光伏发电在大庆外围油田阀组间应用的技术探讨

2018-04-04游琳琳中国石油集团电能有限公司电力工程设计院

石油石化节能 2018年2期

游琳琳（中国石油集团电能有限公司电力工程设计院）

随着油田开发的不断深入，配套地面建设规模、系统能力均大幅上升，耗能设备不断增多，能耗总量不断上升，能耗控制难度将进一步加大。由于外围油田阀组间地处偏远，分布范围较广，因此，部分阀组间存在着用电负荷低、建设成本高、偷盗电现象严重等问题。应用光伏发电技术不仅能够实现就近供电，不必长距离输送，而且节省了架设供电线路以及占用土地的费用，有效避免了线路上的电损耗，解决生产运行中存在的困难。

1　运行现状及存在问题

1）用电负荷低，供电系统建设成本高。以7环式阀组间为例，阀组间内用电负荷含40 W荧光灯1套，80 W荧光灯2套，70 W防爆灯3套，掺水流量控制装置7套，日均用电负荷1.5 kW左右。而阀组间供电系统需依托已建供电线路，按照阀组间柱上变电站与已建供电线路距离250 m计算，建成一套完整的供电系统需要投资6.3万元。

2）供电系统损耗大。虽然阀组间用电负荷小，但其供电过程中必定会产生一定的损耗。损耗主要分为两种：线路损耗，线损是由于电流流经有电阻的导线，而造成有功功率的损耗；变压器损耗，变压器损耗又分为空载损耗和负载损耗[1]。由于阀组间用电负荷过小，其线路损耗和变压器负载损耗忽略不计。以S11-M-30 KVA型变压器为例，JB/T 3837—2010中规定，该型号变压器空载损耗为0.1 kW，因此，单台变压器年损耗电能730 kWh。

3）雷雨天气变压器损坏现象时有发生。由于架空供电线路地处旷野，因此受雷雨天气影响较大。在架空供电线路附近大地发生雷击时，雷云对地面物体放电过程中，雷云电荷和地面的异种电荷相互中和，放电通道周围的空间电磁场发生急剧变化，引起周围磁场突变，导致线路上感应出高电压[2]。而一旦电压超过了线路雷电过电压的绝缘要求时，就会导致变压器烧毁。

4）偷盗电现象严重。部分阀组间距离村屯较近，偷电、盗电现象较为严重，一旦用电负荷过高或者接线不良发生短路时，都会造成变压器损坏。维修更换变压器不仅费用高，而且停电后掺水流量控制装置不能正常工作，一旦发现不及时极容易造成堵环。同时员工白天日常工作及夜间巡回检查十分不便，浪费大量的人力物力，使企业蒙受巨大的经济损失。

2　光伏发电技术优势

技术原理：光伏发电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[3]。而光生伏特效应就是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置[4]。光伏发电系统主要由太阳电池板、逆变器、蓄电池和控制器四大部分组成。

光伏发电技术在偏远阀组间应用主要有以下几点优势：

1）大庆地区光照充足。大庆油田位于我省西部和松嫩平原北部，日照资源丰富（图1）。大庆地区年日照时长在2500～3000 h范围内，属于国家二类太阳能资源地区，且多以耕地和草地为主，高大遮挡物较少，地势平坦，具有良好的光伏发电建设优势。

图1　全国日照时长分布

2）安装简单灵活，建设周期短。光伏组件构造简略，体积小，质量轻，便于运输和装置；同时可以根据负荷的增减，任意增加或减少太阳能方阵容量，极易组合、扩容，避免了资源浪费。光伏发电还可以便利地利用建筑物，不需要单独占地，可节省征地费用，且系统建设周期短[5]。

3）运行维护成本低。光伏发电无机械传动部件，维护简单，运转可靠，可实现无人值守，维护成本低。晶体硅太阳能组件运行寿命能够达到25～30年。只要设计合理、使用得当，蓄电池的寿命也可长达5～10年。

4）节能环保。应用光伏发电技术（图2）不仅能够实现就近供电、避免线路损耗、节省架设供电线路以及占用土地的费用，而且属于一次性投资，除维修维护费用以外，阀组间后期生产运行不会再发生电费。同时，使用光伏发电技术不会产生任何废弃物，没有污染和噪声等公害，对环境无不良影响。

图2　阀组间安装光伏发电系统示意图

3　经济分析

以7环式阀组间为例，对比传统供电方式和光伏发电系统。

3.1　传统供电方式

建设成本包括新建柱上变电站1座，S11型变压器1台，锥形水泥电杆2根，高压跌落式熔断器3套，户外电热馈电箱1面等，以及电缆250 m，加上安装费、征地费等共计6.3万元。

运行维护费用主要包括：①年生产过程中实际发生的电费为336元；②年生产过程中变压器损耗的电费为467元；③按每5年更换一次变压器计算，需维修费10 000元。

传统供电方式5年内建设及运行维护费用共计7.7万元。

3.2　光伏发电系统

7套掺水流量自动控制装置每天累计工作1 h；1套80 W荧光灯每天累计工作4 h；3套70 W防爆灯每天累计工作2 h，日耗电量共计1440 kWh。

单块太阳能电池板最大功率为300 W，按照有效日照时间4 h，电能转换率17%计算，需要太阳能电池板7块。如遭遇雨季连续阴雨天气，按5天内无有效日照配备蓄电池，12 V/200AH型蓄电池4块。此外，还需要8块太阳能电池板为4块蓄电池充电。建设成本共计约4万元，同时每5年需更换一次蓄电池，投资约0.8万元。因此，光伏发电系统5年内建设及运行维护费用共计4.8万元（表1）。