新疆油氣田節能減排技術分析及探索

喬 靜，劉付勇，王光才

（新疆科技學院，新疆庫爾勒 841000）

減少溫室氣體排放以應對氣候變暖成為世界范圍內的共識，各大經濟體均提出“碳減排、碳中和”目標。2020年9月，習近平總書記代表中國政府向全世界宣布中國將力爭2030年前實現“碳達峰”、2060年前實現“碳中和”，為中國的綠色低碳發展指明了方向，也為中國能源低碳轉型提出了更高的要求。

圖1統計了2011—2020年我國一次性能源消費總量，從圖1可以看出：我國的一次性能源消費總量目前還呈現逐年上升的趨勢，在需要保證經濟增長的前提下，我國的“雙碳”目標壓力大。

圖1 2011—2020年我國能源消費總量

圖2統計了2010—2020年世界主要經濟體CO2排放量，從圖2可以看出：我國的碳排放量遠高于其他經濟體（這和我國的人口基數有關），同時可以看出，我國的CO2排放量仍呈現增長趨勢，而其他主要發達經濟體已經出現“碳達峰”，因此我國較世界其他主要經濟體存在一定的減排空間，但相比其他國家實現“碳中和”的減排壓力更大[1]。

圖2 世界主要經濟體CO2排放量

我國碳排放總量大，實現“碳中和”意味著要在保證工業化和城鎮化持續推進的基礎上實現有效減排，這需要在有限時間內破解低碳技術，解決資金難題。“雙碳”目標的提出和實現給油氣行業能源轉型也帶來長期挑戰，油氣作為中國能源供給體系中的重要組成部分，也將面臨新的挑戰和機遇，需要找到適合自身特點的低碳發展路徑[2]。

1 新疆新能源資源概況

1.1 太陽能

新疆太陽能資源豐富，年日照時間長，日照百分率為60%～80%[3]，圖3統計了2021年新疆主要城市的日照時數，從圖3可以看出：新疆主要城市2021年日照時數在2 300～3 200 h，非常適合利用[4]。

圖3 新疆主要城市2021年日照時數

1.2 風能

新疆包括南疆和北疆，南疆油氣田地處盆地，周圍有高山阻擋，風能屬于四類區（貧乏），年平均風能密度為45.2 W/m2，年有效風力2 040 h。北疆油氣田的風能屬于較豐富區，可進行利用。

1.3 地熱

新疆油氣田平均地溫梯度2.4℃/百米，遠低于商業開采標準3℃/百米，與我國中東部、西南部相比，地熱資源相對匱乏，開發深度上限2 000 mm 以內，出水溫度達不到效益要求。

1.4 余熱

作為一次性能源消費大國，我國能源消費總量居高不下，能源利用率卻相對較低，只有30%～40%。這與長期以來粗放型的經濟高速增長模式是分不開的，在石化、鋼鐵等高耗能行業中普遍存在著廢氣、廢水等形式未利用的余熱資源，造成大量的能源浪費。豐富的余熱資源意味著巨大的回收利用潛力[5]，按照全國工業余熱利用率提高5%計算，每年可回收1.4億t 標煤，發展潛力十分可觀。油氣田可回收余熱主要有加熱爐煙氣余熱、壓縮機煙氣余熱和油田采出水余熱3個方面。

2 新疆油氣田新能源技術應用現狀分析

2.1 太陽能光伏發電助力沙漠防護林灌溉

新疆，有一條被稱為“死亡之海”的世界上連續穿越流動沙漠最長的公路，對于南疆的經濟發展和油氣物資的運輸具有重要意義。在極度干旱的沙漠環境下，一條長436 km，寬72～78 m 的“綠色長廊”伴隨著蜿蜒起伏的沙漠公路，對生態防沙、改善局部生態環境有著至關重要的作用，而防護林的灌溉用水也是一個難題。經過科學家們的艱苦努力，在沙漠公路全線建成141座灌溉泵站，其中42座依托地方電網供電，無地方電網依托的99座灌溉泵站最初采用柴油發電供電，為響應國家低碳和節能減排號召，自2010年開始，已陸續將其中的12座柴發灌溉泵站替換為太陽能光伏發電泵站，經過10 a 運行，效果十分理想。

2.2 太陽能加熱供應生活熱水

油氣田站場為保證員工生活熱水的供應，同時本著節能降耗的目的，采用太陽能加熱供應熱水，在太陽能充足的情況下將鍋爐停爐備用。每年可節約天然氣25×104 m3（標），實現經濟效益23.5 萬元/a，同時還可以減少CO2排放量。

3 新疆油氣田節能減排技術探索

3.1 沙漠公路防護林太陽能光伏發電泵站全替代

沙漠公路防護林沿線目前87座灌溉泵站因無電網依托，仍采用柴油發電，根據前期12座太陽能光伏發電灌溉泵站運行經驗，可將所有柴發灌溉泵站由太陽能光伏發電灌溉泵站替代。

3.1.1 太陽能光伏發電實驗及推廣應用

2010年太陽能光伏發電泵站建設初期，選取了兩座柴油發電泵站進行實驗。實驗保證太陽能光伏發電每天灌溉時數和柴油發電每天灌溉時數均為12 h。隨著時間的推移，太陽能對柴油機的替代率逐漸上升，到10月兩座泵站太陽能替代率已分別達88.52%和97.60%[6]。分析其原因主要是在實驗期間，不斷對設備進行了擴容、調試和改進，使得太陽能光伏發電泵站的可靠性逐漸增強。

在實驗成功的基礎上，2011年開始在沙漠公路防護林沿線推廣建設10座太陽能光伏發電泵站，在前期設計思路的基礎上進行了優化，光伏電站全部采用固定式光伏方陣設計模式，同時優化實驗泵站技術路線的不足，進一步加大各泵站太陽能方陣規模，各泵站光伏方陣總功率均在35 kW 以上。2011年5月10座太陽能光伏發電泵站全部建成，數據和實踐證明太陽能光伏發電完全能夠滿足防護林灌溉需求，采用太陽能光伏發電灌溉的苗木長勢旺盛，12座灌溉泵站柴油發電平均替代率可達到99.5%。

在現有12座太陽能光伏發電泵站建設成功的基礎上，可將沙漠公路防護林沿線剩余的87座柴油發電灌溉泵站全部替換為太陽能光伏發電灌溉泵站，全部由太陽能光伏供電，光伏發電泵站全部采用固定式光伏方陣設計模式，加大各站太陽能方陣規模，各站光伏方陣總功率均在35 kW 以上，采用蓄電池儲能，可在陰雨天氣使用儲存的電能進行供電，提升太陽能光伏發電灌溉的可靠性。

3.1.2 效益分析

（1）能源成本

柴油機發電：若考慮每座泵站柴油發電機功率為35 kW，并且假設柴油機每天運轉12 h，則每座泵站柴油機每天柴油消耗量約為105 L，每年柴油消耗量大約為33 t，柴油價格按9 000元/t 計算，能源消耗成本為30萬元。

太陽能光伏發電：太陽能光伏發電泵站只有建站時的一次性投資，建成后不需要消耗一次性能源，一座太陽能光伏發電泵站建設初期大約需要100萬元，假定交流逆變電源和蓄電池使用壽命為8 a，以20 a為周期進行計算，初期建設投資以及組件達到使用壽命以后進行更換，一座太陽能光伏發電泵站建設的總費用約為200萬元，每年費用大約僅需10萬元，年費用遠低于柴油發電。

（2）節能減排效益

柴油機發電：柴油燃燒后會產生CO 有毒氣體和CO2溫室氣體，CO 排放系數為1.52 g/L，CO2排放系數為2.778 kg/L。根據對能源成本的分析，1座柴油發電泵站每年消耗柴油33 t，87座柴油發電泵站每年則消耗柴油約2 870 t，將會排放CO 有毒氣體約5 t，排放CO2溫室氣體約9 380 t。

太陽能光伏發電：太陽能光伏發電系統的組件電池板和膠體蓄電池組雖然使用壽命有限，但是可以進行回收分級處理，可提取鉛錠、聚丙烯、SiO2等產品，采用太陽能光伏發電每年可減排CO 有毒氣體和CO2溫室氣體，對“雙碳”目標的實現和油氣田綠色低碳發展具有重要意義。

3.2 余熱利用

3.2.1 加熱爐煙氣余熱節能改造

油氣田使用的部分導熱油爐、加熱爐、鍋爐等加熱設備隨著工作年限的增加，設備老化，導致煙氣溫度過高，排煙熱損失大，熱效率降低，燃氣消耗量增大。為提高加熱爐熱效率，降低排煙損失，可采取將加熱爐煙氣余熱進行回收利用，在加熱爐尾部煙道增加空氣預熱器，達到節能的目的。空氣預熱器通過將天然氣燃燒后的煙氣余熱回收預熱助燃空氣溫度，通過收集和利用熱煤爐出口的高溫煙氣，直接降低鍋爐排煙溫度，減少系統內的熱能損失，提高鍋爐的熱效率。空氣預熱器還可以加熱燃料燃燒所需要的助燃空氣，控制燃燒過量空氣系數，減少燃料不完全燃燒而造成的熱量損失，達到節省燃料和排放環保的目的。

對排煙溫度過高的站場，將已建導熱油爐或加熱爐的一體化燃燒器更換為分體式燃燒器，在煙道處增設空氣預熱器和鼓風機實現煙氣余熱回收。煙氣在空氣預熱器通過換熱提高空氣溫度，鼓風機通過新增風道，將空氣送至分體式燃燒器燃燒，煙氣換熱后通過煙道接入煙囪排放，以提高加熱爐綜合熱效率。同時，對燃燒器和鼓風機的相應控制系統、配電系統進行改造，實現新的燃燒器與現有控制系統的匹配。

3.2.2 油田采出水、原料氣余熱利用

對高礦化度下熱泵技術進行研究，利用低溫位的采出水、原料氣，通過少量的電能或者燃氣輸入，實現低位熱能向高位熱能轉換，回收采出水、原料氣余熱，用于滿足生產和生活用熱，涉及的主要工程量包括水源吸收式熱泵、板式換熱器、循環泵等相關配套設備。

4 結論

新疆油氣田地區太陽能資源和余熱資源豐富，在對新疆油氣田節能減排技術應用現狀分析的基礎上，提出進一步充分利用太陽能和余熱資源，不僅能夠節約能源成本和節能減排，還能提高新疆油氣田企業品牌形象，推廣應用至其他有對應條件的油氣田或者其他行業，將對我國“雙碳”目標的實現產生巨大推動作用。