太陽能在自噴井監測中的節能應用

門虎曾志強張玉華

（1.新疆油田分公司石西油田作業區；2.新疆油田分公司風城油田作業區）

新疆石西油田位于準葛爾盆地古爾班通古特沙漠腹地，屬于典型的大陸性沙漠氣候，氣象十分惡劣，晝夜溫差大，夏季干熱，冬季寒冷，降水稀少，蒸發量大，太陽年輻射約565 kJ/cm2，年日照約2900 h，太陽能資源豐富。主力油藏石炭系為深層火山巖油藏，具有裂縫發育，底水能量強，異常高壓等特點，油井自噴能力強、周期長。自噴井監測系統如采用市電進行供電，需要架設線路，這樣就會增加整個系統的成本，并且浪費資源。由于自噴井監測點少，用電負荷小，采用太陽能提供電源，實現自動化監測。這種綠色環保、無需消耗燃料和不用連接線路的供電方式為系統提供電能，適應了沙漠油田的地理環境，符合節能環保，綠色發展的理念。

1 太陽能供電系統組成及性能

1.1 供電系統組成

太陽能供電系統的應用原理是利用太陽能板將太陽能轉化為電能，儲存在蓄電池中，再通過蓄電池將儲存的電能以直流電的形式提供給用電設備。太陽能供電系統由太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池組成，見圖1。

1.2 設備性能

1.2.1 太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能供電系統的核心部分，它是將光能直接轉換成電能的半導體器件，可以單獨使用，也可多個連接起來組成方陣使用，與蓄電池配合可作為直流電源供晝夜、陰雨天連續使用。太陽能電池板具有體積小、可靠性高、壽命長、無環境污染、使用維護方便等特點[1]。

圖1 自噴井太陽能供電系統組成示意圖

1.2.2 充放電控制器

充放電控制器控制整個系統的工作狀態，通過對輸入、輸出電壓，輸入、輸出電流的檢測，根據當前太陽能能量情況和蓄電池電量狀態合理進行充放電管理。

1.2.3 蓄電池

太陽能供電系統的蓄電池具有自放電率低，充電效率高，放電能力強，使用壽命長。少維護或免維護，工作溫度適應高低溫。現場一般選用工業密封式免維護鉛酸蓄電池。

2 現場應用

為實現對石西油田自噴井數據傳輸及監測，在55口自噴井上分別安裝EXS1000遠程終端，對油井的油壓、套壓、回壓、技套壓力、出口油溫數據采集。

監測終端用電設備主要有EXS1000RTU遠程終端、MDS數傳電臺、ROSMOUT3051壓力變送器。它們的主要技術參數見表1。

表1 自噴井EXS1000 RTU技術參數

1）負載日耗電量：

式中：

W——額定功率；

H——工作時間；

U——系統蓄電池標稱電壓。

2）蓄電池容量：

式中：

0.75 ——蓄電池放電深度；

1.1 ——蓄電池安全系數；

C——滿足連續3個陰雨天正常工作的電池容量。

3）太陽能板數量確定：

太陽電池組件的功率：

式中：

8——太陽平均日照射率；

18——為太陽電池組件工作電壓。

根據計算結果考慮配置富余量以及廠家產品型號，選擇3塊峰值功率為60W的太陽能板，蓄電池選用2節12V100 Ah的蓄電池組成電池組。

3 應用效果

太陽能供電的可靠性可保證油田自動化監測系統正常運行。采用太陽能供電既可以降低施工難度又可以滿足系統用電需求，因此石西油田石炭系55口自噴井監測終端選擇太陽能發電系統供電。

3.1 經濟效益

太陽能供電系統的經濟效益與傳統供配電對比，用太陽能供電替換傳統供配電，經濟效益非常可觀。采用傳統供配電方式，單每年桿架式變電站桿有功功率損耗近萬元，而采用太陽能供電方式每年無運行費用。55口自噴井監測終端每年可節省電費55萬元左右。

3.2 技術效益

太陽能供電系統的主件為太陽能板和蓄電池，該系統質量輕，拆裝方便，降低了工程投資及運行費用。其充放電自動轉換，無須專人特別管理，保證了系統運行的高可靠性，方便用戶管理。

4 太陽能供電系統運行維護注意事項

1）定期檢測蓄電池容量及太陽能電池板充電電流。由于太陽能充放電冬季充電短，放電長；夏季充電長、放電短。蓄電池一年中不處于完全的浮充運行方式，應在每年入冬季節來臨前，對蓄電池及太陽能電池板進行一次檢測，及時發現問題采取措施。

2）根據氣候變化及時對蓄電池充電。當遇到寒冬連續陰天，蓄電池放電量較大時，不管蓄電池組是否到達放電終止電壓，都應及時用移動發電裝置對蓄電池進行補充充電。預防蓄電池容量達不到基本充滿狀態時，造成供電中斷和由于蓄電池放電后充電不及時，影響蓄電池的使用壽命。

3）連接電纜檢查。太陽能供電系統處于野外，連接電纜受溫度影響易老化，定期檢查電纜是否老化、連接是否完好[2]。

[1]吳福保,王湘艷.太陽能光伏發電的特點及其發展[J].電力與能源,2011,1(1):74-79.

[2]張玉.淺論太陽電池在通信工程中的應用[J].郵電設計技術,2003(5):57-60.