淺談塔河電網低碳化技術

肖峰

摘 要：文章針對塔河油田實際情況，提出塔河電網低碳化可行技術途徑并進行分析，主要分析已開發能源的高效利用、開發新能源及分布式能源系統。

關鍵詞：塔河油田；低碳化；已開發能源；分布式能源

1 電網低碳化技術綜述

目前主要的低碳電力技術包括：發電環節的清潔發電技術、煤氣化復循環發電（IGCC）和燃氣復循環發電（NGCC）等高效率發電技術、核能/水能/風能/太陽能/生物質能等低碳發電技術、碳捕獲與封存（CCS）[2]技術等；輸電環節的柔性交流輸電技術（FACTS）、超導輸電技術、配電自動化技術等；用電環節的智能用電交互技術等。其中CCS技術是當前電力工業最受關注的低碳技術之一[3]，該技術可分離并捕集排放源排氣中的CO2，同時利用管道或其他方式輸送到安全的地點封存，實現與大氣的長期隔絕。

低碳理念的引入，將給整個電力工業帶來廣泛而深刻的影響；尤其是在電力系統規劃和運行優化理論和方法的研究上，需要緊密結合電力工業的本質特征和低碳經濟的新特點，探討并解決在低碳經濟模式下所出現的新問題。

2 塔河電網低碳化技術

在電網整體架構中，發電環節本身有一定低碳減排的功能，可將資源進行轉化，但發電環節又是主要的碳排放途徑；輸變電環節的碳排放也不可小覷，電力設施多、分布廣是也是難題之一。由于油田電網的特殊性，油田電網面對低碳減排的挑戰，主要有兩個方面的工作。一是提高已開發能源的利用率，減少可利用資源的流失、以及降低目前電網架構內的碳排放；二是著力開發新能源，因地制宜發展分布式能源系統，提高能源利用率。

3 提高已開發能源的利用率

要提高已開發能源的利用率，主要任務是減少可利用資源的流失、以及降低目前電網架構內的碳排放。減少可利用資源流失的技術途徑有：（1）在塔河油田偏遠區塊建設小型發電站利用伴生氣資源進行發電；（2）開發主油區燃氣發電廠余熱利用項目。

降低目前電網架構內的碳排放技術途徑有：（1）減少SF6（六氟化硫）氣體排放及建立SF6氣體回收機制；（2）淘汰高耗能設備，推廣使用節能電力設備。

3.1 減少可利用資源流失的技術途徑分析

3.1.1 利用放空天然氣發電。油田偏遠區塊利用放空氣體中的天然氣進行發電，一方面減少了可利用能源的流失，另一方面為周邊區域提供了生產生活用電，這是油田低碳化可行技術的一個重要方面。利用放空天然氣發電主要考慮運營方式的經濟性，為此西北油田分公司引入BOT（建設-運營-轉讓）模式。實踐證明BOT是油田及服務商都可獲利，可實現雙贏的一種經濟性模式，有很好的推廣應用前景。

3.1.2 燃氣發電余熱利用。塔河油田發電一廠現有燃機規模為3×11MW，燃氣發電機組排出的高溫煙氣直接排入大氣中，大量熱能沒有得到充分利用。據運行數據顯示，燃機的平均運行功率為8.64MW，以此測算，燃機的熱效率還不到22%，還有70%以上的能源還可以利用。

余熱利用工程在發電一廠內新建余熱鍋爐回收高溫煙氣中的余熱，并通過新建管網系統和5座換熱站為附近5個片區的生產、生活供熱。投產后可優化一號聯合站7臺生產供熱的加熱爐；全面投運后還可優化該片區13臺生活供熱加熱爐，預計年節約天然氣1400萬方，年節能1.7萬噸標煤，經濟效益顯著、低碳減排效果顯著。

另一種余熱利用方式是燃氣-蒸汽聯合循環發電，該技術是目前世界上最先進的發電技術之一，在節能和環保方面極具優勢，而且燃氣-蒸汽聯合循環的主機之一余熱鍋爐技術已日趨完善，故被公認為是 21 世紀最有前途的發電技術之一。該技術能最大限度的利用余熱資源，但成本較高，油田所需發電規模不大，經濟效益有待考量。

3.2 降低電網碳排放技術途徑

3.2.1 減少SF6氣體排放。目前塔河電網110kV SF6設備共計112臺，110kVGIS成套設備2套。平均每年消耗1氣罐SF6，以每氣罐50kg計算，相當于年排放1195噸CO2氣體。

面對SF6氣體的挑戰，一方面塔河電網和西安電科院已展開合作，西安電科院研制生產滿足塔河電網運行及現場需求的126kV真空斷路器，塔河電網進行試運行，獲得成功后將進行大面積推廣。預計2015年能夠投入試運行。真空斷路器替換SF6斷路器，是解決SF6氣體泄露最根本的辦法。

另一方面，應建立有效的SF6氣體回收機制。SF6氣體回收后，經凈化處理還可繼續使用。在126kV真空斷路器未推廣普及之前，回收利用SF6氣體是最有效的低碳減排手段。

3.2.2 使用節能型電力設備。2013年6月9日，國家標準化管理委員會發布了GB20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》公告，并于2013年10月1日起實施，根據公告，三相配電變壓器標準比舊標器準增加了能效等級內容，提高了變壓器能效限定值。在針對10千伏三相油浸式配電變壓器的損耗要求中，將S11、S13、S15系列分別定義為相應的能效三級、二級和一級。與S9系列相比，S11系列油浸式變壓器空載損耗下降30%～40%；我國正在推廣的S13系列變壓器空載損耗下降50%～60%；而新型的非晶合金變壓器的空載損耗可降低60%～80%。

現塔河電網在網的10kV變壓器約2000臺，大部分為S11三級能效系列。在電力設備節能方面還有很大的發展空間。

4 開發新能源及分布式能源系統

新能源即非常規能源，指傳統能源之外的各種能源形式，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。目前在塔河油田能夠利用的是太陽能資源，其他新能源還有待發現與開發利用。而太陽能資源的利用技術也相對較為成熟。

要利用好塔河油田的太陽能資源，要綜合考慮相應生產、生活區塊多方面的資源需求，與傳統燃氣、燃油發電相結合，與生產工藝相結合建設分布式能源系統。

分布式能源[6]（Distributed Energy Sources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（植）聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用；采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統。由于分布式能源系統應用的靈活性，其能夠很好的解決油田生產、生活區塊不集中、分散性強以及各區塊資源需求不同，生產工藝不同等問題。

在塔河油田，已有太陽能利用與生產工藝相結合的成功案例。塔河油田在AT22井建成光熱光電一體化太陽能系統替代租用的天然氣發電機和加熱爐，新型原油加熱器傳熱效率比常規換熱器提高20%，清洗周期延長1倍。項目年減少天然氣消耗11萬方，年節能163噸標煤，低碳減排效果比較明顯。

5 結束語

文章通過低碳效益、經濟效益方面分析了塔河電網低碳化技術，主要從已開發資源提高利用率、開發新能源及分布式能源系統兩個方面分析了低碳化技術途徑。根據油田以及生產生活的需求，進行電力的低碳技術的發展，不僅能取得一定環保效益經濟效益，還能取得良好的經濟效益。

參考文獻

[1]魏一鳴，劉蘭翠，范英，等.中國能源報告（2008）：碳排放研究[R].北京：科學出版社，2008.

[2]Bert Metz，Ogunlade Davidson，等.IPCC特別報告二氧化碳捕貨與封存[J].政府間氣候變化專門委員會，2005.

[3]婁素華，盧斯煜，吳耀武，等.低碳電力系統規劃與運行優化研究綜述[J].電網技術，2013，37（6）：1484.

[4]丁然，蔡重慶，周天瑞，等.低碳電網的技術途徑分析與展望[J].電網技術，2011，35（10）：5.

[5]茅建華.非晶合金變壓器節能經濟效益分析[J].上海電力學院學報，2005，21（2）：178.

[6]張洪偉.分布式能源冷熱電聯產系統的熱經濟性研究[J].華中科技大學，2005，4.