開縣作業(yè)區(qū)太陽能系統(tǒng)運行效果分析

趙飛 廖浩然(西南油氣田公司重慶氣礦開縣采輸氣作業(yè)區(qū),重慶市 405400)

祝南(西南油田公司采氣技能培訓基地,重慶市 408300)

1 概述

當能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，從而尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力，各國政府已將太陽能資源的利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。如今，太陽能資源的利用已被各國政府作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

2 太陽能系統(tǒng)建設(shè)情況

2.1 太陽能系統(tǒng)簡介

太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導體物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為電能的一種裝置。太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池(組)組成。控制器的輸

出為直流電，如輸出需110V或220V交流電，則還需要配置逆變器。

2.2 作業(yè)區(qū)太陽能建設(shè)現(xiàn)狀

開縣作業(yè)區(qū)有各類生產(chǎn)井67口，部分新建井站都分布在偏遠山坳里，若采用市電供電，就需要重新架設(shè)線路并且安裝相應(yīng)供電設(shè)備，必然投入大量的建設(shè)資金。加之這類單井用電設(shè)備較少，用電負荷較小，如果采用市電供電，一方面會影響變壓器的壽命，另一方面增加了檢維修成本。因此對這類井站可以考慮采用太陽能系統(tǒng)供電。

2010年以來，開縣作業(yè)區(qū)建設(shè)投運的太陽能井站共4口，分別是天東007-X3井、天東007-X4井、門西005-H1井、天東017-H4井。生產(chǎn)信息化項目建成投運后，還將新增天東22井、天東98井、天東99井等6口太陽能井站。主要應(yīng)用于站場計量儀表系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、井口安全系統(tǒng)等設(shè)備的供電，保證站場各數(shù)據(jù)和圖像能夠準確、及時傳達到作業(yè)區(qū)控制中心，同時也保證了作業(yè)區(qū)、中心站對該站場的實時監(jiān)視及控制。

3 太陽能系統(tǒng)應(yīng)用部分效果分析

3.1 生產(chǎn)管理技術(shù)效果

3.1.1 借助太陽能系統(tǒng)使作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)和視頻采集率得以全覆蓋

圖1 開縣作業(yè)區(qū)供電示意圖（部分）

開縣作業(yè)區(qū)井站大部分采用變壓器供電，以圖1為例。南雅站輸送市電到天東7井，同時為天東007-X1井輸電。天東7井附近的天東007-X2井、天東007-X3井及天東007-X4井沒有采用市電，因為這三個站場沒有值班室，井站用電僅為變送器、攝像頭等小負荷設(shè)備。為了保證作業(yè)區(qū)能實時的對這三個井站的數(shù)據(jù)等信息進行監(jiān)控，其中天東007-X3井和天東007-X4井已采用太陽能系統(tǒng)供電。天東007-X2井太陽能安裝將在此次信息化工程得到完善，進一步使作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)和視頻采集系統(tǒng)得以全面覆蓋。

3.1.2 借助太陽能系統(tǒng)有人變無人，實現(xiàn)中心站管理

圖2 太陽能無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

太陽能系統(tǒng)的建立，如上圖2，井站采用GPRS無線通訊，可監(jiān)測包括氣壓、溫度、有害氣體含量等各類數(shù)據(jù)并上傳，使數(shù)據(jù)采集由以往的人工現(xiàn)場讀取轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軅鬏敚行恼局蛋嗳藛T即可遠程監(jiān)控，這部分井站員工便可收編到中心站，實現(xiàn)井站的無人化管理。

3.1.3 雷雨季節(jié)，作業(yè)區(qū)供電現(xiàn)狀，頻繁停電，太陽能不受其影響

圖3 開縣作業(yè)區(qū)供電示意圖

開縣作業(yè)區(qū)的井站大多處于雷雨頻發(fā)地區(qū)，供電易受雷電影響而導致供電頻繁中斷，由圖3可以看出，所有井站的供電來自鐵橋變電站，并由東站、西站和南雅站為各個井站配電，并且各個井站由同一條母線供電，因此供電網(wǎng)絡(luò)的任意一個環(huán)節(jié)遭受雷擊后停電，都可能導致其他井站的供電中斷，影響正常生產(chǎn)及監(jiān)控。而太陽能作為獨立的供電系統(tǒng)，即便因雷擊出現(xiàn)故障，也不會影響到其他井站。

3.2 經(jīng)濟效益

3.2.1 與自建電纜相比，太陽能系統(tǒng)采用天然無限的太陽熱能，沒有能源的消耗。

開縣作業(yè)區(qū)天東021-4井和天東007-X2井地理位置相近，其中天東021-4井采用市電，天東007-X2井為此次信息化建設(shè)中新增太陽能系統(tǒng)井站，下面以這兩個井站為例作分析。

表1 各井站材料價格表

從表1中數(shù)據(jù)分析，在不計算人工建設(shè)費用的前提下，天東021-4井前期投入成本費用約為3.5萬元，天東007-X2井太陽能系統(tǒng)在此次信息化建設(shè)中概算單價為5.5萬元。前期成本方面太陽能系統(tǒng)較高。

表2 天東021-4井2014年并網(wǎng)用電結(jié)算表

由表2分析可得，并網(wǎng)用電的天東021-4井每年將消耗電量9604kW，費用為5762元。而太陽能井站供電來自無限的太陽熱能，不會消耗能源。

3.3 結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、使用壽命長，省去了大部分建設(shè)費用和維護費用

由前文分析，每到雷雨季節(jié)，供電設(shè)備易受雷擊，供電網(wǎng)絡(luò)的任意一個環(huán)節(jié)遭受雷擊斷電，都可能影響其他井站供電，經(jīng)過查詢作業(yè)區(qū)資料，天東021-4井平均每年遭受雷擊或其他原因斷電5次，一次維護成本包括車輛油耗、人員出差費用約500元。并且天東021-4井一年用電由表2可得為5762元。

在非人為損壞或不可抗力災(zāi)難性損壞的情況下，一套太陽能系統(tǒng)使用壽命約為30年，按照規(guī)定太陽能蓄電池每3年更換一次，更換電池成本約為5000元。

表3 各井站費用分析

由表3分析得，3年以后太陽能井站開始為作業(yè)區(qū)節(jié)省成本。由于太陽能井站在有太陽的時候可直接供，并可對蓄電池充電，陰雨天氣由蓄電池供電，因此可保證穩(wěn)定運行，維護費用也可節(jié)省一大部分。

4 存在問題

4.1 太陽能系統(tǒng)大多采取無線傳輸，數(shù)據(jù)視頻采集周期較長，更新較慢

無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器群、數(shù)據(jù)采集終端和集中控制中心三個部分構(gòu)成，設(shè)備抗干擾較弱，傳輸信號的能力較差，所以太陽能井站數(shù)據(jù)的采集和傳輸時間間隔長，不能及時監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)變化趨勢，尤其當數(shù)據(jù)發(fā)生異常突變，不能及時準確反映異常情況，給氣井的動態(tài)分析帶來誤差，因此采集周期會增長，站場的視頻數(shù)據(jù)更新也比較慢。

4.2 太陽能系統(tǒng)大多建設(shè)在偏遠山區(qū)，運營商信號微弱，易受天氣影響，影響傳輸

太陽能井站采用無線通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，但是無線通訊屬于電子通訊范疇，雷電對于電子設(shè)備有著強大的摧毀力，無線通訊由于天線架設(shè)位置比較高，即便擊中避雷針，強大的電流會在瞬間流入地下，在無線設(shè)備上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，基帶電纜也會受到一些影響。另外由于安裝無線通訊設(shè)備的井站均在偏遠山區(qū)，通信基站較少，所以通訊信號會較差。

5 結(jié)語

太陽能系統(tǒng)優(yōu)點如下，使用成效顯著，能給作業(yè)區(qū)帶來較大經(jīng)濟效益，可大力推廣：

5.1 經(jīng)過分析，太陽能井站在開縣作業(yè)區(qū)井站較為偏遠的情況下，不會因為斷電的情況，而浪費人力、物力去維護；

5.2 取用方便，隨處可得，就近供電，無需長距離運輸，避免電能損失造成能源浪費的情況下，也為作業(yè)區(qū)節(jié)省了一大筆開支；

5.3 太陽能發(fā)電的過程沒有機械運作部件，不存在磨損，大大降低了作業(yè)區(qū)的維護、車輛以及人工成本。