朱益飛周亮耿雷史紅芳

（1.中國(guó)石化勝利油田孤東采油廠；2.中國(guó)石化勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心）

引言

太陽(yáng)能是無(wú)公害潔凈能源，也是21世紀(jì)人類最有希望的能源[1]。油田開發(fā)屬于高能耗行業(yè)，開發(fā)利用可再生新能源、實(shí)施綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，既是企業(yè)自身發(fā)展的客觀要求，也是更好地承擔(dān)起油田企業(yè)節(jié)能減排的社會(huì)責(zé)任[2]。近幾年，勝利油田加大資金投入，積極開展太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在油田的應(yīng)用與研究，利用可再生新能源替代傳統(tǒng)能源，取得良好的應(yīng)用效果。

太陽(yáng)能是一種新型的清潔能源，利用光伏太陽(yáng)能技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：不需要燃料，取之不盡用之不竭的太陽(yáng)光就是能源；能源清潔，不會(huì)排放NOx、CO2等有害物質(zhì)；不需要架設(shè)遠(yuǎn)距離輸電線路，安全可靠；不需要繁瑣的操作，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等。將光伏供電系統(tǒng)與石油工業(yè)相結(jié)合，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互相支撐，可以為社會(huì)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

目前，光伏太陽(yáng)能技術(shù)在石油化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[3]。近幾年來(lái)，勝利油田先后在油氣管道閥室電源、油氣設(shè)施陰極保護(hù)、輸油管道電加熱、海上（鉆井、采油）平臺(tái)照明、油氣管道自控測(cè)控系統(tǒng)、LED路燈綠色照明系統(tǒng)、邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)、油區(qū)道路監(jiān)控系統(tǒng)和油井生產(chǎn)設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用光伏太陽(yáng)能技術(shù)。

1.1 油氣管道閥室電源

油氣管道閥室一般安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，難以獲得可靠電源。勝利油田設(shè)計(jì)利用光伏太陽(yáng)能技術(shù)為油氣管道閥室系統(tǒng)供電，既可以減少電力線路鋪設(shè)的成本，又可以增加閥室供電系統(tǒng)的電力可行性。先后在川氣東送及錦州油氣管道項(xiàng)目中通過(guò)合理地配置光伏供電系統(tǒng)和適當(dāng)提高系統(tǒng)配置可以安全、可靠、穩(wěn)定地為油氣管道閥室供電。

1.2 油氣設(shè)施陰極保護(hù)電源

油氣儲(chǔ)運(yùn)主要載體的使用壽命主要受電化學(xué)腐蝕的影響，目前解決原油儲(chǔ)罐和油氣管道電化學(xué)腐蝕的主要方法是采取犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施。光伏太陽(yáng)能電源系統(tǒng)可以不受空間的限制，為強(qiáng)制電流保護(hù)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

1.3 輸油管道電加熱

原油管道輸油基本采用加熱輸送的方法，當(dāng)所輸油品為重燃料油時(shí)，由于其黏度大，需要較高的加熱溫度。光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為管道加熱站的輔助電源，可以有效地減少對(duì)火力發(fā)電的依賴，較為經(jīng)濟(jì)。

1.4 海上（鉆井、采油）平臺(tái)照明

海洋石油鉆井平臺(tái)和采油平臺(tái)的突出特點(diǎn)是地理位置及空間限制，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以為海上鉆井平臺(tái)和采油平臺(tái)提供照明、日常用電器及相關(guān)設(shè)備用電，可以為海洋鉆井和海上采油工作人員提供穩(wěn)定、可靠的電力保障，減少對(duì)電網(wǎng)的依賴。

1.5 油氣管道自控測(cè)控系統(tǒng)

石油開采的主要設(shè)備大量分布在野外或海上，維護(hù)和管理費(fèi)時(shí)費(fèi)力。管道運(yùn)輸是石油、天然氣最經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)輸方式。由于石油、天然氣與人們的日常生活關(guān)系越來(lái)越密切，并具有易燃、易爆和有毒性等特點(diǎn)，油氣管道的安全運(yùn)行非常重要。油氣管道長(zhǎng)期服役后，會(huì)因外部干擾、腐蝕、管材和施工質(zhì)量等原因發(fā)生失效事故，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、漏油污染事件的發(fā)生，造成重大經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和環(huán)境污染。因此，采取多種有效措施，加強(qiáng)油田油氣管道的監(jiān)控，強(qiáng)化各種油氣管道和設(shè)備的日常維護(hù)和定期檢測(cè)，對(duì)保障油田油氣運(yùn)輸管線的安全生產(chǎn)起到極大的作用，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。石油相關(guān)設(shè)備及設(shè)施的遙測(cè)、遙控系統(tǒng)可節(jié)省大量的人力、物力，提高油田的生產(chǎn)效率。光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)可以為位于電力設(shè)施不完善的遠(yuǎn)程測(cè)控設(shè)施提供電力。

1.6LED路燈綠色照明系統(tǒng)

太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)供電，不需要鋪設(shè)復(fù)雜管線、電纜，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種高效的綠色照明系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池、充放電控制器、蓄電池、LED燈和燈桿等部分組成。系統(tǒng)不同工作狀態(tài)的控制轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的管理控制由基于單片機(jī)的充放電控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。燈是油田泵站、庭院以及生活小區(qū)照明系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的路燈常采用高壓鈉燈，高壓鈉燈整體上光效低的缺點(diǎn)造成了能源的巨大浪費(fèi)。因此，積極開展油田新能源開發(fā)利用示范區(qū)建設(shè)，開發(fā)應(yīng)用新型高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、顯色指數(shù)高、環(huán)保的LED路燈對(duì)照明系統(tǒng)節(jié)能具有十分重要的意義。

太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈的核心部分，太陽(yáng)能電池板是帶有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，根據(jù)光生伏特原理，能將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。LED作為環(huán)保節(jié)能型半導(dǎo)體光源，是太陽(yáng)能路燈最為理想的光源，LED路燈中運(yùn)用了功率電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器，用于提供穩(wěn)定的電源；同時(shí)設(shè)計(jì)了高效率增強(qiáng)以及超節(jié)能脈沖寬度調(diào)變（PWM）2種輸出模式，配合時(shí)間控制，可以在需要的時(shí)間段（上半夜）以高效率增強(qiáng)模式點(diǎn)亮太陽(yáng)能LED路燈，提供良好的照明，而其他時(shí)間段（后半夜）則以超節(jié)能模式輸出，節(jié)約蓄電池的電力消耗，延長(zhǎng)LED路燈工作時(shí)間。

LED路燈照明系統(tǒng)在油田泵站、庭院以及生活小區(qū)應(yīng)用無(wú)論是環(huán)境條件和技術(shù)條件都是可行的，對(duì)油田而言是建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的一項(xiàng)比較好的措施，對(duì)于具有年日照時(shí)間長(zhǎng)、擁有良好的太陽(yáng)能資源的油田來(lái)說(shuō)，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

1.7 邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)

太陽(yáng)能發(fā)電，不僅能節(jié)約煤炭、石油、天然氣等一次性化石能源，還是清潔、無(wú)污染的可再生能源，屬于一次性投入長(zhǎng)期收益的產(chǎn)業(yè)，是能源開發(fā)的新天地。對(duì)于邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)，可充分利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，既可采用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可采用離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，滿足油井的生產(chǎn)要求。并網(wǎng)光伏電站由電池板方陣、并網(wǎng)逆變器計(jì)量開關(guān)組成，輸出與電力網(wǎng)品質(zhì)相同的三相交流電。電站主要供油井抽油機(jī)和油井值房配套使用，發(fā)電量有盈余時(shí)，盈余電量上傳電網(wǎng)。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括電池板方陣、太陽(yáng)能離網(wǎng)逆變控制器、蓄電池。有陽(yáng)光時(shí)電池方陣發(fā)電為蓄電池充電，夜晚時(shí)蓄電池經(jīng)逆變器逆變?yōu)橛途橛蜋C(jī)和油井值房配套系統(tǒng)供電。

1.8 油區(qū)道路監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)油區(qū)各條交通路口交通信號(hào)燈實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，利用太陽(yáng)能光伏電池板發(fā)電系統(tǒng)替代了原來(lái)的220V市電供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)道路交通信號(hào)燈傳統(tǒng)能源供電轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕?yáng)能供電；同時(shí)，利用太陽(yáng)能光伏電池板發(fā)電系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的供電要求，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

1.9 油井生產(chǎn)設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng)

油田是沒(méi)有圍墻的工廠，油井各種生產(chǎn)設(shè)備都在野外，油井電力變壓器、控制箱等油井生產(chǎn)設(shè)備或井口原油被盜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。開發(fā)應(yīng)用一種以太陽(yáng)能為動(dòng)力源的新型油井防爆防盜報(bào)警裝置很有必要，該裝置由無(wú)線報(bào)警主機(jī)、防爆傳感器、防爆接線盒、太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能專用蓄電池和智能控制器等部件組成。報(bào)警裝置采用全數(shù)碼無(wú)線信息傳輸技術(shù)，集信號(hào)探測(cè)、無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信號(hào)等功能于一體。每口油井都配有防爆傳感器，傳感器與太陽(yáng)能發(fā)射主機(jī)相連。當(dāng)油井設(shè)備或井口原油被盜時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并以無(wú)線發(fā)射方式把信號(hào)傳到值班室主機(jī)，完成報(bào)警。

該報(bào)警裝置采用太陽(yáng)能供電，沒(méi)有明線，供電及控制部分都放在防爆控制箱內(nèi)。它既安全可靠且節(jié)能環(huán)保，又能有效避免次生隱患。

2 綜合效益分析

光伏太陽(yáng)能技術(shù)是一項(xiàng)一舉多得的技術(shù)，前景廣闊，作為一種綠色清潔型能源，已經(jīng)見到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。僅以油田L(fēng)ED路燈綠色照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造為例，2008年6月勝利油田某社區(qū)道路照明系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造，改造前照明標(biāo)準(zhǔn)參照城市道路Ⅱ級(jí)次干道選取，機(jī)動(dòng)車道平均照明度不小于30lux，均勻度等于0.4設(shè)計(jì)，照明負(fù)荷為三級(jí)，由6kV電網(wǎng)經(jīng)變壓器變壓后，采用220V向各路燈單相供電，燈具采用雙側(cè)對(duì)稱布置，為半截光型，仰角12°，光源為高壓鈉燈T300W，安裝間距35m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，高壓鈉燈泡、燈具、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器、電容器、熔斷器和燈桿均為870套。改造后，道路照明標(biāo)準(zhǔn)參照城市道路Ⅱ級(jí)次干道選取，機(jī)動(dòng)車道平均照明度不小于30lux，均勻度等于0.35設(shè)計(jì)，光源為L(zhǎng)ED燈，并由獨(dú)立的光源系統(tǒng)供電，LED燈和光伏電源系統(tǒng)均為870套。

2.1 節(jié)能效益分析

該道路每天照明時(shí)間為10h，按每年365天計(jì)算，870套350W高壓鈉燈（含鎮(zhèn)流器損耗50W）一年共需消耗電量1111425kWh。

太陽(yáng)能LED路燈的使用壽命為13.7年，則在13.7年內(nèi)用太陽(yáng)能LED路燈代替高壓鈉燈，可實(shí)現(xiàn)節(jié)電15226522.5kWh。若電價(jià)平均按0.9元/kWh計(jì)算，則該項(xiàng)目共可節(jié)約電費(fèi)1370.387萬(wàn)元。

可見，該節(jié)能項(xiàng)目的節(jié)能效益相當(dāng)可觀。

2.2 高壓鈉燈與LED路燈成本對(duì)比分析

高壓鈉燈的使用壽命是10000h，LED路燈的使用壽命是50000h，按照每天10h照明計(jì)算，LED路燈可使用13.7年，是高壓鈉燈使用壽命的5倍。在LED路燈使用期內(nèi)，其蓄電池需要更換4次，高壓鈉燈泡和鎮(zhèn)流器需要更換5次，考慮到目前高壓鈉燈和LED路燈及其附屬配件和價(jià)格因素，以現(xiàn)有價(jià)格計(jì)算，高壓鈉燈的投資使用成本是LED路燈的一半。

2.3 減排效益分析

按每千瓦時(shí)折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.4kg計(jì)，每千瓦時(shí)所用煤排放二氧化碳0.997kg計(jì)，每千瓦時(shí)所用煤排放二氧化硫0.03kg計(jì)，排放二氧化碳指標(biāo)國(guó)際交易價(jià)格6.67美元/t計(jì)，人民幣匯率（1美元兌換人民幣6.83元），排放二氧化碳指標(biāo)國(guó)際交易價(jià)格折合人民幣45.56元/t，則項(xiàng)目每年的減排效益為5061.293元，項(xiàng)目運(yùn)行13.7年的減排效益為69339.72元。

2.4 其他效益分析

根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，每節(jié)約1kWh電量，相應(yīng)節(jié)約0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.272kg碳粉塵、0.997kg二氧化碳、0.03kg二氧化硫、0.015kg氮氧化物。按照13.7年內(nèi)節(jié)電15226522.5kWh計(jì)算，可節(jié)約6090.61t標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放4141.61t碳粉塵、15180.84t二氧化碳、456.8t二氧化硫和228.4t氮氧化物。

2.5 投資效益分析

電價(jià)按平均0.9元/kWh計(jì)算，該項(xiàng)目產(chǎn)生年直接節(jié)電效益為100.028萬(wàn)元，則項(xiàng)目年合計(jì)總經(jīng)濟(jì)效益（節(jié)電效益+減排效益）100.534萬(wàn)元。

該項(xiàng)目總投資為800萬(wàn)元，投資回報(bào)期為7.96年。

3 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)五年以至更遠(yuǎn)的未來(lái)，隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展，勝利油田將更加廣泛地應(yīng)用太陽(yáng)能綠色清潔能源，更好地打造綠色低碳新優(yōu)勢(shì)，樹立勝利油田在節(jié)能減排方面的良好形象。更可喜的是，國(guó)家“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃已經(jīng)對(duì)光伏太陽(yáng)能技術(shù)給出了規(guī)劃目標(biāo)，將其作為重點(diǎn)方向進(jìn)行研究和開發(fā)利用，并給予相應(yīng)的政策性扶持［4］。太陽(yáng)能光伏技術(shù)的開發(fā)和規(guī)?；瘧?yīng)用，是油田節(jié)能減排規(guī)劃的重要組成部分，也是油田實(shí)施綠色、低碳發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一，勝利油田將與光伏太陽(yáng)能技術(shù)相關(guān)企業(yè)合作，利用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的光伏技術(shù)、生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)，在油氣田開發(fā)及油氣管道工程中將可再生新能源科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，在共同合作研究開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目中獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]李國(guó)然.國(guó)際太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的新進(jìn)展[J].電力需求側(cè)管理,2012,14(1):61-64.

[2]朱益飛.勝利油田全方位做好節(jié)能減排[J].電力需求側(cè)管理,2012,14(4):64.

[3]朱益飛.太陽(yáng)能未來(lái)重要的綠色能源[J].中國(guó)新能源,2011,5(11):15-17.

[4]俞露.光伏市場(chǎng)曙光祥瑞[J].中國(guó)石化,2011,26(3):20-22.