光伏發(fā)電在大慶外圍油田閥組間應(yīng)用的技術(shù)探討

游琳琳（中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司電力工程設(shè)計(jì)院）

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，配套地面建設(shè)規(guī)模、系統(tǒng)能力均大幅上升，耗能設(shè)備不斷增多，能耗總量不斷上升，能耗控制難度將進(jìn)一步加大。由于外圍油田閥組間地處偏遠(yuǎn)，分布范圍較廣，因此，部分閥組間存在著用電負(fù)荷低、建設(shè)成本高、偷盜電現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題。應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，而且節(jié)省了架設(shè)供電線路以及占用土地的費(fèi)用，有效避免了線路上的電損耗，解決生產(chǎn)運(yùn)行中存在的困難。

1　運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1）用電負(fù)荷低，供電系統(tǒng)建設(shè)成本高。以7環(huán)式閥組間為例，閥組間內(nèi)用電負(fù)荷含40 W熒光燈1套，80 W熒光燈2套，70 W防爆燈3套，摻水流量控制裝置7套，日均用電負(fù)荷1.5 kW左右。而閥組間供電系統(tǒng)需依托已建供電線路，按照閥組間柱上變電站與已建供電線路距離250 m計(jì)算，建成一套完整的供電系統(tǒng)需要投資6.3萬(wàn)元。

2）供電系統(tǒng)損耗大。雖然閥組間用電負(fù)荷小，但其供電過(guò)程中必定會(huì)產(chǎn)生一定的損耗。損耗主要分為兩種：線路損耗，線損是由于電流流經(jīng)有電阻的導(dǎo)線，而造成有功功率的損耗；變壓器損耗，變壓器損耗又分為空載損耗和負(fù)載損耗[1]。由于閥組間用電負(fù)荷過(guò)小，其線路損耗和變壓器負(fù)載損耗忽略不計(jì)。以S11-M-30 KVA型變壓器為例，JB/T 3837—2010中規(guī)定，該型號(hào)變壓器空載損耗為0.1 kW，因此，單臺(tái)變壓器年損耗電能730 kWh。

3）雷雨天氣變壓器損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于架空供電線路地處曠野，因此受雷雨天氣影響較大。在架空供電線路附近大地發(fā)生雷擊時(shí)，雷云對(duì)地面物體放電過(guò)程中，雷云電荷和地面的異種電荷相互中和，放電通道周圍的空間電磁場(chǎng)發(fā)生急劇變化，引起周圍磁場(chǎng)突變，導(dǎo)致線路上感應(yīng)出高電壓[2]。而一旦電壓超過(guò)了線路雷電過(guò)電壓的絕緣要求時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致變壓器燒毀。

4）偷盜電現(xiàn)象嚴(yán)重。部分閥組間距離村屯較近，偷電、盜電現(xiàn)象較為嚴(yán)重，一旦用電負(fù)荷過(guò)高或者接線不良發(fā)生短路時(shí)，都會(huì)造成變壓器損壞。維修更換變壓器不僅費(fèi)用高，而且停電后摻水流量控制裝置不能正常工作，一旦發(fā)現(xiàn)不及時(shí)極容易造成堵環(huán)。同時(shí)員工白天日常工作及夜間巡回檢查十分不便，浪費(fèi)大量的人力物力，使企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2　光伏發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)

技術(shù)原理：光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)[3]。而光生伏特效應(yīng)就是指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置[4]。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板、逆變器、蓄電池和控制器四大部分組成。

光伏發(fā)電技術(shù)在偏遠(yuǎn)閥組間應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1）大慶地區(qū)光照充足。大慶油田位于我省西部和松嫩平原北部，日照資源豐富（圖1）。大慶地區(qū)年日照時(shí)長(zhǎng)在2500～3000 h范圍內(nèi)，屬于國(guó)家二類太陽(yáng)能資源地區(qū)，且多以耕地和草地為主，高大遮擋物較少，地勢(shì)平坦，具有良好的光伏發(fā)電建設(shè)優(yōu)勢(shì)。

圖1　全國(guó)日照時(shí)長(zhǎng)分布

2）安裝簡(jiǎn)單靈活，建設(shè)周期短。光伏組件構(gòu)造簡(jiǎn)略，體積小，質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸和裝置；同時(shí)可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意增加或減少太陽(yáng)能方陣容量，極易組合、擴(kuò)容，避免了資源浪費(fèi)。光伏發(fā)電還可以便利地利用建筑物，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省征地費(fèi)用，且系統(tǒng)建設(shè)周期短[5]。

3）運(yùn)行維護(hù)成本低。光伏發(fā)電無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，維護(hù)成本低。晶體硅太陽(yáng)能組件運(yùn)行壽命能夠達(dá)到25～30年。只要設(shè)計(jì)合理、使用得當(dāng)，蓄電池的壽命也可長(zhǎng)達(dá)5～10年。

4）節(jié)能環(huán)保。應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)（圖2）不僅能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電、避免線路損耗、節(jié)省架設(shè)供電線路以及占用土地的費(fèi)用，而且屬于一次性投資，除維修維護(hù)費(fèi)用以外，閥組間后期生產(chǎn)運(yùn)行不會(huì)再發(fā)生電費(fèi)。同時(shí)，使用光伏發(fā)電技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，沒(méi)有污染和噪聲等公害，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。

圖2　閥組間安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

3　經(jīng)濟(jì)分析

以7環(huán)式閥組間為例，對(duì)比傳統(tǒng)供電方式和光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3.1　傳統(tǒng)供電方式

建設(shè)成本包括新建柱上變電站1座，S11型變壓器1臺(tái)，錐形水泥電桿2根，高壓跌落式熔斷器3套，戶外電熱饋電箱1面等，以及電纜250 m，加上安裝費(fèi)、征地費(fèi)等共計(jì)6.3萬(wàn)元。

運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要包括：①年生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際發(fā)生的電費(fèi)為336元；②年生產(chǎn)過(guò)程中變壓器損耗的電費(fèi)為467元；③按每5年更換一次變壓器計(jì)算，需維修費(fèi)10 000元。

傳統(tǒng)供電方式5年內(nèi)建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用共計(jì)7.7萬(wàn)元。

3.2　光伏發(fā)電系統(tǒng)

7套摻水流量自動(dòng)控制裝置每天累計(jì)工作1 h；1套80 W熒光燈每天累計(jì)工作4 h；3套70 W防爆燈每天累計(jì)工作2 h，日耗電量共計(jì)1440 kWh。

單塊太陽(yáng)能電池板最大功率為300 W，按照有效日照時(shí)間4 h，電能轉(zhuǎn)換率17%計(jì)算，需要太陽(yáng)能電池板7塊。如遭遇雨季連續(xù)陰雨天氣，按5天內(nèi)無(wú)有效日照配備蓄電池，12 V/200AH型蓄電池4塊。此外，還需要8塊太陽(yáng)能電池板為4塊蓄電池充電。建設(shè)成本共計(jì)約4萬(wàn)元，同時(shí)每5年需更換一次蓄電池，投資約0.8萬(wàn)元。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)5年內(nèi)建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用共計(jì)4.8萬(wàn)元（表1）。

表1　傳統(tǒng)供電方式和光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行5年費(fèi)用對(duì)比

由表1可知，光伏發(fā)電系統(tǒng)比傳統(tǒng)供電方式前期建設(shè)可節(jié)約資金2.3萬(wàn)元，后期運(yùn)行維護(hù)可節(jié)省費(fèi)用0.6萬(wàn)元。

4　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）光伏發(fā)電系統(tǒng)供電為低壓直流電，不存在較高的危險(xiǎn)性和操作難度，安全性得到保障。

2）偏遠(yuǎn)閥組間應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)后，可就近供電，避免損耗，同時(shí)可防止偷盜電現(xiàn)象。

3）光伏發(fā)電系統(tǒng)在使用過(guò)程中無(wú)排放、無(wú)噪聲、無(wú)污染、無(wú)輻射，太陽(yáng)能是當(dāng)之無(wú)愧的清潔能源[6]。

4）光伏發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)供電方式相比，在前期建設(shè)投入和后期運(yùn)行維護(hù)中均比傳統(tǒng)供電方式更經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓能霞.非晶合金鐵心變壓器的特點(diǎn)分析[J].電工電氣，2008（9）：50-52.

[2]張井泉.一起變壓器雷擊事故分析[J].變壓器，2009，46（2）：54-55.

[3]李永勝，陳雪.淺談光伏發(fā)電及產(chǎn)業(yè)格局[J].中國(guó)科技博覽，2011（29）：244.

[4]張君.光伏發(fā)電有望實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)[J].能源與節(jié)能，2011（8）：96.

[5]謝玉章.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2014（11）：176.

[6]謝雨.太陽(yáng)能發(fā)電真的環(huán)保嗎[J].南國(guó)博覽，2015（1）：58.