太陽能照明在油田地面工程中的應(yīng)用分析

李鳳龍，張 錄，羅 勇，張君臣

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東 青島 266300

0 引言

太陽能作為新型清潔能源，因干凈、清潔、無污染的獨(dú)特優(yōu)勢逐漸被引入現(xiàn)代城市建設(shè)中，其中太陽能路燈就是綠色環(huán)保照明技術(shù)的一個(gè)顯著表現(xiàn)。城市道路的夜晚離不開對(duì)路燈的需求，路燈在增加城市風(fēng)采的同時(shí)，也為居民的生活帶來了更多的便捷[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)化的快速發(fā)展，很多城市對(duì)道路建設(shè)的要求也相應(yīng)提高。但是城市路燈每天的耗電量非常大，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，全國使用路燈照明的耗電量可以達(dá)到所有用電項(xiàng)目的4%～5%，很多水電站難以負(fù)荷如此大的用電量。加上不斷出現(xiàn)的能源危機(jī)，世界各地都希望能夠找到適合代替有限能源消耗的有效方法，太陽能就是這樣一種能源。太陽能是世界上最普遍且不會(huì)輕易衰竭的能源，不僅環(huán)保，而且無污染，因而得到廣泛重視和使用。

伴隨經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，太陽能產(chǎn)品越來越多，如常見的太陽能熱水器、太陽能交通指示牌等，而且這些產(chǎn)品種類繁多、功能齊全。與常規(guī)能源相比，太陽能的發(fā)展前景十分廣闊。太陽能能源與汽油、煤油等能源相比有著顯著的區(qū)別，太陽能不會(huì)枯竭，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何的污染，而且從經(jīng)濟(jì)角度看，太陽能的使用費(fèi)用并不是很高，因此更契合綠色健康發(fā)展理念的要求[2]。在諸多因素的影響下，世界各地對(duì)于太陽能的利用程度越發(fā)重視，在不久的將來，太陽能綠色健康照明技術(shù)或?qū)⒂瓉砀尤娴膭?chuàng)新改革與發(fā)展[3]。

1 太陽能照明技術(shù)的組成及使用

太陽能照明系統(tǒng)大致由太陽能照明、發(fā)電、儲(chǔ)能三個(gè)重要部分組成，由太陽能電池組件、控制器、光源、蓄電池組等部分構(gòu)成。在光照充分的天氣條件下，電池方陣對(duì)蓄電池充電并且進(jìn)行發(fā)電，給照明系統(tǒng)提供電力。但是在持續(xù)陰雨天氣時(shí)，由于光照不充分，就會(huì)導(dǎo)致電能供應(yīng)不足，這時(shí)就需要利用市電來補(bǔ)充照明系統(tǒng)。

在新疆油田某個(gè)區(qū)的供熱站，就已經(jīng)首次進(jìn)行太陽能技術(shù)試驗(yàn)，并且應(yīng)用太陽能照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供熱站夜間照明。應(yīng)用結(jié)果顯示，該供熱站用電量降到了原來的十分之一。該系統(tǒng)合理采取了固定式太陽能離網(wǎng)發(fā)電，蓄電池的儲(chǔ)能效果為照明裝置提供了充足的電能，而且發(fā)電單元也可以直接為蓄電池進(jìn)行充電，負(fù)載用電可在太陽能用電及市電用電之間進(jìn)行合理的切換和使用。

2 太陽能照明在國內(nèi)油田地面工程中的應(yīng)用

電能是傳統(tǒng)邊緣井站消耗最主要也是最多的能量，大部分的電能都需要用來加熱儲(chǔ)油罐，這種傳統(tǒng)的工藝技術(shù)費(fèi)用高、耗電量大，而且用于加熱的電加熱棒容易損壞，導(dǎo)致危險(xiǎn)系數(shù)加大。

太陽能集熱器與高效儲(chǔ)能換熱器一體化的設(shè)計(jì)，使整個(gè)加熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，其中控制器的原理就是隨著儲(chǔ)液罐內(nèi)的溫度變化來決定是否需要補(bǔ)充加熱。在這個(gè)系統(tǒng)里，太陽能是最主要的利用能源，光照充足的情況下，利用太陽能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)加熱；在特殊的天氣條件下，如陰雨天氣，就需要使用電輔助加熱。

2008年，河南油田首次使用太陽能裝置給油罐加熱，太陽能裝置利用電腦自動(dòng)化控制，使得程序操作變得安全、簡潔又高效。2009年，河南油田同樣以太陽能作為主要能源，配合電輔助加熱，創(chuàng)建了集群太陽能加熱裝置。此裝置通過加熱盤管替代原有的電加熱棒加熱的技術(shù)，從本質(zhì)上解決了傳統(tǒng)裝置使用過程中出現(xiàn)漏電、液位低仍加熱等問題造成的安全隱患問題。而且據(jù)統(tǒng)計(jì)，同期對(duì)比下，這一裝置還節(jié)約了很多電量。

3 太陽能照明技術(shù)在國外油田地面工程中的應(yīng)用

不僅在國內(nèi)，國外也有很多在原油和燃油輸送加熱過程中使用太陽能照明技術(shù)的案例。在澳大利亞，一太陽能系統(tǒng)公司就成功完成了稠油管道的試驗(yàn)過程。在光照充足的情況下應(yīng)用太陽能，原油的溫度提高了約40 ℃，就算在缺乏光照的夜間，也可以提高10 ℃。在土耳其，有人研發(fā)了一種可以將儲(chǔ)存箱和集熱轉(zhuǎn)換裝置融為一體的太陽能熱二極管中低溫集熱裝置，該裝置采取了塑料片，可以彌補(bǔ)夜間儲(chǔ)存箱的對(duì)流散熱損失的不足，對(duì)提高燃料預(yù)熱溫度有非常好的促進(jìn)作用[4]。

澳大利亞太陽能系統(tǒng)公司研發(fā)的太陽能加熱系統(tǒng)已經(jīng)取得了專利，該系統(tǒng)可以有效提高管道內(nèi)的運(yùn)輸量，讓管道油溫的環(huán)境一直維持在50 ℃以上，并且相應(yīng)減少泵送系統(tǒng)工作帶來的壓力。該系統(tǒng)的原理就是利用了太陽能可以對(duì)管線伴熱的功能特性，核心部分是熱二極管，熱二極管又包括透明保溫材料和不透明保溫材料，以及光譜選擇層三個(gè)組成部分，這三部分共同作用，進(jìn)而產(chǎn)生二極管效應(yīng)，促進(jìn)光能吸收，從而可以保持熱量。

4 太陽能在油田地面工程應(yīng)用過程中存在的問題及對(duì)策

（1）由于太陽能吸收強(qiáng)度很容易受到地域環(huán)境、氣候溫差、晝夜交替變化等自然因素的影響，時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，時(shí)有時(shí)無，具有不確定性。同樣，風(fēng)能也具有類似的不穩(wěn)定性。因此，可以合理利用兩者之間的天然配合，如可以利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，再把電能運(yùn)用到電加熱系統(tǒng)，進(jìn)而再利用太陽能產(chǎn)生的熱量繼續(xù)供應(yīng)，這樣可以保證加熱系統(tǒng)裝置能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作。

（2）太陽能的能流密度比較低，往往需要足夠大的采光集熱面積才能滿足實(shí)際的使用需求，這就產(chǎn)生了集熱裝置占地面積過大的問題。但是如果把太陽能技術(shù)和熱泵技術(shù)互相配合，開發(fā)太陽能型的熱泵技術(shù)，就可以有效提高太陽能集熱器的工作效率并完善熱泵系統(tǒng)的功能[5]。

（3）外界條件很容易影響太陽能供熱技術(shù)，因此需要采用高質(zhì)量的蓄熱材料，不斷加強(qiáng)和完善蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而保證太陽能加熱系統(tǒng)可以在光照充足時(shí)使蓄熱結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)充足的熱量，即使是在夜晚或陰雨天氣的條件下也能正常發(fā)揮作用。

（4）需要開發(fā)實(shí)用性的防垢、去垢技術(shù)，使太陽能的加熱設(shè)備得到有效保護(hù)，進(jìn)而改善裝置的加熱效果，避免出現(xiàn)影響加熱設(shè)備使用的問題，從而延長設(shè)備的使用壽命。

5 太陽能照明技術(shù)的發(fā)展前景

綜合以上敘述不難發(fā)現(xiàn)，太陽能技術(shù)的廣泛應(yīng)用必然會(huì)成為日后社會(huì)建設(shè)的重要選擇方向，但是太陽能技術(shù)的應(yīng)用目前處在初期階段，很多技能尚未完善，很多功能還沒有充分開發(fā)和利用，依然存在一定的不足。特別是在性能方面，太陽能的照明有時(shí)會(huì)受到天氣、氣候的影響，導(dǎo)致熱能效果不穩(wěn)定，照明質(zhì)量較差，一旦陰雨天氣持續(xù)，照明效果就會(huì)有所下降。

在太陽能照明的生產(chǎn)技術(shù)中，整個(gè)工序要求十分嚴(yán)格，相應(yīng)設(shè)計(jì)步驟十分煩瑣，這對(duì)日后的維修售后工作也有一定的影響。例如，設(shè)備在監(jiān)管過程出現(xiàn)問題，導(dǎo)致太陽能照明設(shè)備的維護(hù)不到位，進(jìn)而出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象[6]。因此，需要強(qiáng)化對(duì)太陽能照明設(shè)備的維護(hù)和售后保修責(zé)任。

盡管如此，太陽能照明技術(shù)依然有非常大的挖掘潛能，這就需要研究工作者不斷深入改革和創(chuàng)新，提高太陽能照明技術(shù)的性能，促進(jìn)太陽能照明技術(shù)的全面發(fā)展[7-8]。

6 結(jié)束語

利用太陽能光照技術(shù)解決在油田工程中的應(yīng)用問題，有助于減少能源的消耗，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。然而，在利用太陽能解決工程生產(chǎn)問題的同時(shí)，需要重視太陽能輻射量的動(dòng)態(tài)變化對(duì)制熱效果的影響。通過太陽能技術(shù)的優(yōu)勢與其他能源相互配合使用，解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的一些問題，在促進(jìn)油田工程發(fā)展的過程中順應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，努力實(shí)現(xiàn)社會(huì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)共同進(jìn)步的目標(biāo)。