大慶某油田AA區塊風光互補發電優化研究

張鳳茹（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

1 區域現狀

大慶某油田AA區塊，區域面積34 km2，綜合含水97%以上，屬于高含水老油田。生產區共有站場164座，油水井2 378口，目前區塊年注水量3 231×104m3，年產液2 263×104m3。經統計全年耗電3.14×108kWh。預測基礎用電量于2022年達到頂峰，用電量3.36×108kWh。碳排放總量為35.59×104t，天然氣燃燒排放量9.35×104t，占比26.27%，購 入 電 力 排 放 量25.22×104t，占 比70.86%，其他1.02×104t，占比2.87%。AA區塊產量及能耗預測見表1。

表1 AA區塊產量及能耗預測Tab.1 AA block yield and energy consumption forecast table

由表1可以看出，AA區塊屬于高含水老油田，用電量較大，碳排放量較高。基本達到開發轉型的臨界點，符合綠色低碳發展轉型條件[1]。

2 新能源資源條件分析

參照國家能源局評估分級，對AA區塊太陽能、風能資源進行分析[2-4]。

2.1 太陽能資源條件

大慶地區年總輻射量為1 300～1 400 kWh/m2，年有效利用小時數1 200～1 400 h，屬于太陽能資源“較豐富（C）”地區。

總量等級：杜蒙氣象站近10 a平均的水平面總輻射為1 348 kWh/m2，項目所在地的太陽能資源屬于C類“資源豐富”。

穩定度等級：杜蒙氣象站月平均總輻射日輻照量最低值為1.6 kWh/m2，最高值為5.5 kWh/m2，兩者的比值為0.29，項目所在地的穩定度屬于C類“一般”；直射比等級：杜蒙氣象站近10 a平均的水平面直接輻射為695 kWh/m2，其與水平總輻射的比值為0.52。項目所在地的直射比等級屬于B類“高”，即直接輻射較多。

綜上所述，AA區塊具有良好的太陽能條件可建設光伏發電設施。

2.2 風資源條件

根據杜蒙縣風塔實測數據進行處理、分析，得到風電場風能分析綜合結論：70 m高度年平均風速為6.7 m/s，相應風功率密度為275～335 W/m2；80 m高度風速的中值出現在3～11 m/s風速區間內；100 m高 度 平 均 風 速 為6.1～7.0 m/s，風 功 率 密 度250～330 W/m2，屬于風能資源“豐富（B）”地區。

通過已測風塔數據綜合分析：一是風電場大風月為2、3、4、9、10、11月，夜晚風速大，白天風速小；二是風場的主導風向不是很明顯，主要集中在西北和西南方向上。

綜上結論，AA區塊盛行風向不是很穩定，有效風小時數多，沒有破壞性風速，風的品質較好，風力資源較為豐富，具有較好的開發前景。

目前AA區塊東北方向已建風電場一座，總裝機容量49.5 MW，發電機組33臺，單機容量1.5 MW，輪轂高度87 m，年發電量1.13×108kWh，年利用小時數2 038 h。通過測風塔數據和已建風電場發電量可知，AA區塊具有良好的風力資源條件，可建設風機發電設施。

上述兩種新能源，AA區塊都有一定潛力，為風光發電建設提供了有力保障。并且AA區塊所在區域及周邊有一定量自有土地可以利用，可建設光伏組件及風機設施。結合區域特點及優勢，AA區塊具有開發新能源條件，可發展新能源風光發電技術。

3 風光發電技術對策

3.1 風、光發電原理結構及優勢

風力發電的工作原理是利用風力帶動風車上的葉片進行旋轉，再通過一個增速器將旋轉的速度進行提升，使得發電機發電。依據目前的風力發電機技術[5-7]，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。風力發電機是由葉片、機艙、塔架和基礎構成。其優點是：風力發電沒有燃料問題，屬于清潔能源，環境效益好；屬于可再生能源，永不枯竭；不會產生輻射或空氣污染。風力發電機結構如圖1。

圖1 風力發電機結構Fig.1 Structure drawing of wind turbine

光伏發電是將太陽光能直接轉換為電能的一種發電形式。光伏發電系統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。光伏發電系統由光伏電池板、控制器和電能儲存及變換環節構成的發電與電能變換系統。太陽能發電優點是沒有任何排放和噪聲，憑借技術、產量等優勢，過去十幾年，光伏發電的成本降幅已經超過90%，這為光伏可持續發展打下了良好基礎。太陽能光伏發電系統的構成如圖2。

圖2 太陽能光伏發電系統的構成Fig.2 Composition of solar photovoltaic power generation system

3.2 風、光發電組件選擇

3.2.1 風機組件選擇

經方案比選、與多家風機制造廠家結合，對比技術參數、基本性能、發電量等各項指標，推薦AA區塊選用輪轂高度85 m，葉輪直徑121 m，額定功率為2 000 kW的機組。風電機組主要技術參數對比情況見表2。

表2 風電機組主要技術參數對比情況Tab.2 Comparison table of main technical parameters of wind turbine

3.2.2 光伏組件選擇

太陽能電池技術是太陽能發電技術的主要組成部分。太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。單晶硅、多晶硅太陽能電池具有制造技術成熟、產品性能穩定、使用壽命長、光電轉化效率相對較高的特點。目前國內小板型組件主流功率為360 Wp，大板型組件主流功率為540 Wp。兩種版型單位造價相同，大板型效率略高，使用的土建基礎及支架單位造價大板型較低[8-9]。兩種版型主要技術參數對比情況見表3。

表3 兩種版型主要技術參數對比情況Tab.3 Comparison table of main technical parameters of two versions

3.3 風、光發電互補利用技術對策

通過分析典型日風光發電出力曲線（圖3）可知：風力發電夜間整體效果要好于日間整體效果；光伏日間發電夜間不出力；光伏出力占比40%～50%左右時，負荷輸出更加平穩，且發電量相對較高。

圖3 典型日風光發電出力曲線Fig.3 Typical daily wind power generation output

通過軟件模擬年發電量約為51 650×104kWh左右，風機裝機容量120 MW、光伏裝機95 MW時，發電量標準差最小，區域內供電平穩性最高，此時光伏占比約44.2%。不同裝機容量下發電量標準差統計見表4。

表4 不同裝機容量下發電量標準差統計Tab.4 Standard deviation of power generation capacity under different installed capacities

3.4 風機、光伏布局及規模

風機布局利用AA區塊邊緣空曠地帶建設機位，盡可能置于風能高值區，風機排列考慮垂直于主風能方向，保證風機塔筒中心距輸電線路、油井距離滿足規范要求的安全距離，盡量減小風場噪音對周圍的影響。裝機容量120 MW，風機60座，單機容量2 MW。

光伏布局可利用屋頂建設發電系統圍墻光伏發電、已建站場圍欄建設光伏發電、風電場南側空閑區域范圍建設發電、利用區域內外已建井場空余土地建設發電、井間空余土地建設光伏發電系統，總裝機容量共95 MW。

3.5 儲能裝置

儲能裝置不發電，但儲能裝置為電網提供調峰、需求響應等多種服務，有效實現電網“削峰填谷”，緩解高峰供電壓力；促進新能源消納，可適當降低風、光發電的波動性。該項目風電及光伏總裝機容量215 MW，儲能裝機容量按43 MW（新能源裝機容量的20%，用于提升電網一次調頻能力）考慮。分散接入AA區塊內已建3座110 kV變電站（A一次變、B次變、C一次變），保證極端天氣下，AA區塊內電網平穩運行[10]。

4 總體效果

1）風力發電：理論發電量5.10×108kWh，經折減，年實際發電量為3.78×108kWh，等效年利用小時數約為3 100 h，綜合折減系數為74.07%。

2）光伏發電：首年發電量約1.39×108kWh，等效年利用小時數1 460 h，25 a年均發電量為1.31×108kWh，等效年利用小時數1 380 h。

5 結論

1）項目實施后，AA區塊生產用能由火電轉換成綠電。結合風光能的整體特點，綜合匹配風電及光伏總裝機容量215 MW，預計年發綠電5.09×108kWh，為AA區塊綠色供電提供有力保障，實現了綠色轉型。

2）結合AA區塊的用能現狀、及開發規劃和用能預測，通過實施新能源技術措施，能夠實現區域的“低碳”排放。