Y油田抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電技術(shù)可行性研究與應(yīng)用

董衛(wèi)東（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

2021年，集團(tuán)公司提出“清潔替代、戰(zhàn)略接替、綠色轉(zhuǎn)型”三步走的總體部署[1]，大慶油田制定了綠色低碳可持續(xù)發(fā)展建設(shè)方案，助力油田綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展[2]。Y油田位于大慶長垣中部、長垣構(gòu)造北部，所在地屬寒溫帶大陸干旱草原性氣候，受蒙古內(nèi)陸空氣和海洋暖流季風(fēng)影響較大，冬季漫長而寒冷干燥，夏季短暫而溫濕多雨，年累計(jì)日照2 604 h，年太陽能總輻射量1 482 kWh/m2，具備一定的太陽利用條件。據(jù)調(diào)查，2021年機(jī)采系統(tǒng)耗電占Y油田總耗電比重的35%，為降低生產(chǎn)能耗，同時提高油田綠能比重，Y油田結(jié)合自身開發(fā)特點(diǎn)，開展抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)，研究利用光伏發(fā)電技術(shù)替代一部分機(jī)采井耗電，實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的清潔能源替代，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。

1 抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電技術(shù)原理

目前，油田在清潔能源替代方面采取風(fēng)光互補(bǔ)的策略[3]，利用風(fēng)能和光能晝夜的不同發(fā)電特性，實(shí)現(xiàn)清潔能源的平穩(wěn)供應(yīng)。光能可以作為風(fēng)能的有利補(bǔ)充，主要采取集中式光伏發(fā)電技術(shù)和分布式光伏發(fā)電技術(shù)。集中光伏發(fā)電技術(shù)[4]主要采取集中建設(shè)，將電能補(bǔ)充到35 kV/6 kV變電所的6 kV母線上，實(shí)現(xiàn)電能在接入變電所的統(tǒng)一消納，具有管理維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。而分布式光伏發(fā)電技術(shù)采取臨近用電負(fù)載建設(shè)，將電能補(bǔ)充到6 kV/0.4 kV變壓器的0.4 kV側(cè)，實(shí)現(xiàn)電能在負(fù)載側(cè)的統(tǒng)一消納，具有占地面積小，應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。尤其可以實(shí)現(xiàn)對局屬已征用地的使用，降低征地成本。對于難以實(shí)現(xiàn)土地征用或者油田已建設(shè)施密集無法實(shí)現(xiàn)集中光伏建設(shè)的供電區(qū)域，分布式光伏發(fā)電技術(shù)可以做為清潔能源替代的有效補(bǔ)充。

光伏發(fā)電技術(shù)主要是利用光生伏特效應(yīng)[5]。在抽油機(jī)井場空地安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽輻射能中的光子激發(fā)光伏電池組件中的半導(dǎo)體物質(zhì)中的電子，在電場的作用下產(chǎn)生了連續(xù)的電流，從而實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)利用太陽能直拖機(jī)采井生產(chǎn)運(yùn)行。

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)原理

當(dāng)光子照射到金屬上時，能量被金屬中硅電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，便能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。在純硅中摻入有5個外層電子磷原子，成為N型半導(dǎo)體；在純硅中摻入有3個外層電子的硼原子，形成P型半導(dǎo)體，當(dāng)太陽光照射半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在P-N結(jié)內(nèi)建電場的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，接通電路后形成電流，實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能[6]。光伏發(fā)電技術(shù)原理見圖1。

眼下衢州城滿是殺氣，城墻、街頭堆滿了沙袋掩體。半個月前，衢州就成了一座空城，但說空城也不對，城里人倒是不少，盡是些來來去去的官兵，來來去去的車炮。整天都是軍號聲，起床號、吃飯?zhí)枴⑺X號，就是沒有公雞司鳴，走狗吠叫，行販叫賣。

1.2 光伏發(fā)電直拖機(jī)采井技術(shù)原理

1）應(yīng)用效果分析。從發(fā)電時長來看，光伏發(fā)電站實(shí)際日發(fā)電時長主要取決于日出、日落時間，以3月22日光伏發(fā)電情況來看，光伏發(fā)電站每日運(yùn)轉(zhuǎn)時間為7:00—18:00，實(shí)際發(fā)電時間12 h，其中，中午12:00發(fā)電功率最大，可達(dá)到48 kW，早晨7:00及傍晚18:00發(fā)電功率最小，最低 發(fā)電功率3 kW。

2 抽油機(jī)井場分布式光伏電技術(shù)應(yīng)用效果

2.1 建設(shè)規(guī)模

其實(shí)，每個人的生活都是一個樣子，要么一地蔥皮，要么一堆雞毛蒜皮。如果一個家庭的生活不落到吃飯這種實(shí)實(shí)在在的行動上，它是不會幸福的。

從負(fù)載消耗來看，光伏發(fā)電站每天有10 h的發(fā)電量滿足機(jī)采井用電需求，能源利用率占比機(jī)采井全天用電量的45%，發(fā)電高峰期的富余電量由低壓電網(wǎng)傳輸至6 kW線路供電網(wǎng)其他負(fù)載使用。24 h光伏發(fā)電功率與機(jī)采井消耗功率對比見圖3。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

Y油田抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電試驗(yàn)站于2022年3月21日投產(chǎn)，利用監(jiān)控軟件實(shí)時記錄兩口機(jī)采井耗電量與光伏發(fā)電裝置發(fā)電量，效果如下：

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池組件（光伏板）、支架、逆變器、交流配電箱及供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置等組成。光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)變成800 V直流電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為380 V交流電，從而實(shí)現(xiàn)為機(jī)采井供電，多余或不足的電能通過電網(wǎng)調(diào)節(jié)。此外，配電箱內(nèi)設(shè)置斷路器等低壓保護(hù)設(shè)備，可隨時切斷光伏組件與電網(wǎng)連接[7]。光伏發(fā)電直拖機(jī)采井技術(shù)原理見圖2。

總之，認(rèn)知心理學(xué)把人的認(rèn)識看作是一種信息加工，這種加工是通過一系列變換完成的，可以看作是一種廣義的計(jì)算。信息和計(jì)算之間存在著密切的關(guān)系，計(jì)算和表征及其問題可以從信息的角度給出描述或者解決方案。

為推進(jìn)落實(shí)集團(tuán)公司清潔替代戰(zhàn)略部署[8]，Y油田于2022年開展抽油機(jī)井場分布式光伏電技術(shù)先導(dǎo)性探索試驗(yàn)，選取兩口裝機(jī)功率37 kW的8型抽油機(jī)建立光伏電站試驗(yàn)站。該試驗(yàn)站采用橇裝式結(jié)構(gòu)，共建設(shè)撬裝發(fā)電單元6座，每座由16塊光伏發(fā)電組件構(gòu)成，串聯(lián)接入至1臺40 kW逆變器內(nèi)；光伏組件采用42°傾角布置，每塊光伏組件功率為540 W，總裝機(jī)功率51.8 kW，設(shè)計(jì)日發(fā)電量200 kWh，年發(fā)電量7.3×104kWh。

2）經(jīng)濟(jì)效益分析。光伏發(fā)電站裝機(jī)容量51.84 kW，工程投資約44.064萬元，發(fā)電站設(shè)計(jì)使用壽命25 a，根據(jù)目前市場價格水平，光伏發(fā)電站單位投資為8 500元/kW。

3）節(jié)能減排效益分析。按照《綜合能耗計(jì)算通則》[9]，用電折標(biāo)煤系數(shù)1.229 tce/104kWh；節(jié)電折標(biāo)煤系 數(shù)為3.3 tce/104kWh；Y油 田生產(chǎn)電 價0.637元/kWh；以燃煤電廠為比較基準(zhǔn)，火力發(fā)電站每發(fā)1×104kWh減排二氧化碳量為9 t。

統(tǒng)計(jì)投產(chǎn)以來技術(shù)運(yùn)行情況，兩口機(jī)采井平均日耗電量285.6 kWh，光伏裝置平均日發(fā)電量263.9 kWh，基本實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自用”。從運(yùn)行效果來看，預(yù)計(jì)年發(fā)電8.26×104kWh，25 a累計(jì)收益131萬元，投資回收期8.4 a。光伏發(fā)電量與機(jī)采井消耗電量統(tǒng)計(jì)見圖4。

漢字簡化后，親不見，愛無心，產(chǎn)不生，厰空空，麵無麥，運(yùn)無車，導(dǎo)無道，兒無首，飛單翼，湧無力，有雲(yún)無雨，開関無門，鄉(xiāng)里無郎，聖不能聽也不能說，買成鉤刀下有人頭，輪成人下有匕首，進(jìn)不是越來越佳而往井里走，可魔仍是魔。

按照上述依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，Y油田抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電試驗(yàn)站年可節(jié)標(biāo)煤33 t(標(biāo)煤)，節(jié)約運(yùn)行成本6.37萬元，減少二氧化碳排放90 t，具有良好的節(jié)能減排效益。

3 結(jié)論及技術(shù)展望

結(jié)合Y油田抽油機(jī)井場分布式光伏發(fā)電試驗(yàn)站運(yùn)行效果，光伏發(fā)電技術(shù)成熟可靠，可以有效替代電網(wǎng)為油田機(jī)采井供電，同時可實(shí)現(xiàn)將多余發(fā)電量并入油田電網(wǎng)供其他負(fù)載使用；光伏發(fā)電站具體發(fā)電時長主要取決于日出、日落時間，Y油田光伏發(fā)電試驗(yàn)站基本可以實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自用，多余并網(wǎng)；光伏發(fā)電技術(shù)可以有效利用清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源，對于油田綠色低碳轉(zhuǎn)型具備深遠(yuǎn)的意義[10]。

Y油田含油面積197.9 km2，共建設(shè)油井9 446口，可滿足光伏發(fā)電建設(shè)的局屬地25.8 km2，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的機(jī)采井共1 231口。按照目前效果計(jì)算，單井年發(fā)電5×104kWh，年發(fā)電6155×104kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益3 921萬元。