海上油氣田生產設施主發電機能效對標分析與提升措施

程博

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）

1 發電機組概況

大部分海上油田距離陸地較遠，使用陸地電網供電需要鋪設海底電纜，技術難度和投資較大，因此一般海上油田設施配置有發電機組，設施間通過海底電纜組網供電或單獨供電。發電機組通過燃燒自產的原油或天然氣發電，為海上設施采油電潛泵、原油外輸泵、增壓泵等耗電設備提供電力[1-2]。某海域海上油田原油發電機組單臺額定功率為1 800～7 760 kW，通過電力組網或獨立電網的方式為海上油田生產設施供電。

該海域海上油田共有原油/柴油往復式發電機組28 臺套，分布在3 個油田作業單位。某一年單臺未發電機組燃料消耗量和發電量見表1。

表1 主發電機組原油消耗量和發電量

2 能效對標

2.1 典型發電機組節能監測指標

原油發電機組的主要能效指標為燃料消耗比，該指標主要與負荷率、發電效率等指標有關[3]。燃料消耗比為單位發電量實際燃料消耗量與額定燃料消耗量的比值。負荷率為發電機組實際平均功率與額定功率的比值。發電效率為發電機組發電量與燃料燃燒低位發熱總量的比值。

2.2 負荷率對標

對發電機組而言，有效效率、耗熱率和耗油率都是發電機組負荷率的函數，即隨發電機組的負荷率而變化[4]。一般而言，發電機組負荷率越高則有效效率值越高、耗熱率和耗油率越低，發電機組的運行經濟性越好；反之，發電機組負荷率越低，有效效率值越低，耗熱率和耗油率越高，發電機組的運行經濟性越差。發電機組負荷率計算公式為：

式中：Pi為發電機組現場實際電功率平均值，kW；Pir為發電機組額定功率（注：對于往復式內燃機發電機組Pir為原動機額定功率），kW；η1為機械傳動效率，取98%；η2為發電機發電效率，取95%。

海洋石油工程設計指南規定，原油/柴油發電機組在額定負荷的70%～90%工況下運行時為經濟運行工況，在額定負荷的40%～70%工況下運行時為一般運行工況，在額定負荷的40%以下運行時為非經濟運行工況[5]。

主發電機組負荷率對比見表2，整體來看，該海域海上油田發電機組共運行17 臺，備用11 臺。其中A-2 和B-1 設施發電機組負荷率分別為76.12%和78.25%，達到經濟運行工況；其它設施發電機組負荷率在45.83%～54.01%，處于一般運行工況[6]。

表2 主發電機組負荷率對比

2.3 發電效率對標

海洋石油工程設計指南規定，中速原油/柴油機效率在42%～47%屬于經濟運行范圍。該海域海上油田原油發電機組均為中速原油/柴油機[7]。從表1 中可以看出，發電機A-2-2/3/4、A-3-2/3/4 和B-1-1 這7 臺發電機組發電效率在42.16%～46.49%，處于經濟運行范圍，其他設施發電機處于40%～70%一般運行工況，由于負荷率較低，這些設施的發電機處非經濟運行范圍。

3 能效提升措施

由于該海域海上油田平臺設施大部分是鉆井采油生產平臺，平臺發電機同時為鉆井模塊和生產模塊供電，為了提高供電可靠性，平臺建造期間發電機選型時裝機容量一般較大，因此在非鉆井工況下普遍負荷率較低。對于該海域21 臺發電效率在非經濟運行范圍的發電機組，可以根據周邊設施距離和實際電負荷，綜合考慮組網供電的方式，通過提高發電機組負荷率來提高發電效率；對于有熱用戶的設施，可以考慮在發電機組排煙管加裝余熱回收鍋爐，回收余熱為熱用戶供熱，提升能源綜合利用效率。

3.1 電力組網

由于海上油田距離陸地較遠，為了維持海上油田的可靠供電和生產穩定，海上設施主發電機組負荷率偏低是普遍現象。為了提高發電機組的發電效率，通過海底電纜實現設施組網供電，是提高主發電機的發電效率、節能減排的主要手段。A-1和A-3設施屬于同一油田作業區，距離較近且負載率較低，電力組網可有效降低燃料原油消耗[8]，實現節能減排。組網前后機組燃料消耗見表3。

表3 電力組網前后燃料消耗量

從表3 可以看出，A-1 和A-3 設施實施電力組網供電后，每年可減少燃料原油消耗1 693 t，節能量約2 419 t(標煤)，減少CO2排放5 212 t[9]。

3.2 余熱回收

原油發電機組排煙溫度在350 ℃左右，有很高的利用價值，通過在主發電機排煙管上加裝余熱回收裝置，為設施熱用戶提供熱量，從而部分取代鍋爐燃料消耗，是提高能源綜合利用效率的有效手段[10]。C-1 設施主發電機發電效率較低，而且在原油處理工藝流程中需要鍋爐提供熱量，因此通過加裝余熱回收鍋爐、回收主發電機尾氣余熱，可減少鍋爐原油消耗。C-1 設施加裝余熱回收鍋爐前后鍋爐原油消耗量見表4。

從表4 可以看出，C-1 設施實施主發電機尾氣余熱回收后，每年可減少鍋爐燃料原油消耗2 200 t，節能量3 143 t(標煤)，減少CO2排放約6 773 t。

表4 加裝余熱回收裝置前后鍋爐原油消耗量

B-2和B-3設施距離其它設施較遠，電力組網技術難度和經濟成本較高，設施本身沒有熱用戶，可通過優化生產工況下發電機組運行臺數的方式提高負荷率，進而提高發電效率，達到節能減排的目的。

4 結論

主發電機組作為海上油田設施的關鍵設備，對維持油田的正常穩定生產起著至關重要的作用，同時主發電機作為主要用能設備，其能源消耗量在油田的用能結構中占有極大的比重，因此通過能效對標挖掘節能減排潛力，分析評價主發電機組的運行狀態并提升發電效率或能源綜合利用效率，對于油田節能減排工作的推動、有效降低單位油氣生產綜合能耗具有重要意義。近年來，隨著遠距離海底輸電技術的逐步發展，使陸地電網為海上油田提供電力成為可能，應用岸電替代海上自發電，減少發電機組自發電原油和天然氣消耗，為海上油氣田的電力供應提供了一條新的技術路徑，極大促進了海上油氣田的綠色低碳開發。