劉子勇 劉宏亮 李靜靜 高中顯 任曉勇

（1.勝利石油管理局有限公司新能源開發(fā)中心；2.勝利石油管理局有限公司運(yùn)輸分公司）

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源消耗量急劇增加，全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等一系列環(huán)境問題開始出現(xiàn)，節(jié)能減排成為當(dāng)前應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)鍵手段。為降低環(huán)境的影響，在減少化石能源的消耗量的同時(shí)，需要增加清潔可再生能源的開發(fā)利用效率。如何提高可再生能源的消納比例，實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效利用，是目前亟需解決的問題和技術(shù)突破的主要方向[1]。

可再生能源都具有間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，如太陽能光伏發(fā)電受晝夜、季節(jié)、氣候等隨機(jī)因素影響大，大規(guī)模接入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生不利影響。為引導(dǎo)可再生能源利用形式，“就地分散開發(fā)、就近消納利用”成為當(dāng)前國家對(duì)分布式發(fā)電項(xiàng)目的政策導(dǎo)向。同時(shí)，多能互補(bǔ)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的物理基礎(chǔ)和落地形式，通過能源互聯(lián)技術(shù)對(duì)多種清潔能源進(jìn)行優(yōu)化組合配置，互補(bǔ)運(yùn)行，取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級(jí)利用，以提升電力系統(tǒng)消納間歇性可再生能源的能力和綜合效益。

1 區(qū)域資源概況

1.1 勝利油田能耗概況

勝利油田作為國內(nèi)大型油氣生產(chǎn)基地，既是產(chǎn)能大戶，同時(shí)也是耗能大戶。隨著東部老油區(qū)采出液綜合含水日益上升，原油產(chǎn)量逐步遞減，地面工程系統(tǒng)能力過剩，運(yùn)行能耗高，噸油氣成本居高不下，影響著油田開發(fā)整體效益。目前油氣生產(chǎn)主要耗能設(shè)備主要分布在機(jī)采、注水、注汽、集輸四大地面工程系統(tǒng)，現(xiàn)有主要耗能設(shè)備設(shè)施3 萬余臺(tái)，噸油氣綜合能耗達(dá)到110 kg/t（標(biāo)煤），能源消耗占分公司油田板塊總能耗的90%以上。利用清潔能源替代常規(guī)化石能源，成為降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，削減安全風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑之一[2]。

近年來，勝利油田以樂安聯(lián)合站為試點(diǎn)，充分利用油田采出水余熱資源和本區(qū)域太陽能資源，形成“余熱+光伏”的能源互聯(lián)技術(shù)，降低了聯(lián)合站原油加熱工藝環(huán)節(jié)對(duì)天然氣的消耗，提高了能源綜合利用效率。

1.2 油田采出水余熱資源

向油層注水保持油層壓力來提高原油采收率是目前我國油田主要開發(fā)手段。勝利油田采出液綜合含水高達(dá)90%左右，現(xiàn)有污水處理站72 座，日處理水量約89.9×104m3，溫度在43～60 ℃。污水回注前均經(jīng)過了除油除懸浮物處理，并且對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行了控制，腐蝕、結(jié)垢的趨勢(shì)較弱，是有潛力進(jìn)行綜合利用的地?zé)豳Y源之一。按10 ℃溫差計(jì)算，年可利用余熱資源1 305×104GJ。同時(shí)與地?zé)崮艹Ｒ?guī)開發(fā)利用相比，具有與油田生產(chǎn)關(guān)系密切，不需要額外的地?zé)峋@井及尾水回灌工程投資及運(yùn)行費(fèi)用，以及綠色節(jié)能、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)[3]。

1.3 太陽能資源

東營地區(qū)年平均太陽總輻射量為5 199 MJ/m2，即1 441 kWh/m2， 年平均日照時(shí)數(shù)2 712.5 h，水平面上的年平均峰值日照時(shí)數(shù)為4.29 h，即年峰值日照時(shí)數(shù)為1 390 kWh/m2左右，為太陽能資源三類地區(qū)，接近資源較豐富的二類地區(qū)[4]。

2 項(xiàng)目介紹

2.1 余熱利用部分

2.1.1 聯(lián)合站工藝概況

勝利油田樂安聯(lián)合站負(fù)責(zé)草橋區(qū)塊產(chǎn)出液的脫水、原油凈化外輸和污水處理。原油處理采用“稀油混摻+熱化學(xué)沉降”工藝，設(shè)計(jì)原油年脫水能力160×104t。樂安聯(lián)合站每年消耗天然氣458×104m3，通過燃?xì)饧訜釥t對(duì)含水原油及油水乳狀液進(jìn)行加熱促進(jìn)油水分離，或?qū)ν廨斣徒叼ぽ斔汀Ｎ鬯幚聿捎谩?重力沉降＋過濾” 工藝。 設(shè)計(jì)能力1.0×104m/d，實(shí)際處理水量約為8 000～10 000 m3/d，溫度為56～60 ℃。污水余熱資源豐富、品質(zhì)較高，熱量未經(jīng)利用便回注至地層。

2.1.2 設(shè)計(jì)思路

余熱利用采用“電動(dòng)壓縮式高溫?zé)岜?換熱器”技術(shù)，提取采出水余熱，通過三級(jí)升溫，完全替代現(xiàn)有加熱爐系統(tǒng)。采用“循環(huán)水+風(fēng)機(jī)盤管”采暖系統(tǒng)替代現(xiàn)有蒸汽供暖系統(tǒng)。如圖1 所示。電動(dòng)壓縮式高溫?zé)岜脵C(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器組成，輸入壓縮機(jī)電功，而驅(qū)動(dòng)熱泵循環(huán)，使工質(zhì)在熱泵機(jī)組中每循環(huán)一次發(fā)生兩次相變，其中流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)從低溫?zé)嵩次鼰嵴舭l(fā)以利用余熱，再被壓縮機(jī)壓縮后流經(jīng)冷凝器，向高溫使用側(cè)放熱冷凝，實(shí)現(xiàn)制熱目的。

2.1.3 具體方案

熱泵余熱站內(nèi)置熱泵機(jī)組、水泵、板式換熱器、電氣控制室，并入聯(lián)合站工藝流程，如圖2 所示：采出水進(jìn)入換熱器，與低溫循環(huán)清水進(jìn)行換熱，低溫清水在污水換熱器內(nèi)吸收熱量溫度進(jìn)入熱泵的蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)釋放熱量，由低溫清水循環(huán)泵輸送到污水換熱器完成循環(huán)。中介水由高溫清水循環(huán)泵輸送至熱泵，在熱泵的發(fā)生器和冷凝器內(nèi)吸收熱量后溫度升到90 ℃，90 ℃的高溫?zé)崴謩e進(jìn)入含水原油換熱器、稀油換熱器，在換熱器中換熱降溫至55 ℃后由高溫清水循環(huán)泵輸送回?zé)岜猛瓿裳h(huán)。

圖1 余熱利用項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

圖2 余熱利用項(xiàng)目工藝流程

2.1.4 能耗對(duì)比

余熱利用項(xiàng)目改造前，聯(lián)合站原油加熱爐燃?xì)饬繛?58×104m3/a。項(xiàng)目改造后，余熱利用站用電量 約 為 908.7× 104kWh/a， 減 少 能 量 損 耗8.6×104GJ/a。

表1 余熱利用項(xiàng)目改造前后能耗對(duì)比情況

2.2 太陽能光伏發(fā)電部分

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

樂安聯(lián)合站污水余熱利用項(xiàng)目具有用電量大等特點(diǎn)，并網(wǎng)接入條件優(yōu)越，同時(shí)樂安聯(lián)合站現(xiàn)有閑置屋頂資源，特別適合建設(shè)屋頂太陽能分布式光伏并網(wǎng)電站。利用站內(nèi)的原油處理站、污水處理站、余熱換熱站及鄰近單位等閑置屋頂建設(shè)安裝太陽能電池方陣。如圖3 所示。

圖3 聯(lián)合站閑置屋頂資源

主要技術(shù)原理：太陽電池方陣在太陽光輻照下發(fā)出直流電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，供余熱換熱站熱泵使用，系統(tǒng)同時(shí)又與電網(wǎng)相聯(lián)，在熱泵系統(tǒng)停運(yùn)檢修時(shí)，可將太陽電池方陣發(fā)出的電量經(jīng)并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)榉纤与娋W(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電饋入高壓電網(wǎng)[5]。 如圖4 所示。

圖4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

2.2.2 具體方案

總裝機(jī)容量為783 kW，共計(jì)安裝2 900 塊270 W 多晶硅光伏組件。其中：

聯(lián)合站屋頂用1 120 塊光伏組件，污水處理站820 塊光伏組件，余熱利用站屋頂用480 塊，臨近單位屋頂用480 塊。

聯(lián)合站與臨近單位的并網(wǎng)逆變器，經(jīng)交流匯流箱匯流后至交流并網(wǎng)配電箱，經(jīng)三相計(jì)量表后接入0.4 kV 配電室Ⅰ段母線；余熱利用站與污水處理站的并網(wǎng)逆變器，經(jīng)交流匯流箱匯流后至交流并網(wǎng)配電箱，經(jīng)三相計(jì)量表后接入0.4 kV 配電室Ⅱ段母線。并入Ⅰ段母線的容量為399.6 kW，并入Ⅱ段母線的容量為383.4 kW。項(xiàng)目實(shí)施后，所發(fā)電量可實(shí)現(xiàn)全部自發(fā)自用。

根據(jù)光伏組件使用10 年輸出功率下降不得超過使用前的10%，光伏組件使用20 年輸出功率下降不得超過使用前的20%，光伏組件使用壽命不得低于25 年的特點(diǎn)，經(jīng)測(cè)算可得：年均共可發(fā)電87.4×104kWh。

3 項(xiàng)目效益及推廣前景

“余熱+光伏”項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了清潔能源互聯(lián)利用，一是通過余熱利用減少了天然氣資源消耗；二是通過太陽能光伏發(fā)電減少了余熱利用系統(tǒng)耗電。促進(jìn)了油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益和清潔能源利用效率的顯著提升。項(xiàng)目實(shí)施后，年可節(jié)約標(biāo)煤2 938 t，年減排二氧化碳7 678 t、二氧化硫24.9 t、氮氧化物21.7 t。

勝利油田總占地面積833.4 km2，其中：井場(chǎng)占地266.7 km2，油田閑置土地、井場(chǎng)及廠礦屋頂?shù)燃s130 km2，用電區(qū)域點(diǎn)多、面廣，石油礦場(chǎng)區(qū)域有足夠的建筑屋頂和場(chǎng)地資源，具有開發(fā)太陽能光伏、光熱和場(chǎng)地資源優(yōu)勢(shì)?？筛鶕?jù)油田資源條件及組成，因地制宜地實(shí)施“光伏+”能源互聯(lián)技術(shù)，發(fā)揮各類能源優(yōu)勢(shì)，取長補(bǔ)短，有利于促進(jìn)新能源消納和增加可再生能源利用比重，進(jìn)一步推進(jìn)油田綠色低碳發(fā)展。