網(wǎng)電接入可行性及節(jié)能減排效益分析

文 蔣光均 金光智 中國海洋石油(中國)有限公司崖城作業(yè)公司

崖城氣田是中國海洋石油總公司旗下的第一個海上氣田，也是國內(nèi)最大的海上氣田。中海油崖城作業(yè)公司南山基地在研發(fā)階段就確定了完整的自供電系統(tǒng)方案，但實際發(fā)電機功率遠遠超過供終端生產(chǎn)、生活用電，而且還排放煙氣、散發(fā)熱量和噪音等，造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。隨著南方電網(wǎng)在海南的供電系統(tǒng)已經(jīng)完善，具備了南山基地由自發(fā)電改為南方電網(wǎng)供電的條件，不僅可以實現(xiàn)節(jié)能減排，而且具有很好的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益、社會效益。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 平均年耗天然氣量

根據(jù)最近7年來南山終端2臺透平發(fā)電機消耗的天然氣數(shù)量（表1）看出，每年消耗的天然氣值相差不是很大，取平均值為V1=550.3萬m3。

1.2 天然氣利用率低

1.2.1 年耗天然氣理論發(fā)電量

單位天然氣平均低位發(fā)熱量Q1=34877kJ/m3；單位電能消耗熱量W1=3596kJ/kWh；年均消耗天然氣產(chǎn)生的熱量Q2=Q1xV1=191928131000kJ；那么，我們年消耗的天然氣理論發(fā)電量W2=Q2/W1≈53372673kWh。

1.2.2 南山基地的實際用電負荷

根據(jù)投產(chǎn)以來的多次統(tǒng)計，生產(chǎn)生活用電83%時間段P1=600kW；生產(chǎn)生活用電17%高峰段P2=1000kW。則南山基地消耗的有用功率P3=P1x83%+P2x17%=668kW；功率因數(shù)COSΦ=0.77（巡檢抄表記錄，一般是在0.76～0.78，取其中間值）；總功率P=P3/0.77≈868kVA。按一年計算消耗的總功率W3=Px24(h)x365(d)=7599584kWh。

1.2.3 天然氣發(fā)電效率低

按1.2.1和1.2.2所得，天然氣發(fā)電效率η1=W3/W2=7599584/53372673≈14.2%。由此可以看出，天然氣發(fā)電效率非常低，發(fā)電效率不到1/5。

綜上所述，南山所消耗的天然氣超過80%的能量以熱量的形式釋放到大氣中，不僅利用率低，而且造成極大的能源浪費，所釋放熱量還污染環(huán)境。

1.3 廢氣排放

目前，南山基地天然氣的主要組分為C1～C3組分及CO2，其他氣體包括氮氣和硫化氫的含量非常少。

根據(jù)中海油環(huán)保部門和三亞本地環(huán)境監(jiān)測部門的燃燒測試數(shù)據(jù)，1m3天然氣燃燒后產(chǎn)生24.55 m3廢氣(不含水汽)，即：V2=24.55 m3,那么全年排放的廢氣V=V2xV1=24.55x550.3=13509.9 m3。

1.4 自備發(fā)電機效率低

目前南山基地配備有2臺透平發(fā)電機組，正常情況下，一臺透平發(fā)電機運行，另一臺備用，根據(jù)1.2.2可知，南山基地所需功率為P6=668kW，而自備的發(fā)電機功率為P4=3.47MW，所以，發(fā)電機的發(fā)電效率η2=P3/P4=668/3470≈19.2%。約相當于發(fā)電機總功率的1/5，遠遠沒有達到發(fā)電機設(shè)計的額定功率，對發(fā)電機本身是一種極大的浪費。

2 南山基地內(nèi)配電設(shè)施的改造可行性

2.1 市電接入供電設(shè)施的可行性

現(xiàn)有供電系統(tǒng)電壓為國內(nèi)非標電壓等級3.3kV，由2臺透平發(fā)電機供電，應(yīng)急情況下1臺柴油發(fā)電機作應(yīng)急電源，供電原理見圖1。

圖1 南山基地自發(fā)電供電系統(tǒng)圖

圖1中透平發(fā)電機TG1，TG2的輸出電纜通過開關(guān)GB1、GB2的上游接線端接入，下游輸出直接接入3.3kV母線排，兩條市電電源電纜分別接入發(fā)電機開關(guān)GB1、GB2的上游端即可，下游輸出不變，只是改變電源而已，由原來的發(fā)電機電源變?yōu)槭须婋娫矗淮嬖谌魏渭夹g(shù)改造的困難。

2.2 市電供電系統(tǒng)的可行性

市電供電系統(tǒng)采用雙回路供電見圖2。

2.3 現(xiàn)有配電系統(tǒng)改造的可行性

為了保證南山基地生活和生產(chǎn)的連續(xù)性，不影響向下游用戶供氣，故配置了1臺柴油應(yīng)急發(fā)電機（EG）作應(yīng)急之需。

由于目前網(wǎng)電電網(wǎng)暫不允許自發(fā)電并網(wǎng)，為了保證應(yīng)急發(fā)電機定期帶載測試，經(jīng)查閱資料和計算，應(yīng)急發(fā)電機所能承受的最大沖擊負荷和母線B所帶負荷大致相當，不會因為合閘或跳閘發(fā)生瞬間加載或卸載而發(fā)生應(yīng)急發(fā)電機高振動關(guān)停。所以，在應(yīng)急發(fā)電機測試時，如果是變壓器TR2帶載，只要將負載轉(zhuǎn)移到變壓器TR1（如果是變壓器TR1帶載，則不存在轉(zhuǎn)移），則只需在應(yīng)急發(fā)電機開關(guān)EGB與聯(lián)絡(luò)開關(guān)TB之間設(shè)置互鎖，即：應(yīng)急發(fā)電機合閘，則TB的開關(guān)跳閘；應(yīng)急發(fā)電機跳閘，則TB的開關(guān)合閘。就可以實現(xiàn)母線B上的應(yīng)急負載由應(yīng)急發(fā)動機帶載，其他負載由變壓器TR1通過母線A帶載，實現(xiàn)應(yīng)急發(fā)動機的帶載測試。通過以上分析，市電供電系統(tǒng)的接入，對下游開關(guān)柜的改造不存在任何技術(shù)上的難題，是完全可以實現(xiàn)的。

綜上所述，無論是市電供電系統(tǒng)的建設(shè)、市電與現(xiàn)有供電設(shè)施的接入，還是現(xiàn)有供電系統(tǒng)的改造，都不存在任何技術(shù)上的困難，都是可行的，完全可以實施。

表1 年耗天然氣數(shù)量統(tǒng)計

表2 前期投入

表3 自發(fā)電年耗費用

表4 網(wǎng)電年度費用

3 節(jié)能減排及社會效益

3.1 節(jié)能減排效益

根據(jù)能量計量單位近似換算系數(shù)，1m3天然氣相當于M1=1.3300kg標準煤；那么南山基地自發(fā)電一年消耗的天然氣折合為標準煤M2=M1XV1=7318990kg≈7319t。

從1.2.2可知，南山基地實際消耗電力W3=7599584kWh；根據(jù)能量計量單位近似換算系數(shù)1kWh電力相當于標準煤M3=0.1229kg；實施網(wǎng)電后年消耗標準煤M4=7599584X0.1229≈934t。由此可知，如果南山基地實施網(wǎng)電后，全年約可節(jié)能減排標準煤M=M2-M4=7319-934=6385t。

圖2 網(wǎng)電供電系統(tǒng)圖

3.2 經(jīng)濟效益

3.2.1 前期一次性投入

首先從工程上分析投入，前期投入包含主線路和輔助兩部分，主線路部分主要包含開關(guān)、計量裝置、電纜、變電站及變壓器等；輔助部分主要包含電容補償、直流電源及消防設(shè)施等，一次性全部投入見表2。

3.2.2 自發(fā)電費用

按照2011年三亞居民用氣價格2元/m3計算，再加上維護自發(fā)電設(shè)備每年費用，總計費用約1200萬元，如果改為市電直接供電，那么該筆費用將節(jié)省，詳見表3。

3.2.3 網(wǎng)電年度總費用

南山基地由自發(fā)電改為網(wǎng)電后，其費用主要包含電費、設(shè)備設(shè)施維護費和所繳納的容量費，其年度總費用約為759萬元從表2、表3和表4可知，項目前期一次性投入Q1為745萬元，取消自發(fā)電，每年節(jié)省的維護費和銷售天然氣的收入Q2為1200萬元，市電線路及設(shè)施維護費用和年度電費Q3為759萬元，則項目初期投資的回收周期T=Q1/(Q2-Q3)=1.69年。此后，每年可以為氣田凈節(jié)約費用Qnet=1200.6-759.2 =441.4萬元。

4 社會效益

目前三亞市1個家庭單月所消耗的天然氣大約為20.8m3，南山基地1年節(jié)約的自發(fā)電天然氣能滿足22047戶家庭，也就是。對缺少自然資源的海南省來說，具有極大的社會意義。