大慶油田采油作業(yè)區(qū)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析

王潯韓翠蓮劉佳

（1.中國航空器材集團(tuán)能源管理有限責(zé)任公司；2.天津排放權(quán)交易所有限公司；3.遼源市西安橡塑制品廠）

大慶油田采油作業(yè)區(qū)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析

王潯1韓翠蓮2劉佳3

（1.中國航空器材集團(tuán)能源管理有限責(zé)任公司；2.天津排放權(quán)交易所有限公司；3.遼源市西安橡塑制品廠）

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是綠色新能源技術(shù)，文中對采油作業(yè)區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電的資源條件進(jìn)行分析，基于資源條件計(jì)算適合大慶地區(qū)的光伏發(fā)電裝機(jī)、發(fā)電量、碳減排量測算指標(biāo)，相應(yīng)指出影響發(fā)電效率的主要因素，并以讓胡路區(qū)為例，對光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行測算，最后提出了采油作業(yè)區(qū)內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)論和建議。

分布式 光伏發(fā)電 測算指標(biāo) 發(fā)電效率

1 光伏發(fā)電技術(shù)介紹

光伏發(fā)電技術(shù)是全球正在大規(guī)模推廣的綠色新能源技術(shù)，也是當(dāng)前國內(nèi)大力鼓勵應(yīng)用的技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)以光生伏打效應(yīng)為基本原理，通過光伏電池直接將太陽光的輻射能（主要集中在可見0.4～0.75 μm的光波段）轉(zhuǎn)化為直流電能，將直流電力匯集后，送入逆變器變?yōu)楣ゎl交流電，供給電網(wǎng)或者用電負(fù)荷。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為兩種形式，即集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電。前者指建設(shè)一個光伏電站，所發(fā)電力直接送入公共電網(wǎng)，相當(dāng)于一個獨(dú)立的發(fā)電項(xiàng)目。后者指在用戶附近建設(shè)光伏電站，所發(fā)電量以用戶自用為主，如電量全部被用戶消納，則稱為并網(wǎng)不上網(wǎng)模式；如有多余電量送入公共電網(wǎng)，則稱為自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式。

2 采油區(qū)光伏發(fā)電資源條件分析

實(shí)施光伏發(fā)電需要具備一定的資源條件，主要是日照資源、場地安裝和負(fù)荷消納三個因素。

大慶油田位于黑龍江省西部和松嫩平原北部，由薩爾圖、杏樹崗、喇嘛甸、朝陽溝等48個規(guī)模不等的油氣田組成，總面積約6000 km2，日照資源條件較好，屬于國家二類太陽能資源地區(qū)。以大慶市讓胡路區(qū)為例，地面水平面每年日均太陽能輻射量為14.6 MJ/m2，具備實(shí)施光伏發(fā)電的良好自然資源條件。

油田采油作業(yè)區(qū)主要在野外，以鹽堿地、沼澤地和草甸為主，無耕地和林地，無高大遮擋物，地勢較為平坦，總體而言具備良好的場地條件。在采油作業(yè)區(qū)域內(nèi)實(shí)施光伏發(fā)電項(xiàng)目不會與國家的耕地林地保護(hù)政策沖突，從資源配置上來看基本屬于荒地利用。同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要占地來自于光伏組件安裝的需求，而組件采用模塊化安裝，可以根據(jù)地形條件靈活組合，從而避開場內(nèi)道路、井架等，不影響既有生產(chǎn)設(shè)施工作。

更為重要的是，由于采油作業(yè)需要電力，目前采油作業(yè)區(qū)域內(nèi)已經(jīng)建成完善的供電網(wǎng)絡(luò)，包括10 kV和380 V等不同等級，為光伏發(fā)電提供了非常理想的電量消納條件，這是一個非常重要的優(yōu)勢。通常而言，對于野外區(qū)域?qū)嵤┕夥l(fā)電的最大障礙就是電量無法送出和消納。

根據(jù)上述資源條件分析，大慶油田采油作業(yè)區(qū)域適宜利用區(qū)域內(nèi)的空余地面，建設(shè)分布式并網(wǎng)型光伏發(fā)電項(xiàng)目為主，就近并入油田電網(wǎng)，電量可直接被采油作業(yè)設(shè)施就地吸納，如有多余電量則送入油田電網(wǎng)平衡吸納。

3 采油區(qū)光伏發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量指標(biāo)測算

為了便于分析和獲得原始數(shù)據(jù)，以下選定讓胡路區(qū)作為代表進(jìn)行分析，由于地理位置臨近和氣候條件的類似，其分析結(jié)論可以被大慶油田各采油作業(yè)區(qū)普遍采用和接受。

3.1 裝機(jī)容量指標(biāo)

一般情況下，光伏發(fā)電裝機(jī)容量指標(biāo)可按照“kWp/m2”地面來估算。在不同地域，由于緯度和日照條件不同，水平面每平米的適宜裝機(jī)容量指標(biāo)是不同的。一般而言，為保證最佳發(fā)電效率，在北半球組件方位角基本都首選正南，而傾角（組件平面與地平面的夾角）則與緯度相關(guān)，緯度越低最佳傾角越小，且最佳傾角基本在緯度數(shù)附近，讓胡路地區(qū)的最佳傾角為48°左右。水平面每平米能夠安裝多少組件，一是與最佳傾角相關(guān)，二是與前后排組件之間的間距相關(guān)，最小間距確定原則是冬至日早上9時（真太陽時）到下午3時（真太陽時）之間后排組件不會被前排遮住。

讓胡路區(qū)位于北緯46.7°，東經(jīng)124.9°，平均海拔134 m。根據(jù)計(jì)算，在冬至日早上9時（真太陽時）和下午3時（真太陽時），太陽高度角為8.89°，為保證期間后排組件不會被前排組件擋住，根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算可知，間距（L）與（H）之間關(guān)系應(yīng)該滿足L∶H=4.5。

圖1 間距測算示意圖

進(jìn)一步考慮到最佳傾角d為48°，則（S+L）∶K=4，相當(dāng)于1塊長度（K）為1 m、寬度1 m的光伏組件，等效占地面積為4 m2。當(dāng)前光伏組件的功率密度水平基本上在150 Wp/m2左右，因此按照水平地面測算，在最佳傾角方式下，讓胡路地區(qū)每平方米水平地面的裝機(jī)容量指標(biāo)為：“37.23 Wp/m2地面”。

因此，如在讓胡路地區(qū)按照最佳傾角方式安裝1000 kWp光伏電站，所需水平地面面積為26 860 m2。

3.2 發(fā)電量及碳減排量指標(biāo)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量與太陽能資源、裝機(jī)容量、組件方位角和傾角、組件轉(zhuǎn)化效率（即電池光電轉(zhuǎn)化率）、系統(tǒng)效率等相關(guān)。表1是讓胡路區(qū)太陽能資源逐月分布情況。

當(dāng)前國內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)80%以上采用多晶硅組件，主流多晶硅光伏組件產(chǎn)品的效率普遍為15%，因此，一般測算時均采用15%作為組件效率數(shù)據(jù)。

表1 讓胡路地區(qū)太陽能資源逐月分布

如上所述，選擇組件方位角為正南，傾角為48°。

系統(tǒng)效率是組件效率和電氣效率的乘積，具體影響因素和取值參考見表2。

表2 系統(tǒng)效率因素及取值范圍

通常根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)效率估算取值范圍為75%～80%。

以讓胡路地區(qū)1000 kWp裝機(jī)容量并網(wǎng)光伏電站為例，組件方位角為正南，最佳傾角為48°，前后排間距滿足無遮擋要求，組件效率取值15%，系統(tǒng)效率取值75%，組件轉(zhuǎn)化率衰減率取值0.7%/a，通過RET SCREEN4軟件輔助測算，20 a內(nèi)逐年上網(wǎng)電量見表3。

表3 上網(wǎng)電量測算表

由于發(fā)電量逐年的衰減，是個變量，因此為了簡化，可以取20 a內(nèi)年均發(fā)電量1314 MWh作為發(fā)電量指標(biāo)。也就是說，讓胡路地區(qū)每1000 kWp裝機(jī)容量，占地面積為26 860 m2，平均每年發(fā)電量為1314 MWh。考慮東北電網(wǎng)最新的二氧化碳排放因子為0.862，相應(yīng)減少二氧化碳排放約1132 t/a。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，折算到單位裝機(jī)的每年發(fā)電量測算指標(biāo)為“1314 kWh/kWp”，年碳減排指標(biāo)（以CO2計(jì)）為：“1132 kg/kWp”；折算到單位水平地面的每年發(fā)電量測算指標(biāo)為：“48.9 kWh/m2地面”，年碳減排指標(biāo)（以CO2計(jì)）為：“42.1 kg/m2地面”。

考慮到大慶地區(qū)冬季降雪較多，為了降低積雪對組件的覆蓋，對于地域相對較遠(yuǎn)、維護(hù)難度大的項(xiàng)目，可以考慮將組件傾角增大，從最佳角度48°增加到70°甚至80°。傾角在70°時，發(fā)電量比最佳傾角下降5%左右，而80°時，發(fā)電量下降10%左右。

4 經(jīng)濟(jì)測算

光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分主要包括電池組件、支架、逆變器、匯流箱、電纜、配電設(shè)備等，在當(dāng)前市場價格水平下，項(xiàng)目完工造價水平為8～9元/ Wp，取中間值8.5元/Wp，則1000 kWp裝機(jī)容量光伏電站總投資為850×104元。

當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)可以做到無人值守，實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，定時巡視即可。電池組件設(shè)計(jì)壽命為25年，逆變器一般為10 a左右。光伏系統(tǒng)全部為靜止部件，不易損壞，除了定期清洗組件表面灰塵之外基本無維護(hù)任務(wù)，大慶當(dāng)?shù)乜諝鉂崈舳容^高，加上雨雪沖刷的自潔作用，因此維護(hù)費(fèi)用非常低，考慮到一些設(shè)備可能的損壞以及人工清潔費(fèi)用，簡化起見按照發(fā)電收入3%～5%測算。

考慮到所發(fā)電量送入當(dāng)?shù)赜吞镫娋W(wǎng)，光伏發(fā)電電價可按照油田電網(wǎng)電價0.6元/kWh測算。此外，根據(jù)當(dāng)前國家政策，中央財(cái)政將按照發(fā)電量給予0.42元/kWh的補(bǔ)貼，期限20 a。將補(bǔ)貼納入考慮范圍，則光伏發(fā)電價格為1.02元/kWh。主要財(cái)務(wù)指標(biāo)測算見表4。

表4 財(cái)務(wù)參數(shù)

從以上財(cái)務(wù)分析可以看出，在讓胡路地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性較好，靜態(tài)投資回收期在6.4 a左右。即便不考慮中央財(cái)政0.42元/kWh的補(bǔ)貼，靜態(tài)投資回收期在11 a左右。實(shí)際電力價格總的趨勢是逐年上漲，未來實(shí)際投資回收期會進(jìn)一步縮短。需要特別指出的是，光伏發(fā)電時段集中在白天，基本覆蓋電力負(fù)荷的高峰時段，如果在實(shí)施峰谷電價的情況下，光伏發(fā)電的實(shí)際電價將更高。

5 總結(jié)

1）大慶油田采油作業(yè)區(qū)內(nèi)具有光照資源好、宜建土地多、電量可就地消納的優(yōu)勢，適宜利用野外空地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，且宜圍繞作業(yè)區(qū)內(nèi)用電設(shè)備分布情況優(yōu)先考慮建設(shè)并網(wǎng)型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，盡量實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用。

2）光伏發(fā)電屬于綠色能源技術(shù)，在當(dāng)前的政策條件和電價水平下，光伏發(fā)電項(xiàng)目能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益，值得大力推廣，在推廣過程中盡量申請中央財(cái)政資金補(bǔ)貼。

3）由于自然資源條件相似，大慶讓胡路地區(qū)的裝機(jī)、發(fā)電量、碳減排量測算指標(biāo)可以被大慶油田其他采油作業(yè)區(qū)域直接使用，用來快速、相對準(zhǔn)確地估算相關(guān)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程參數(shù)。

國家將出臺油氣管網(wǎng)監(jiān)管辦法

國家能源局2月13日下發(fā)的《2014年市場監(jiān)管工作要點(diǎn)》明確提出，2014年將研究出臺《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法》，促進(jìn)油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放，重點(diǎn)對油氣管網(wǎng)設(shè)施輸送（儲存）能力及效率等情況實(shí)施監(jiān)管。

中國石化華北石油分公司大牛地氣田天然氣外輸管網(wǎng)

胡慶明攝影報(bào)道

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.003.011

2014-02-20）

王潯，工程師，2005年畢業(yè)于東南大學(xué)電氣工程系，現(xiàn)主要從事分布式能源、節(jié)能和減排方面工作和研究，E-mail：mangxuncasc.com.cn，地址：北京市順義區(qū)空港工業(yè)區(qū)A區(qū)天緯四街3號能源公司，101312。