Y油田抽油機井場分布式光伏發電技術可行性研究與應用

董衛東（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

2021年，集團公司提出“清潔替代、戰略接替、綠色轉型”三步走的總體部署[1]，大慶油田制定了綠色低碳可持續發展建設方案，助力油田綠色低碳轉型發展[2]。Y油田位于大慶長垣中部、長垣構造北部，所在地屬寒溫帶大陸干旱草原性氣候，受蒙古內陸空氣和海洋暖流季風影響較大，冬季漫長而寒冷干燥，夏季短暫而溫濕多雨，年累計日照2 604 h，年太陽能總輻射量1 482 kWh/m2，具備一定的太陽利用條件。據調查，2021年機采系統耗電占Y油田總耗電比重的35%，為降低生產能耗，同時提高油田綠能比重，Y油田結合自身開發特點，開展抽油機井場分布式光伏發電技術應用試驗，研究利用光伏發電技術替代一部分機采井耗電，實現一定規模的清潔能源替代，實現自發自用、余電上網。

1 抽油機井場分布式光伏發電技術原理

目前，油田在清潔能源替代方面采取風光互補的策略[3]，利用風能和光能晝夜的不同發電特性，實現清潔能源的平穩供應。光能可以作為風能的有利補充，主要采取集中式光伏發電技術和分布式光伏發電技術。集中光伏發電技術[4]主要采取集中建設，將電能補充到35 kV/6 kV變電所的6 kV母線上，實現電能在接入變電所的統一消納，具有管理維護方便的優點。而分布式光伏發電技術采取臨近用電負載建設，將電能補充到6 kV/0.4 kV變壓器的0.4 kV側，實現電能在負載側的統一消納，具有占地面積小，應用靈活的優點。尤其可以實現對局屬已征用地的使用，降低征地成本。對于難以實現土地征用或者油田已建設施密集無法實現集中光伏建設的供電區域，分布式光伏發電技術可以做為清潔能源替代的有效補充。

光伏發電技術主要是利用光生伏特效應[5]。在抽油機井場空地安裝光伏發電系統，太陽輻射能中的光子激發光伏電池組件中的半導體物質中的電子，在電場的作用下產生了連續的電流，從而實現將太陽能轉換為電能，實現利用太陽能直拖機采井生產運行。

1.1 光伏發電技術原理

當光子照射到金屬上時，能量被金屬中硅電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，便能克服金屬內部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。在純硅中摻入有5個外層電子磷原子，成為N型半導體；在純硅中摻入有3個外層電子的硼原子，形成P型半導體，當太陽光照射半導體P-N結上，形成新的空穴-電子對，在P-N結內建電場的作用下，空穴由N區流向P區，電子由P區流向N區，接通電路后形成電流，實現將太陽能轉換為電能[6]。光伏發電技術原理見圖1。

眼下衢州城滿是殺氣，城墻、街頭堆滿了沙袋掩體。半個月前，衢州就成了一座空城，但說空城也不對，城里人倒是不少，盡是些來來去去的官兵，來來去去的車炮。整天都是軍號聲，起床號、吃飯號、睡覺號，就是沒有公雞司鳴，走狗吠叫，行販叫賣。

1.2 光伏發電直拖機采井技術原理

1）應用效果分析。從發電時長來看，光伏發電站實際日發電時長主要取決于日出、日落時間，以3月22日光伏發電情況來看，光伏發電站每日運轉時間為7:00—18:00，實際發電時間12 h，其中，中午12:00發電功率最大，可達到48 kW，早晨7:00及傍晚18:00發電功率最小，最低 發電功率3 kW。

2 抽油機井場分布式光伏電技術應用效果

2.1 建設規模

其實，每個人的生活都是一個樣子，要么一地蔥皮，要么一堆雞毛蒜皮。如果一個家庭的生活不落到吃飯這種實實在在的行動上，它是不會幸福的。

從負載消耗來看，光伏發電站每天有10 h的發電量滿足機采井用電需求，能源利用率占比機采井全天用電量的45%，發電高峰期的富余電量由低壓電網傳輸至6 kW線路供電網其他負載使用。24 h光伏發電功率與機采井消耗功率對比見圖3。

2.2 現場應用情況

Y油田抽油機井場分布式光伏發電試驗站于2022年3月21日投產，利用監控軟件實時記錄兩口機采井耗電量與光伏發電裝置發電量，效果如下：

光伏發電系統主要由光伏電池組件（光伏板）、支架、逆變器、交流配電箱及供電系統監控裝置等組成。光伏電池組件將太陽能轉變成800 V直流電，經逆變器轉換為380 V交流電，從而實現為機采井供電，多余或不足的電能通過電網調節。此外，配電箱內設置斷路器等低壓保護設備，可隨時切斷光伏組件與電網連接[7]。光伏發電直拖機采井技術原理見圖2。

總之，認知心理學把人的認識看作是一種信息加工，這種加工是通過一系列變換完成的，可以看作是一種廣義的計算。信息和計算之間存在著密切的關系，計算和表征及其問題可以從信息的角度給出描述或者解決方案。

為推進落實集團公司清潔替代戰略部署[8]，Y油田于2022年開展抽油機井場分布式光伏電技術先導性探索試驗，選取兩口裝機功率37 kW的8型抽油機建立光伏電站試驗站。該試驗站采用橇裝式結構，共建設撬裝發電單元6座，每座由16塊光伏發電組件構成，串聯接入至1臺40 kW逆變器內；光伏組件采用42°傾角布置，每塊光伏組件功率為540 W，總裝機功率51.8 kW，設計日發電量200 kWh，年發電量7.3×104kWh。

2）經濟效益分析。光伏發電站裝機容量51.84 kW，工程投資約44.064萬元，發電站設計使用壽命25 a，根據目前市場價格水平，光伏發電站單位投資為8 500元/kW。

3）節能減排效益分析。按照《綜合能耗計算通則》[9]，用電折標煤系數1.229 tce/104kWh；節電折標煤系 數為3.3 tce/104kWh；Y油 田生產電 價0.637元/kWh；以燃煤電廠為比較基準，火力發電站每發1×104kWh減排二氧化碳量為9 t。

統計投產以來技術運行情況，兩口機采井平均日耗電量285.6 kWh，光伏裝置平均日發電量263.9 kWh，基本實現“自發自用”。從運行效果來看，預計年發電8.26×104kWh，25 a累計收益131萬元，投資回收期8.4 a。光伏發電量與機采井消耗電量統計見圖4。

漢字簡化后，親不見，愛無心，產不生，厰空空，麵無麥，運無車，導無道，兒無首，飛單翼，湧無力，有雲無雨，開関無門，鄉里無郎，聖不能聽也不能說，買成鉤刀下有人頭，輪成人下有匕首，進不是越來越佳而往井里走，可魔仍是魔。

按照上述依據進行計算，Y油田抽油機井場分布式光伏發電試驗站年可節標煤33 t(標煤)，節約運行成本6.37萬元，減少二氧化碳排放90 t，具有良好的節能減排效益。

3 結論及技術展望

結合Y油田抽油機井場分布式光伏發電試驗站運行效果，光伏發電技術成熟可靠，可以有效替代電網為油田機采井供電，同時可實現將多余發電量并入油田電網供其他負載使用；光伏發電站具體發電時長主要取決于日出、日落時間，Y油田光伏發電試驗站基本可以實現“自發自用，多余并網；光伏發電技術可以有效利用清潔能源替代傳統化石能源，對于油田綠色低碳轉型具備深遠的意義[10]。

Y油田含油面積197.9 km2，共建設油井9 446口，可滿足光伏發電建設的局屬地25.8 km2，預計可實現應用的機采井共1 231口。按照目前效果計算，單井年發電5×104kWh，年發電6155×104kWh，年創經濟效益3 921萬元。