海上綠色能源綜合利用的探討

中海石油（中國）有限公司深圳分公司 劉國虎

海上的綠色能源有風能、太陽能。我國東南沿海省份近海區(qū)域已有部分公司建成海上風力發(fā)電站，同時在海上建造平臺安裝無人值守變電站以提高風力發(fā)電的配套設施，對風力發(fā)電進行聯網和控制，將海上風力發(fā)電的電能通過海底電纜輸送到陸地，與陸地電力系統聯網。海上的風力能源很豐富，如能將海上的風力發(fā)電、陸地終端或碼頭的太陽能發(fā)電與現有的原油發(fā)電機組或天然氣透平發(fā)電機組的發(fā)配電系統進行聯網，綜合利用綠色能源，對于國家層面的“碳達峰、碳中和”具有重大意義。

海上電力系統供電策略的重要意義

有助于合理利用綠色能源。我國東南省份的近海區(qū)域風力資源非常豐富，如果能加大近海區(qū)域風力發(fā)電的開發(fā)利用，海上的風力發(fā)電將是很好的綠色能源選擇，能給海上設施的生產生活提供大量的綠色能源。同時在陸地終端或碼頭的建筑物房頂上，安裝太陽能電池板的太陽能發(fā)電技術也很成熟，綜合開發(fā)利用太陽能發(fā)電，將風力發(fā)電、太陽能發(fā)電和現有的原油發(fā)電機有效的聯網，形成規(guī)模更大的電力線系統，有助于保障電力系統供電的穩(wěn)定性，確保海上設施生產的連續(xù)性，為海上的企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益。

有助于防控電力風險?，F階段，海上電力系統的發(fā)電機是由原油發(fā)電機組或是天然氣透平發(fā)電機組發(fā)電供給，以保障海上設施的生產生活設備用電需求。目前海上發(fā)電機組是選擇原油發(fā)動機還是選擇天然氣透平機組作為發(fā)電機的動力源，是根據海上設施海底所生產的油氣資源決定的。發(fā)電系統的動力來源比較單一，沒有其他能源的輔助，由此建成的小電力系統抗風險能力較低。如果能將海上的風力發(fā)電、陸地終端或碼頭的太陽能發(fā)電、現有的原油發(fā)電機聯網，形成一個較大的電力系統網絡，那么將大幅度提高抵抗電力風險的能力。

有利于擴大經濟效益。將海上風力發(fā)電、陸地終端太陽能發(fā)電、海上設施現有的原油發(fā)電，以及目前海上已經存在的多個小電力系統通過海纜聯結起來，形成一個較大的區(qū)域性電力系統，不但能夠提高電力系統抗風險的能力，也能提高風能、太陽能的利用率、降低原油或者天然氣的消耗量，從而降低海上設施發(fā)電的能源消耗成本，增加企業(yè)的經濟效益。

海上電力系統聯網存在的問題

海上設施電力系統聯網的意識薄弱。海上設施的安全生產和生產產量會得到高度重視，對現有的以原油或者天然氣發(fā)電的供電系統，能夠滿足現有海上設施的正常平穩(wěn)生產運行需要。如需要增加風能、太陽能等綠色能源的綜合利用，就需引進風力發(fā)電技術、太陽能發(fā)電機技術，還需增加風力發(fā)電、太陽能發(fā)電相關的技術人員和操作維修人員，由此會增加更多的管理工作，就會降低綜合利用綠色能源的積極性，弱化了海上設施電力系統聯網的思想意識。要增強海上設施電力系統聯網的思想意識，需要從國家層面“碳達峰、碳中和”的高度考慮，再者綠色能源的利用技術也已很成熟，只是需要加強積極推廣應用綠色能源的思想意識。

海上電力系統聯網的海底電纜建造成本較高。海上電力系統聯網的關鍵環(huán)節(jié)是聯網所需要的海底電纜，國內只有為數不多的生產廠家在進行研發(fā)制造，目前海底電纜的生產成本還相對較高，也使得海上設施電力系統聯網的成本居高不下，而聯網后回報收益時間也很長，也就制約了海上設施電力系統的聯網進度。如果海底電纜生產廠家能通過創(chuàng)新解決海底電纜生產的卡脖子技術，找到優(yōu)質的耐海水腐蝕的低成本絕緣材料，優(yōu)化電力電纜、控制電纜、光纖鉸接在一起的生產技術來降低生產成本，對于推動海上設施電力系統聯網也將會起到積極的推動作用。

實現海上電力系統聯網及增強電力系統穩(wěn)定性的措施

一、組建一個多能源供電電力系統

一個多能源電力系統中所需要的主要部分包括風力發(fā)電機、太陽能電池板、原油（或天然氣）發(fā)電機、電池系統。風力發(fā)電機和原油發(fā)電機可直接給交流負載供電，風力發(fā)電機組和原油電動機也可通過AC/DC 轉換器轉化為直流電后、再通過電池控制器給電池系統充電，太陽能電池板也可通過電池控制器給電池系統充電，太陽電池板和電池系統通過DC/AC 逆變器將直流電轉換成交流電后供給交流負載。電力系統的監(jiān)測控制中心是海上電力系統聯網后的控制運行“大腦”，完成發(fā)電機監(jiān)測控制、配電系統的電力調度等功能。

二、關注多能源供電電力系統主要設備的選型

對不同規(guī)模的風力發(fā)電輪機、太陽能光伏發(fā)電陣列、原油發(fā)電機和蓄電池體系進行評估，以選定最佳系統。風力發(fā)電輪機裝機容量的選型。應實地考察、調研相關海洋區(qū)域的風力強度、風力方向，以確定風力發(fā)電機組的單機容量和安裝風力發(fā)電機組的臺數。陸地風電單機容量為1000～2500kW，海上風力發(fā)電機的單機容量為2500～10000kW。

太陽能光伏發(fā)電陣列的選型。需要根據陸地終端、碼頭的建筑物結構尺寸，以確認太陽能電池板的安裝數量、固定情況，以滿足安全生產及正常發(fā)電的要求。1平方米的太陽能電池板功率約為140～150W，理論情況下，1平方米的太陽能電池板十個小時可產生1.4～1.5度電。太陽能的電池組件通過支架被集中安裝在屋頂上，經過串聯并聯后組成太陽能電池方陣，太陽能電池方陣吸收太陽光產生直流電，經過光伏逆變器轉化為可供使用的交流電。

原油發(fā)電機的選型。風能發(fā)電機、太陽能發(fā)電及電池儲能的波動以及能量不足的弱點，需增加原油發(fā)電機以提供超過風能、太陽能發(fā)電的負載的電力需求。原油發(fā)電機的單機容量5000～10000kVA；蓄電池的選型。蓄電池系統的容量不需要達到能應付最大負載的要求，雖然避免使用原油發(fā)電機，但該電池體系的成本太高。蓄電池的類型選擇鉛酸蓄電池較為經濟。

三、降低海上設施電力聯網的成本

海上電力聯網，就是將海上的風力發(fā)電機組、陸地終端或碼頭的太陽能電池板發(fā)電系統、以及海上的原油發(fā)電機組通過海底電纜、及相應等級的變壓器配電柜等設備聯結起來形成的一個較大型電力系統。聯網后的電力系統提供給海上設施的生產生活設備用電需求?？紤]海上設施電力系統聯網的拓撲結構也能降低總成本，如：以哪個平臺為電力系統的中心平臺，哪些平臺為電力系統的支線平臺，海纜電壓等級的選擇是根據海纜輸送電力的距離來確定的，海纜橫截面積的選擇是根據輸電容量來確定的，在選擇海纜的載流橫截面積時需考慮一定的預留余量，以便后續(xù)用電負載的增加而不至于再鋪設海纜，這些因素也將影響到電力系統聯網的成本。在評估多能源電力系統配置時，各部分的成本、包括其資本投入和運營費用都必須予以考慮。

四、提升海上電力系統組網后的監(jiān)測及控制技術

海上電力中心平臺變電站應按無人值守方式設計。在陸地的生產控制中心能實現海上變電站的遠程遙控功能，即遙測、遙信、遙控、遙調。隨著設備的更新換代、網絡及計算機技術、遠程控制及監(jiān)測技術的不斷發(fā)展，目前500kV 及以下電壓等級的變電站都已實現無人值守。無人值守的變電站管理模式下，變電站的監(jiān)控人員遠離變電站現場，只能看到信號，并根據需要對變電站的斷路器進行遙控操作；設備維護人員定期去現場進行設備巡視，分析設備異常，進行相應的判斷處理，為了加強對無人值守變電站設備出現異常后的判斷，需應用新的檢測手段，如紅外線熱成像、局部放電帶電監(jiān)測儀等監(jiān)測手段。

海上電力系統作為智能油田的一部分，電力系統也需使用智能油田的相關技術。海上平臺與陸地控制中心的網絡建設，考慮鋪設光纜、無線橋接等作為數據傳輸設備。分別針對有線、有線加無線、無線等不同傳輸方式進行數據接入、匯聚、上傳等網絡架構的研究和標準化。工控網傳輸自動化采集數據和控制信號，為保證網絡安全，在工控網的出口部署網閘，進行安全隔離；視頻監(jiān)控網傳輸現場視頻監(jiān)控信號；辦公網傳輸應用系統所需的各類油田辦公網內數據；實現了“一纜構建三網、三網協調運行”，既提升了傳輸能力，也有效保證了操控安全。海上電力系統的調度、監(jiān)控也需要使用計算機、網絡技術，來提升海上電力系統的監(jiān)測及控制技術。

綜上，在現代社會經濟已經時代快速發(fā)展的影響下，國內社會增加對風能、太陽能的應用，不僅能夠滿足海上設施的電力需求，同時還能夠推動綠色能源利用的比例，達到國家層面的“碳達峰、碳中和”的要求。