摘要：近十年來，全球太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)量增長約6倍，我國年產(chǎn)量1000萬kW以上，為適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展道路，使用綠色能源，大慶油田逐漸普及太陽能光伏發(fā)電。文章將簡述大慶油田光伏發(fā)電現(xiàn)狀，淺析光伏發(fā)電在油氣管道、油氣設(shè)施、輸油管道、油井道路、生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用情況，并探究光伏發(fā)電給大慶油田帶來的有效收益及新型技術(shù)的應(yīng)用效果。

　　關(guān)鍵詞：太陽能； 光伏發(fā)電； 大慶； 油田；

　　0 引言

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡稱光伏發(fā)電，是一種利用半導(dǎo)體材料進(jìn)行光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)。其除了日照之外，無需其他任何燃料，也沒有機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件，架設(shè)區(qū)域也十分靈活。

　　1 大慶油田太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀

　　大慶油田是我國最大的油田，位于松遼平原中部，由薩爾圖、杏樹崗等油氣田組成。進(jìn)入新時(shí)期后，大慶油田堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為根本，向可持續(xù)發(fā)展方向努力，建設(shè)起太陽能光伏發(fā)電。大慶是我國太陽能資源二類地區(qū)，日照時(shí)間較長，空氣清潔良好，并且大慶油田采油作業(yè)都位于野外，地勢(shì)比較平坦，沒有高大遮擋物，非常適合太陽能光伏發(fā)電的架設(shè)�，F(xiàn)階段大慶油田已經(jīng)建成較為完善的光伏發(fā)電矩陣以及企業(yè)供電網(wǎng)絡(luò)，油田共計(jì)有不同電壓等級(jí)的變電所300余座，為光伏發(fā)電的電量送出與消納提供了非常理想的條件[1].通過將高耗能設(shè)備更換為光伏發(fā)電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能減排的目標(biāo)，1MW的光伏發(fā)電站每年可節(jié)省等價(jià)替代煤140噸，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物排放皆有不同程度降低。

　　2 太陽能光伏發(fā)電在大慶油田中的應(yīng)用

　　2.1 油氣管道閥室電源

　　隨著油田開發(fā)的增多，地面建設(shè)及設(shè)備也在不斷增加，而油氣田分布廣泛，處于外圍的油田閥室更是偏遠(yuǎn)，分布范圍也比較零散，部分油氣管道閥室無法獲得可靠電源供應(yīng)，如果建設(shè)供電系統(tǒng)其成本與用電量不成正比，并且遇到惡劣天氣時(shí)變壓器可能發(fā)生損壞。大慶油田選擇使用光伏發(fā)電為油氣管道閥室供應(yīng)電力是有原因的，首先光伏組件體積小，質(zhì)量輕，在運(yùn)輸和安裝過程中簡單靈活，出現(xiàn)電力負(fù)荷的情況也能及時(shí)增加光伏電池陣列；其次光伏發(fā)電可以直接利用閥室建筑上方空余區(qū)域，不需要單獨(dú)占地；最后光伏發(fā)電的運(yùn)行維護(hù)成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，無需人員值守，正常情況下僅要10塊太陽能電池板便可穩(wěn)定運(yùn)行5至10年[2].

　　2.2 油氣設(shè)施陰極保護(hù)電源

　　石油或天然氣在日常輸送過程中的油氣設(shè)施會(huì)受到電化學(xué)腐蝕的影響，現(xiàn)階段為了解決原油油罐和油氣管道電化學(xué)腐蝕的主要方法有加電流保護(hù)（強(qiáng)制陰極保護(hù)）和犧牲陽極保護(hù)兩種，都是為保護(hù)油氣設(shè)施而通以足夠的極化電流，是被保護(hù)金屬成為陰極，實(shí)現(xiàn)陰極極化，從而完成電化學(xué)保護(hù)。過往為實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)，需要占用部分土地建設(shè)電力站，導(dǎo)致供電電源不獨(dú)立，部分管理不具備斷電電位測(cè)試條件，斷電電位達(dá)不到保護(hù)準(zhǔn)則要求[3].而光伏發(fā)電可以不受空間限制，建設(shè)多方位的光伏電池陣列，斷電保護(hù)及電位都可以由太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行孔，更容易為油氣設(shè)施提供電流，有效保護(hù)系統(tǒng)。

　　2.3 輸油管道電加熱

　　由于傳統(tǒng)的蒸汽加熱方式在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面都有很大的缺陷，目前大慶油田輸油管道多使用電熱絲進(jìn)行加熱，不僅操作方便而且經(jīng)濟(jì)。電能在眾多能源是容易與長距離傳輸?shù)哪芰啃问剑�電源與加熱件之間簡單的導(dǎo)線聯(lián)接就可以實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，并且電能傳輸過程中，自身損失較少。大慶油田原油黏度較大，年平均溫度在4℃左右，且冬季較長，需要較高的加熱溫度。使用太陽能光伏發(fā)電，可以為輸油管道提供輔助電源，減少對(duì)火力發(fā)電的依賴。

　　2.4 油氣管道自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)

　　大慶油田的主要設(shè)備及油氣管道大都分布在野外，維護(hù)和管理較為繁雜。雖然石油，天然氣都是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展必不可少的能源，但是其易燃，易爆等特性注定油氣管道的安全管理馬虎不得。在油氣管道長年使用期間會(huì)受到天氣、腐蝕、漲縮等因素影響，而人員無法時(shí)刻監(jiān)視油氣管道狀況，也沒有人手能覆蓋到大量的管道之中。不過隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，油田油氣管道的監(jiān)控逐漸現(xiàn)代化，依靠無人機(jī)，電子眼等方式進(jìn)行油氣管道的維護(hù)與檢查，相對(duì)的這些電子產(chǎn)品也需要充電使用，安設(shè)太陽能充電系統(tǒng)，便可在野外隨意使用。另外油氣管道自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)正在建設(shè)之中，將油氣管道、光伏系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油采集輸送等相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，不見能保證油氣管道能長時(shí)間處于監(jiān)控狀態(tài)下，還能節(jié)省大量的人力物力。

　　2.5 路燈照明及道路監(jiān)控

　　太陽能光伏發(fā)電的基本應(yīng)用效果便是與路燈及道路之上，太陽能路燈不需鋪設(shè)電力管線，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長等特點(diǎn)，除路燈外，在油田泵站閥室，生活方面都需要用到照明，油田本身就是一個(gè)生活區(qū)與工作區(qū)相結(jié)合的地點(diǎn)，利用太陽能光伏發(fā)電可以為工作和生活提供用電，減少因火力發(fā)電或購買電力出現(xiàn)的成本，在道路監(jiān)控方面也有使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，配合時(shí)間控制，在需要的時(shí)間段對(duì)油田道路進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度，安排蓄電池的配合將能進(jìn)一步延長光伏發(fā)電在實(shí)際生活中的應(yīng)用效果。

　　2.6 邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)

　　除了上文提到的閥室和油氣管道，邊遠(yuǎn)油井更是處在整個(gè)油田區(qū)域的最外沿，并且因?yàn)橛途�的特殊性質(zhì)，其附近不能建設(shè)較大規(guī)模的電力站，所以供電系統(tǒng)的選擇尤為重要，使用太陽能光伏系統(tǒng)與蓄電池配合，可以滿足油井的生產(chǎn)要求，在光伏電站架設(shè)電池板方陣，可使用并網(wǎng)或離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天為油井抽油機(jī)供電，并將多余電力輸送到電網(wǎng)或蓄電池中，在夜晚時(shí)，使用逆變器將蓄電池電力排出，為油井供電。太陽能光伏發(fā)電不只能節(jié)約火力發(fā)電資源，并且是屬于一次投入長時(shí)間使用的系統(tǒng)，不像煤炭、石頭還需要進(jìn)行資源消耗量的計(jì)算，節(jié)約的成本簡單明了。

　　2.7 設(shè)備防盜電報(bào)警系統(tǒng)

　　由于大部分油井都在野外，這就給了不法分子盜竊電能，甚至偷盜油井設(shè)備的機(jī)會(huì)，比較常見的盜竊手段是繞越計(jì)量，私接公線，并且竊電人員的線路接觸電阻較高，在電流的熱效應(yīng)下會(huì)發(fā)生跳火斷股甚至斷線的情況，為電力線路及油井作業(yè)帶來了嚴(yán)重危害。但使用太陽能光伏發(fā)電卻可以避免此種現(xiàn)象，太陽能發(fā)電集中于白天，大量職工在油井工作，而夜晚由蓄電池進(jìn)行供電，竊電分子沒有電力線路可以私接，并且光伏發(fā)電時(shí)間長，電力供給平穩(wěn)，竊電情況的出現(xiàn)能立刻反應(yīng)到防盜電報(bào)警系統(tǒng)上，提高油井安全性。

　　3 太陽能光伏發(fā)電在大慶油田的應(yīng)用效益

　　3.1 節(jié)能減排

　　太陽能作為無公害，安全可靠，建設(shè)周期短的能源，在各國都有著巨大的吸引力。如今全球許多石油和天然氣生產(chǎn)地區(qū)政治和經(jīng)濟(jì)局勢(shì)的不穩(wěn)定性，我國為減少對(duì)國外能源的依賴，解決日益突出的環(huán)境問題和與礦物燃料發(fā)電相關(guān)的氣候變化風(fēng)險(xiǎn)，大力推廣太陽能的使用。大慶油田響應(yīng)由國家能源局印發(fā)的《太陽能發(fā)展"十三五"規(guī)劃》，為促進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，加快太陽能多元化應(yīng)用提供助力。以2019年為例，全國光伏發(fā)電量達(dá)2243億k W·h,同比增長26.3%,其中大慶油田發(fā)電約90億k W·h,且大慶地區(qū)棄光率低至0.4%.為將傳統(tǒng)化石能源和煤電轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嶋娏Γ�大慶油田新增裝機(jī)容量29萬k W,光伏電站22個(gè)，減排二氧化碳2.79t、二氧化硫91t.此外大慶油田2019年用電量為167億k W·h,其中依靠煤礦燃?xì)獍l(fā)電122億k W·h,風(fēng)電21億k W·h,而光伏發(fā)電用量占比約為11.3%,其余電力皆用于城市居民，可以看出大慶油田發(fā)展新能源的空間巨大，前景良好，在未來不僅將減少火力發(fā)電造成的環(huán)境污染排放，也降低了煤炭，石油等有限資源的消耗。

　　3.2 資源利用

　　雖然光伏電站規(guī)規(guī)模大小不影響投資收益，但發(fā)電量會(huì)受到裝機(jī)容量，組件方位角度，轉(zhuǎn)化效率，天氣因素所影響。近日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于2020年光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》，其中將繼續(xù)對(duì)集中式光伏發(fā)電制定指導(dǎo)價(jià)。將納入國家財(cái)政補(bǔ)貼范圍的I-III類資源區(qū)新增集中式光伏電站指導(dǎo)價(jià)，分別確定為每千瓦時(shí)0.35元、0.4元、0.49元（含稅）。納入2020年財(cái)政補(bǔ)貼規(guī)模，采用"自發(fā)自用、余量上網(wǎng)"模式的工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，全發(fā)電量補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為每千瓦時(shí)0.05元。大慶油田屬于二類資源區(qū)，集中式和分布式光伏發(fā)電都有涉及，不過油田本身用電的高峰低谷會(huì)有所不同，雖然可以達(dá)到資源利用的自發(fā)自用，但在部分用電峰值以及陰雨氣候時(shí)仍需電網(wǎng)供電，以每小時(shí)八十萬千瓦計(jì)算，每年用電成本仍有60多萬元，這其中還不包括油田發(fā)展建設(shè)的用電量。在資源利用方面雖然太陽能光伏發(fā)電還無法支撐大慶油田的整體發(fā)展，但光伏發(fā)電帶來的成效顯著。

　　4 新型光伏發(fā)電技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用前景

　　4.1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

　　光伏電池陣列的輸出功率受太陽輻射強(qiáng)度、工作溫度，以及負(fù)載匹配情況等因素影響，其輸出輸入功率呈非線性，當(dāng)光伏電池陣列工作到一個(gè)特定輸出電壓值時(shí)，光伏發(fā)電會(huì)獲得最大的輸出功率。大慶油田的油井分布較廣，部分油田處于松嫩平原北部，松遼盆地中部，其地勢(shì)有明顯的不對(duì)稱性，地面波狀起伏，崗凹相間，心態(tài)復(fù)雜，在部分時(shí)期光照差異明顯。在不考慮光伏發(fā)電矩陣的溫度效應(yīng)下，使用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，使光伏發(fā)電隨著信號(hào)轉(zhuǎn)變，達(dá)到最大化太陽能利用。

　　4.2 槽式聚光太陽能技術(shù)

　　現(xiàn)階段我國光電轉(zhuǎn)換效率門檻為18%,理論上最高光電轉(zhuǎn)換效率為31%,利用成熟的聚光技術(shù)，將入射太陽能聚光到光伏電池陣列免表，在相同的電池材料用量下，光伏發(fā)電成本及輸出功率將會(huì)提高。不過大量聚光會(huì)導(dǎo)致光伏電池溫度升高，發(fā)電效率受到影響，并且出現(xiàn)光伏電池?zé)龤У那闆r[4].從自然條件來看，大慶地區(qū)年平均溫度只有4℃左右，有利于光伏電池自然降溫，而聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是光伏余熱集中，利用余熱回收系統(tǒng)不僅能提高太陽能利用率，而且可以作用與輸送管道的加熱上，或許在未來輸送管道不再埋入地下，而是與太陽能光伏發(fā)電結(jié)合到一起，一邊實(shí)現(xiàn)發(fā)電一邊完成加熱。

　　5 結(jié)語

　　充分利用油田區(qū)域內(nèi)的空地，建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，將為大慶油田降低電力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，同時(shí)在滿足生活區(qū)用電需求的前提下，可以將多余電量用于油井建設(shè)之中，或售賣給電網(wǎng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。太陽能光伏發(fā)電屬于綠色能源，在未來的油田發(fā)展過程中，將會(huì)被大力推廣，政府也會(huì)進(jìn)行資金補(bǔ)貼，應(yīng)用情況及發(fā)展前景非�？捎^。

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