光伏發電在大慶外圍油田閥組間應用的技術探討

游琳琳（中國石油集團電能有限公司電力工程設計院）

隨著油田開發的不斷深入，配套地面建設規模、系統能力均大幅上升，耗能設備不斷增多，能耗總量不斷上升，能耗控制難度將進一步加大。由于外圍油田閥組間地處偏遠，分布范圍較廣，因此，部分閥組間存在著用電負荷低、建設成本高、偷盜電現象嚴重等問題。應用光伏發電技術不僅能夠實現就近供電，不必長距離輸送，而且節省了架設供電線路以及占用土地的費用，有效避免了線路上的電損耗，解決生產運行中存在的困難。

1　運行現狀及存在問題

1）用電負荷低，供電系統建設成本高。以7環式閥組間為例，閥組間內用電負荷含40 W熒光燈1套，80 W熒光燈2套，70 W防爆燈3套，摻水流量控制裝置7套，日均用電負荷1.5 kW左右。而閥組間供電系統需依托已建供電線路，按照閥組間柱上變電站與已建供電線路距離250 m計算，建成一套完整的供電系統需要投資6.3萬元。

2）供電系統損耗大。雖然閥組間用電負荷小，但其供電過程中必定會產生一定的損耗。損耗主要分為兩種：線路損耗，線損是由于電流流經有電阻的導線，而造成有功功率的損耗；變壓器損耗，變壓器損耗又分為空載損耗和負載損耗[1]。由于閥組間用電負荷過小，其線路損耗和變壓器負載損耗忽略不計。以S11-M-30 KVA型變壓器為例，JB/T 3837—2010中規定，該型號變壓器空載損耗為0.1 kW，因此，單臺變壓器年損耗電能730 kWh。

3）雷雨天氣變壓器損壞現象時有發生。由于架空供電線路地處曠野，因此受雷雨天氣影響較大。在架空供電線路附近大地發生雷擊時，雷云對地面物體放電過程中，雷云電荷和地面的異種電荷相互中和，放電通道周圍的空間電磁場發生急劇變化，引起周圍磁場突變，導致線路上感應出高電壓[2]。而一旦電壓超過了線路雷電過電壓的絕緣要求時，就會導致變壓器燒毀。

4）偷盜電現象嚴重。部分閥組間距離村屯較近，偷電、盜電現象較為嚴重，一旦用電負荷過高或者接線不良發生短路時，都會造成變壓器損壞。維修更換變壓器不僅費用高，而且停電后摻水流量控制裝置不能正常工作，一旦發現不及時極容易造成堵環。同時員工白天日常工作及夜間巡回檢查十分不便，浪費大量的人力物力，使企業蒙受巨大的經濟損失。

2　光伏發電技術優勢

技術原理：光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術[3]。而光生伏特效應就是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置[4]。光伏發電系統主要由太陽電池板、逆變器、蓄電池和控制器四大部分組成。

光伏發電技術在偏遠閥組間應用主要有以下幾點優勢：

1）大慶地區光照充足。大慶油田位于我省西部和松嫩平原北部，日照資源豐富（圖1）。大慶地區年日照時長在2500～3000 h范圍內，屬于國家二類太陽能資源地區，且多以耕地和草地為主，高大遮擋物較少，地勢平坦，具有良好的光伏發電建設優勢。

圖1　全國日照時長分布

2）安裝簡單靈活，建設周期短。光伏組件構造簡略，體積小，質量輕，便于運輸和裝置；同時可以根據負荷的增減，任意增加或減少太陽能方陣容量，極易組合、擴容，避免了資源浪費。光伏發電還可以便利地利用建筑物，不需要單獨占地，可節省征地費用，且系統建設周期短[5]。

3）運行維護成本低。光伏發電無機械傳動部件，維護簡單，運轉可靠，可實現無人值守，維護成本低。晶體硅太陽能組件運行壽命能夠達到25～30年。只要設計合理、使用得當，蓄電池的壽命也可長達5～10年。

4）節能環保。應用光伏發電技術（圖2）不僅能夠實現就近供電、避免線路損耗、節省架設供電線路以及占用土地的費用，而且屬于一次性投資，除維修維護費用以外，閥組間后期生產運行不會再發生電費。同時，使用光伏發電技術不會產生任何廢棄物，沒有污染和噪聲等公害，對環境無不良影響。

圖2　閥組間安裝光伏發電系統示意圖

3　經濟分析

以7環式閥組間為例，對比傳統供電方式和光伏發電系統。

3.1　傳統供電方式

建設成本包括新建柱上變電站1座，S11型變壓器1臺，錐形水泥電桿2根，高壓跌落式熔斷器3套，戶外電熱饋電箱1面等，以及電纜250 m，加上安裝費、征地費等共計6.3萬元。

運行維護費用主要包括：①年生產過程中實際發生的電費為336元；②年生產過程中變壓器損耗的電費為467元；③按每5年更換一次變壓器計算，需維修費10 000元。

傳統供電方式5年內建設及運行維護費用共計7.7萬元。

3.2　光伏發電系統

7套摻水流量自動控制裝置每天累計工作1 h；1套80 W熒光燈每天累計工作4 h；3套70 W防爆燈每天累計工作2 h，日耗電量共計1440 kWh。

單塊太陽能電池板最大功率為300 W，按照有效日照時間4 h，電能轉換率17%計算，需要太陽能電池板7塊。如遭遇雨季連續陰雨天氣，按5天內無有效日照配備蓄電池，12 V/200AH型蓄電池4塊。此外，還需要8塊太陽能電池板為4塊蓄電池充電。建設成本共計約4萬元，同時每5年需更換一次蓄電池，投資約0.8萬元。因此，光伏發電系統5年內建設及運行維護費用共計4.8萬元（表1）。

表1　傳統供電方式和光伏發電系統運行5年費用對比

由表1可知，光伏發電系統比傳統供電方式前期建設可節約資金2.3萬元，后期運行維護可節省費用0.6萬元。

4　結論及認識

1）光伏發電系統供電為低壓直流電，不存在較高的危險性和操作難度，安全性得到保障。

2）偏遠閥組間應用光伏發電技術后，可就近供電，避免損耗，同時可防止偷盜電現象。

3）光伏發電系統在使用過程中無排放、無噪聲、無污染、無輻射，太陽能是當之無愧的清潔能源[6]。

4）光伏發電系統與傳統供電方式相比，在前期建設投入和后期運行維護中均比傳統供電方式更經濟。

參考文獻：

[1]韓能霞.非晶合金鐵心變壓器的特點分析[J].電工電氣，2008（9）：50-52.

[2]張井泉.一起變壓器雷擊事故分析[J].變壓器，2009，46（2）：54-55.

[3]李永勝，陳雪.淺談光伏發電及產業格局[J].中國科技博覽，2011（29）：244.

[4]張君.光伏發電有望實現平價上網[J].能源與節能，2011（8）：96.

[5]謝玉章.太陽能光伏發電技術及應用[J].科技與企業，2014（11）：176.

[6]謝雨.太陽能發電真的環保嗎[J].南國博覽，2015（1）：58.