油，抽油機平均每3天生產(chǎn)1天，井場值守人員全天候值班，柴油發(fā)電動機全年運行，抽油機全年消耗17086.68L；值班室全年消耗78541L；全年消耗柴油共計25 627.68 L。

風光電互補發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用后，日均發(fā)電量180.03 kWh，則年均發(fā)電量為65 712 kWh；年節(jié)約柴油量25 627.68 L，年節(jié)約柴油192 207.6萬元，折算消耗煤炭21.685 t，年減少CO2排放56 901.34 kg。由此可以看出，風光電互補發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的社會效益。

5 結(jié)論

1）完成了大港油田新能源資源潛力調(diào)查，按可開發(fā)難易程度排序依次為：風電、太陽能、地熱、植物能源。

2）從等規(guī)模經(jīng)濟指標和特殊條件下兩個角度對可開發(fā)新能源進行了綜合經(jīng)濟技術(shù)評價。新能源經(jīng)濟評價的結(jié)論受國家補貼等各項參數(shù)影響很大。

3）在偏遠場站，新能源電力具有小規(guī)模利用的經(jīng)濟價值。張21-1井場成功應(yīng)用抽油機風光電互補發(fā)電系統(tǒng)為邊遠區(qū)塊場站提供了相對經(jīng)濟的電力解決方案。為邊遠區(qū)塊進一步開采、穩(wěn)產(chǎn)開辟了一條節(jié)能、降耗的新路。

參考文獻：

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