白廣良

摘?要：隨著光伏新能源的蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛，在不同的領(lǐng)域中應(yīng)用，它也顯示著不同的特色與特性，在中石油集團(tuán)公司各大油氣開采井場(chǎng)空地的創(chuàng)新性應(yīng)用體現(xiàn)出它的雙向特性和資源整合效益與效率，它在油田電力生產(chǎn)中，具有伴生能源-共生能源的性質(zhì)，體現(xiàn)出了它的非凡的開采價(jià)值。

關(guān)鍵詞：光伏;新能源;伴生能源;共生能源;中油能源開發(fā)

中圖分類號(hào)：TB?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.27.073

1?光伏發(fā)電優(yōu)勢(shì)及現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

1.1?光伏發(fā)電優(yōu)勢(shì)

1.1.1?陽(yáng)光資源充足便捷又方便

太陽(yáng)能是一種完全由太陽(yáng)供能的可再生的“綠色”能源，它在每一個(gè)小時(shí)，地球所吸收太陽(yáng)的能量，就可以使得目前全球人類的能源需求獲得滿足。與需要提煉燃燒化石燃料、占地又費(fèi)時(shí)的傳統(tǒng)能源不同，任何人都能購(gòu)買和安裝太陽(yáng)能組件并享受豐富的太陽(yáng)能資源。因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，使用太陽(yáng)能還可顯著的長(zhǎng)期節(jié)約用電成本。

1.1.2?節(jié)省用電成本

安裝太陽(yáng)能組件還可以顯著降低每月用電成本和對(duì)電網(wǎng)的依賴，其所帶來(lái)的能源獨(dú)立性和持續(xù)性可以使用戶免受用電成本上升及燃料價(jià)格上漲的壓力。而隨著科技的進(jìn)步，光伏發(fā)電效率還將持續(xù)上升，這就使太陽(yáng)能在未來(lái)仍是一項(xiàng)高收益的解決方案及長(zhǎng)遠(yuǎn)投資。

1.1.3?無(wú)碳環(huán)保、清潔安全

長(zhǎng)期使用化石能源會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳及污染物，導(dǎo)致多種疾病產(chǎn)生及氣候變化。二氧化碳的大量排放會(huì)造成全球氣溫升高、海平面上升以及生態(tài)失衡。

太陽(yáng)能在將光能轉(zhuǎn)化為可用能源時(shí)，不產(chǎn)生二氧化碳及任何其它有害氣體，可作為可持續(xù)的無(wú)碳能源解決方案，對(duì)于減緩氣候變暖，避免對(duì)環(huán)境的進(jìn)一步損害非常重要。

1.1.4?國(guó)際提倡、國(guó)家支持

隨著《巴黎協(xié)定》于2016年11月4日的正式生效之后，新能源和清潔能源發(fā)展成為世界說能源發(fā)展領(lǐng)域的大趨勢(shì)，光伏作為最具有普遍性的清潔能源將會(huì)得到快速的應(yīng)用。我國(guó)全社會(huì)用電量增速基本都是在6.5%以上，而火電正在被替代、水電制約多發(fā)展慢、核能這方面還有安全的顧慮，未來(lái)這部分用電增量將大部分由風(fēng)、光、燃?xì)獾冗@三種清潔能源所承載，三者發(fā)電量增速將會(huì)超過20%，目前，每年投資額約7000億元以上，其中光伏是增長(zhǎng)速度最快的能源之一。

1.2?國(guó)內(nèi)目前發(fā)展現(xiàn)狀

2017年的光伏裝機(jī)量總量已經(jīng)大幅超過業(yè)內(nèi)人士的預(yù)期，前三季度，我國(guó)新增光伏裝機(jī)大約為43GW，同比增長(zhǎng)了65.4%，累計(jì)裝機(jī)量約為120GW，同比又增長(zhǎng)72.6%。其中新增分布式裝機(jī)15GW，同比也增長(zhǎng)了300%以上，累計(jì)分布式光伏裝機(jī)量超過25GW，占比已經(jīng)達(dá)到了21%，分布式裝機(jī)容量已經(jīng)遠(yuǎn)超預(yù)期。全年來(lái)看，光伏因分布式爆發(fā)新增裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)到55GW。

根據(jù)中國(guó)國(guó)家能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，中國(guó)到2020年以后，能源產(chǎn)出消費(fèi)的非化石能源占一次能源消費(fèi)總量將會(huì)超過15%。國(guó)家發(fā)改委、能源局發(fā)布的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030）》提出，到2030年，非化石能源發(fā)電占總發(fā)電量的50%，到2050年要占全國(guó)消費(fèi)總電量的70%-80%的區(qū)間之間，比起當(dāng)前的占比水平仍差距不小，光伏及可再生能源的發(fā)展還有很大提升空間。2017年，中國(guó)光伏新增裝機(jī)達(dá)到近50吉瓦的歷史新高，光伏新能源開發(fā)的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2017年11月，國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易試點(diǎn)的通知》，明確提出分布式發(fā)電就近利用清潔能源資源，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)完全市場(chǎng)化交易。分布式光伏沒有確定的指標(biāo)瓶頸，“隔墻售電”也突破限制，電網(wǎng)代收電費(fèi)不用再擔(dān)心違約問題。而且，市場(chǎng)已經(jīng)獲得各種突破，出現(xiàn)了分布式“光伏+”等各種模式，有屋頂光伏、農(nóng)光一體、漁光一體等，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，分布式的爆發(fā)2017年僅是起點(diǎn)。

2?光伏發(fā)電的工作原理及申請(qǐng)流程

2.1?光伏新能源系統(tǒng)的工作原理

（1）太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)光后，將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成直流電。

（2）太陽(yáng)能逆變?cè)O(shè)備將直流電儲(chǔ)存在蓄電瓶或逆變成交流電，并入油田電網(wǎng)。

（3）電網(wǎng)對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量、調(diào)度和使用。

2.2?組件類型

目前常用的光伏組件主要分為兩種：?jiǎn)尉ЫM件和多晶組件。

單晶組件：?jiǎn)尉ЫM件將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率更高，也更節(jié)省空間，而且設(shè)計(jì)美觀。

多晶組件：多晶組件生產(chǎn)過程便捷，性價(jià)比突出，是更經(jīng)濟(jì)、普遍的選擇。

分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)：

分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是指采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的需求側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。此系統(tǒng)臨近用電需求側(cè)，所發(fā)電能有效利用，以35千伏及以下的電壓等級(jí)接入地方線路。

分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可以安裝在陽(yáng)光充沛的地方。目前應(yīng)用最為廣泛的是安裝在建筑物屋頂?shù)姆植际焦夥⒕W(wǎng)項(xiàng)目，學(xué)校、商場(chǎng)、醫(yī)院、民居、別墅、廠房、企事業(yè)單位各種空閑用地和滿足載荷要求的混凝土、彩鋼板和瓦片式屋頂均可安裝分布式光伏電站，體現(xiàn)了用電需求側(cè)的就地消費(fèi)原則與優(yōu)勢(shì)。

2.3?申請(qǐng)流程

（1）提交申請(qǐng)后，供電企業(yè)會(huì)派人到現(xiàn)場(chǎng)勘察，然后會(huì)出臺(tái)一個(gè)詳細(xì)的方案措施，申請(qǐng)者根據(jù)方案措施來(lái)設(shè)計(jì)、購(gòu)買質(zhì)量好的太陽(yáng)能發(fā)電板、逆變器、支架等，然后進(jìn)行按照規(guī)程來(lái)安裝。之后供電企業(yè)來(lái)審核。在供電企業(yè)審核通過后，會(huì)派人安裝計(jì)量裝置、簽并網(wǎng)合同書，隨后進(jìn)行并網(wǎng)和調(diào)試。

（2）供電企業(yè)免除收取系統(tǒng)的容量費(fèi)，從并網(wǎng)申請(qǐng)到并網(wǎng)調(diào)試全程不收費(fèi)，發(fā)電量既可以全部上網(wǎng)也可以全部自用。

3?光伏發(fā)電的收益率

北京、遼寧等地區(qū)都屬于第二資源區(qū)（國(guó)家根據(jù)光伏發(fā)電各地區(qū)補(bǔ)貼政策的不同而劃分）。

以北京為例來(lái)說明：

年平均光照：4.46kwh/m2/day

居民電價(jià)：0.52元/度，商業(yè)電價(jià)：0.79元/度

預(yù)估年發(fā)電量：4.46*10*365=16279度

（1）10kW“全額上網(wǎng)”模式。

預(yù)估年收益：16279*0.65=10581.35元

（2）商用10kW“全部自用”模式。

預(yù)估年收益：16279*（0.79+0.37）=18883.64元

綜上所述，在三類資源區(qū)內(nèi)，采用“全部自用”模式的度電收益會(huì)遠(yuǎn)高于“全額上網(wǎng)”模式，特別是在煤改電、用電量和用戶大量增加的當(dāng)下，相信光伏發(fā)電的自發(fā)自用將會(huì)越來(lái)越多，而隨著光伏電站成本的下降，也必然會(huì)為光伏發(fā)電帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景。

附光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)格參數(shù)表、光伏電價(jià)分類表、各資源區(qū)電價(jià)表。

以和平陽(yáng)光為例，光伏系統(tǒng)容量及規(guī)格參數(shù)表1。

4?光伏發(fā)電在中油公司各大采油廠的應(yīng)用

每個(gè)采油廠都有數(shù)以百計(jì)的井站或獨(dú)立的井場(chǎng)，這些井場(chǎng)空地作為作業(yè)備用地，利用效率極低，又臨近電力需求側(cè)，所以完全可以充分利用其資源，以采油廠井場(chǎng)為單位進(jìn)行光伏并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)利益多重化。

投資模式一：

一個(gè)普通井場(chǎng)50m×50m，2500平方米，約占地4畝，余地取666平米（一畝地），可安裝光伏扳100kW。純利潤(rùn)可達(dá)18.88萬(wàn)元。全采油廠設(shè)有井場(chǎng)700個(gè)，每年光伏效益可達(dá)700×18.88萬(wàn)元=1.32億元。

投資規(guī)模：100kW需投資60萬(wàn)，總投資為4.2億元。

投資模式二：

也可以分階段投資建設(shè)：

第一階段：在每條線路的末端取井場(chǎng)集中建設(shè)，每個(gè)電站規(guī)模在100萬(wàn)元左右，總投資規(guī)模3000萬(wàn)元，總效益規(guī)模1000萬(wàn)元。

第二階段：在各個(gè)井場(chǎng)進(jìn)行按容量及負(fù)荷大小分批建設(shè)，總效益規(guī)模2000萬(wàn)元以上。

第三階段：增設(shè)附屬設(shè)備，集中油田公司的閑散用地、房頂?shù)?，繼續(xù)擴(kuò)大分布式光伏電站的建設(shè)規(guī)模，總效益規(guī)模在5000萬(wàn)元以上。

中國(guó)石油公司有數(shù)百個(gè)采油廠，井場(chǎng)無(wú)數(shù)，資源多多，只要充分利用，效益無(wú)法估量。

5?光伏系統(tǒng)對(duì)采油的積極影響

5.1?提高線路末端電壓，改善電壓質(zhì)量

采油廠線路較長(zhǎng)，供電半徑大，末端負(fù)荷重，電壓壓降大。例如雙五站線、雙七站線線路較長(zhǎng)，末端電壓低，影響采油。

5.2?提高電機(jī)機(jī)械效率，減少渦流、銅損等線路損耗

采油廠抽油機(jī)所用動(dòng)力系統(tǒng)為高轉(zhuǎn)差率雙速電機(jī)，這種電機(jī)的機(jī)械特性較軟，受負(fù)荷、電壓、電流的影響較大，因此能夠提高電機(jī)的機(jī)械效率，減少線損。

5.3?減少電力系統(tǒng)線損，提高設(shè)備的利用效率

采油廠所用電力經(jīng)過兩次降壓和長(zhǎng)距離輸送，再加上負(fù)荷大、電流大，使得電力系統(tǒng)線路損耗嚴(yán)重。有利于減少線損，降低絕緣老化速率，提高設(shè)備的利用率。

5.4?提高抽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，提高采油速度

根據(jù)理論計(jì)算，在線路末端電壓質(zhì)量得到改善后，電機(jī)的機(jī)械效率也得到提高，電動(dòng)機(jī)輸入電壓降低，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)大大降低（轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比）。機(jī)械效率提高了，同等的電能消耗，提高了電機(jī)的出力，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高約5%，采油速度也相應(yīng)提高，具體理論闡述見第7節(jié)。

6?光伏發(fā)電項(xiàng)目在油田電力生產(chǎn)的綜合線損與綜合效益分析

油田有大量的井場(chǎng)空地，臨近電力需求側(cè)，油田電網(wǎng)供電半徑較大，負(fù)荷較重。這些客觀條件成就了油田光伏新能源開發(fā)的特殊性質(zhì)：

（1）光伏電能一度電在使用價(jià)格上等效于遠(yuǎn)距離傳輸來(lái)的電能的兩度電。全國(guó)上網(wǎng)電價(jià)在0.38元度左右，商業(yè)用電在0.76元度左右，再加上容量費(fèi)等因素，綜合線損為50%以上。所以光伏電自發(fā)自用，一度電相當(dāng)于發(fā)電廠發(fā)出兩度電的價(jià)格。

（2）光伏電能獲得國(guó)家補(bǔ)貼額度達(dá)到發(fā)一度電獲得一度電的價(jià)格補(bǔ)貼。

（3）光伏電能改善用電質(zhì)量，提高電機(jī)的運(yùn)行效率，增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩，提高采油速率。由于采油端負(fù)荷一定，線路末端電壓質(zhì)量得到改善，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電壓的平方成正比。因此，轉(zhuǎn)速提高，提高了采油速度，改善了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率;電流降低，減少了銅損與鐵損的損耗。

（4）光伏電能節(jié)省了煤炭資源，減少了二氧化碳的排放量，具有重大的環(huán)保意義。光伏電一度電等效于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)幕鹆Πl(fā)電的2.5度，相當(dāng)于0.3kg標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗。少消耗了煤電也就減少了二氧化碳的排放量和不可再生資源的消耗。

（5）在油田生產(chǎn)中有井場(chǎng)空地，可以充分利用空間，充分利用設(shè)備，充分利用就近電力需求側(cè)，形成“三位一體”式綜合創(chuàng)效模式。

綜合以上五點(diǎn)，可以將井場(chǎng)光伏電廠等效看作為伴生能源-共生能源開發(fā)，在油田礦區(qū)井場(chǎng)組建光伏電廠，進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)和增加技術(shù)措施來(lái)輔助采油，光伏電能加上增油效益的綜合效益投資回報(bào)率初步估計(jì)應(yīng)該在50%以上。也就是說，實(shí)際資金回轉(zhuǎn)周期為三年，綜合效益資金回報(bào)周期為兩年。該項(xiàng)目如此高的資金回報(bào)率除了與不斷的技術(shù)革新、成本的不斷下降和能源需求的不斷上升有關(guān)，也和國(guó)家不斷出臺(tái)的大力扶持鼓勵(lì)政策分不開的。

7?三相異步電機(jī)輸入電壓變化與電機(jī)機(jī)械特性之間的關(guān)系

7.1?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，如圖2，高轉(zhuǎn)差率雙速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較軟，它的軟特性是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n隨其轉(zhuǎn)矩的增加而急劇下降。其特點(diǎn)表現(xiàn)為當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，其過載能力非常強(qiáng)，M和n的乘積基本不變，輸出功率變化較小。但過負(fù)荷容易降低機(jī)械效率，尤其是在壓降較大的線路，能耗與效率會(huì)大幅改變。

7.2?電機(jī)的人為機(jī)械特性

電機(jī)除了其固有的機(jī)械特性以外，當(dāng)以實(shí)驗(yàn)為目的的人為地改變其電機(jī)的某項(xiàng)電參數(shù)時(shí)，其機(jī)械特性也會(huì)隨之變化而改變，這種改變的機(jī)械特性被稱為人為機(jī)械特性。以目前中油公司采油廠所使用的雙速電動(dòng)機(jī)為，當(dāng)降低供電電壓時(shí)，由于空載轉(zhuǎn)速n0與電壓的平方成正比，轉(zhuǎn)差率比較高的電機(jī)的輸出效率容易受力矩的影響較大，因此電壓的變化對(duì)電機(jī)輸出功率的影響也比較大，目前中油公司使用的是雙速高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，每條線路的負(fù)荷較重，供電半徑較大，因此，線路壓降對(duì)采油的影響比較大，光伏輔助采油系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)格狀的電流源，能夠有效的補(bǔ)充電力需求和提升電壓，改善電流做功，對(duì)線路的壓降也有巨大的改善作用。

由以上機(jī)械特性曲線可以看出，在電流不變、轉(zhuǎn)矩不變的情況下，電壓升高，轉(zhuǎn)速就會(huì)大幅提高，同樣在相同的電流、相同的轉(zhuǎn)速的情況下，電壓升高，轉(zhuǎn)矩就會(huì)大幅提高，改善了電機(jī)的輸出效率，同時(shí)對(duì)于節(jié)能也有著重大的意義。

8?系統(tǒng)總結(jié)

光伏新能源開發(fā)在世界范圍內(nèi)廣泛開展，但是在油田電力生產(chǎn)中，尤其是油田6kv電網(wǎng)的應(yīng)用與開發(fā)，尚屬一項(xiàng)創(chuàng)新性的舉措，結(jié)合油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和客觀條件，它具有了其他領(lǐng)域所不具備的優(yōu)勢(shì)和不同凡響的性質(zhì)-伴生與共生特性，其開采價(jià)值非同凡響，其后續(xù)新的構(gòu)思和創(chuàng)新性思想會(huì)進(jìn)一步激發(fā)對(duì)該伴生能源-共生能源的新創(chuàng)舉。

參考文獻(xiàn)

[1]常建生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]彭宏才.電機(jī)原理及拖動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]邱關(guān)源.電路[M].北京：高等教育出版社，2006.