開縣作業(yè)區(qū)太陽能系統(tǒng)運行效果分析

趙飛 廖浩然(西南油氣田公司重慶氣礦開縣采輸氣作業(yè)區(qū),重慶市 405400)

祝南(西南油田公司采氣技能培訓基地,重慶市 408300)

1 概述

當能源問題日益成為制約國際社會經濟發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，從而尋求經濟發(fā)展的新動力，各國政府已將太陽能資源的利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。目前，我國太陽能產業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是重要的太陽能光伏電池生產國。如今，太陽能資源的利用已被各國政府作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。

2 太陽能系統(tǒng)建設情況

2.1 太陽能系統(tǒng)簡介

太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變成為電能的一種裝置。太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池(組)組成。控制器的輸

出為直流電，如輸出需110V或220V交流電，則還需要配置逆變器。

2.2 作業(yè)區(qū)太陽能建設現(xiàn)狀

開縣作業(yè)區(qū)有各類生產井67口，部分新建井站都分布在偏遠山坳里，若采用市電供電，就需要重新架設線路并且安裝相應供電設備，必然投入大量的建設資金。加之這類單井用電設備較少，用電負荷較小，如果采用市電供電，一方面會影響變壓器的壽命，另一方面增加了檢維修成本。因此對這類井站可以考慮采用太陽能系統(tǒng)供電。

2010年以來，開縣作業(yè)區(qū)建設投運的太陽能井站共4口，分別是天東007-X3井、天東007-X4井、門西005-H1井、天東017-H4井。生產信息化項目建成投運后，還將新增天東22井、天東98井、天東99井等6口太陽能井站。主要應用于站場計量儀表系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、井口安全系統(tǒng)等設備的供電，保證站場各數(shù)據(jù)和圖像能夠準確、及時傳達到作業(yè)區(qū)控制中心，同時也保證了作業(yè)區(qū)、中心站對該站場的實時監(jiān)視及控制。

3 太陽能系統(tǒng)應用部分效果分析

3.1 生產管理技術效果

3.1.1 借助太陽能系統(tǒng)使作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)和視頻采集率得以全覆蓋

圖1 開縣作業(yè)區(qū)供電示意圖（部分）

開縣作業(yè)區(qū)井站大部分采用變壓器供電，以圖1為例。南雅站輸送市電到天東7井，同時為天東007-X1井輸電。天東7井附近的天東007-X2井、天東007-X3井及天東007-X4井沒有采用市電，因為這三個站場沒有值班室，井站用電僅為變送器、攝像頭等小負荷設備。為了保證作業(yè)區(qū)能實時的對這三個井站的數(shù)據(jù)等信息進行監(jiān)控，其中天東007-X3井和天東007-X4井已采用太陽能系統(tǒng)供電。天東007-X2井太陽能安裝將在此次信息化工程得到完善，進一步使作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)和視頻采集系統(tǒng)得以全面覆蓋。

3.1.2 借助太陽能系統(tǒng)有人變無人，實現(xiàn)中心站管理

圖2 太陽能無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

太陽能系統(tǒng)的建立，如上圖2，井站采用GPRS無線通訊，可監(jiān)測包括氣壓、溫度、有害氣體含量等各類數(shù)據(jù)并上傳，使數(shù)據(jù)采集由以往的人工現(xiàn)場讀取轉變?yōu)橹悄軅鬏敚行恼局蛋嗳藛T即可遠程監(jiān)控，這部分井站員工便可收編到中心站，實現(xiàn)井站的無人化管理。

3.1.3 雷雨季節(jié)，作業(yè)區(qū)供電現(xiàn)狀，頻繁停電，太陽能不受其影響

圖3 開縣作業(yè)區(qū)供電示意圖

開縣作業(yè)區(qū)的井站大多處于雷雨頻發(fā)地區(qū)，供電易受雷電影響而導致供電頻繁中斷，由圖3可以看出，所有井站的供電來自鐵橋變電站，并由東站、西站和南雅站為各個井站配電，并且各個井站由同一條母線供電，因此供電網(wǎng)絡的任意一個環(huán)節(jié)遭受雷擊后停電，都可能導致其他井站的供電中斷，影響正常生產及監(jiān)控。而太陽能作為獨立的供電系統(tǒng)，即便因雷擊出現(xiàn)故障，也不會影響到其他井站。

3.2 經濟效益

3.2.1 與自建電纜相比，太陽能系統(tǒng)采用天然無限的太陽熱能，沒有能源的消耗。

開縣作業(yè)區(qū)天東021-4井和天東007-X2井地理位置相近，其中天東021-4井采用市電，天東007-X2井為此次信息化建設中新增太陽能系統(tǒng)井站，下面以這兩個井站為例作分析。

表1 各井站材料價格表

從表1中數(shù)據(jù)分析，在不計算人工建設費用的前提下，天東021-4井前期投入成本費用約為3.5萬元，天東007-X2井太陽能系統(tǒng)在此次信息化建設中概算單價為5.5萬元。前期成本方面太陽能系統(tǒng)較高。

表2 天東021-4井2014年并網(wǎng)用電結算表

由表2分析可得，并網(wǎng)用電的天東021-4井每年將消耗電量9604kW，費用為5762元。而太陽能井站供電來自無限的太陽熱能，不會消耗能源。

3.3 結構簡單、運行穩(wěn)定、使用壽命長，省去了大部分建設費用和維護費用

由前文分析，每到雷雨季節(jié)，供電設備易受雷擊，供電網(wǎng)絡的任意一個環(huán)節(jié)遭受雷擊斷電，都可能影響其他井站供電，經過查詢作業(yè)區(qū)資料，天東021-4井平均每年遭受雷擊或其他原因斷電5次，一次維護成本包括車輛油耗、人員出差費用約500元。并且天東021-4井一年用電由表2可得為5762元。

在非人為損壞或不可抗力災難性損壞的情況下，一套太陽能系統(tǒng)使用壽命約為30年，按照規(guī)定太陽能蓄電池每3年更換一次，更換電池成本約為5000元。

表3 各井站費用分析

由表3分析得，3年以后太陽能井站開始為作業(yè)區(qū)節(jié)省成本。由于太陽能井站在有太陽的時候可直接供，并可對蓄電池充電，陰雨天氣由蓄電池供電，因此可保證穩(wěn)定運行，維護費用也可節(jié)省一大部分。

4 存在問題

4.1 太陽能系統(tǒng)大多采取無線傳輸，數(shù)據(jù)視頻采集周期較長，更新較慢

無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器群、數(shù)據(jù)采集終端和集中控制中心三個部分構成，設備抗干擾較弱，傳輸信號的能力較差，所以太陽能井站數(shù)據(jù)的采集和傳輸時間間隔長，不能及時監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)生產數(shù)據(jù)變化趨勢，尤其當數(shù)據(jù)發(fā)生異常突變，不能及時準確反映異常情況，給氣井的動態(tài)分析帶來誤差，因此采集周期會增長，站場的視頻數(shù)據(jù)更新也比較慢。

4.2 太陽能系統(tǒng)大多建設在偏遠山區(qū)，運營商信號微弱，易受天氣影響，影響傳輸

太陽能井站采用無線通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，但是無線通訊屬于電子通訊范疇，雷電對于電子設備有著強大的摧毀力，無線通訊由于天線架設位置比較高，即便擊中避雷針，強大的電流會在瞬間流入地下，在無線設備上會產生感應電壓，基帶電纜也會受到一些影響。另外由于安裝無線通訊設備的井站均在偏遠山區(qū)，通信基站較少，所以通訊信號會較差。

5 結語

太陽能系統(tǒng)優(yōu)點如下，使用成效顯著，能給作業(yè)區(qū)帶來較大經濟效益，可大力推廣：

5.1 經過分析，太陽能井站在開縣作業(yè)區(qū)井站較為偏遠的情況下，不會因為斷電的情況，而浪費人力、物力去維護；

5.2 取用方便，隨處可得，就近供電，無需長距離運輸，避免電能損失造成能源浪費的情況下，也為作業(yè)區(qū)節(jié)省了一大筆開支；

5.3 太陽能發(fā)電的過程沒有機械運作部件，不存在磨損，大大降低了作業(yè)區(qū)的維護、車輛以及人工成本。