陳健

（大慶油田裝備制造集團(tuán)吉林分公司，黑龍江 大慶 163000）

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用過程中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括這一技術(shù)在應(yīng)用過程中不需要燃燒燃料，而且有無限的能源。清潔能源在應(yīng)用過程中不會(huì)排放二氧化碳等有害物質(zhì)，既不會(huì)消耗大量能源，也不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，提高油田系統(tǒng)的安全性和可靠性。而且在實(shí)際應(yīng)用過程中沒有較為煩瑣的操作，系統(tǒng)維護(hù)工作也相對(duì)簡(jiǎn)單。將光伏發(fā)電系統(tǒng)和石油行業(yè)相結(jié)合，二者之間能夠相互支撐，也能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以此促進(jìn)石油行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要原理是光生伏特效應(yīng)，通過應(yīng)用太陽能電池，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能和電能之間的轉(zhuǎn)化，形成完善的發(fā)電系統(tǒng)。白天太陽能電池對(duì)太陽輻射光線進(jìn)行吸收，半導(dǎo)體中能夠產(chǎn)生電極相反的電子，半導(dǎo)體所產(chǎn)生的靜電離子能夠?qū)d流子進(jìn)行分離，同時(shí)被光伏電池的負(fù)極和正極所吸收，在外電路中產(chǎn)生電流，形成電能。太陽能電池中主要可以分為兩部分，其中一部分為蓄電池組充電，另一部分為負(fù)載供電。通過蓄電池對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，在陰雨天氣和夜晚，光伏電池組件無法對(duì)太陽能進(jìn)行吸收時(shí)，就會(huì)將儲(chǔ)存電能進(jìn)行有效適當(dāng)，以此盡可能地滿足供電需求。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

可以將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，主要包括蓄電池、電池陣列和控制器等多個(gè)組成部分。如果陽光充足的情況下太陽能電池陣列，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載供電，同時(shí)也能夠給蓄電池組充電，在夜晚或者需要應(yīng)用時(shí)，主要通過蓄電池放電功能為負(fù)載所需電能。太陽能電池在陣列工作中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將逆變器應(yīng)用其中，對(duì)直流電與交流電的轉(zhuǎn)換的方法為交流荷載提供所需電能。圖1 為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，主要包括并網(wǎng)逆變器和太陽能電池陣列。應(yīng)用并網(wǎng)逆變器將太陽能組件所產(chǎn)生的直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其符合當(dāng)前電網(wǎng)要求，同時(shí)進(jìn)入公共電網(wǎng)中。逆變器在其中有著極其重要的作用，能夠提高交流輸出質(zhì)量，也能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行優(yōu)化，從而更好地滿足國(guó)家電能要求。

（3）混合光伏發(fā)電系統(tǒng)。這一系統(tǒng)在應(yīng)用過程中除了對(duì)太陽能電池陣列進(jìn)行應(yīng)用外，還需要對(duì)其他技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行綜合應(yīng)用和分析，提高系統(tǒng)的抗陰天能力，使供電系統(tǒng)的持續(xù)性和可靠性得到提升。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)中，主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池、蓄電池、風(fēng)能控制器等。對(duì)風(fēng)力資源進(jìn)行合理應(yīng)用，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電過程中，所以需要對(duì)能源順序進(jìn)行設(shè)置，優(yōu)先使用太陽能和風(fēng)能，在必要時(shí)才能應(yīng)用蓄電池，通過這種方法能夠有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，大幅度降低了蓄電池的維修和維護(hù)成本。光油互補(bǔ)供電系統(tǒng)中，主要包括太陽能控制器、太陽能電池陣列、蓄電池和低壓致自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)等，可以將柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。在有光的情況下，通過太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有效供電，在夜間，蓄電池呈現(xiàn)出負(fù)載狀態(tài)，柴油發(fā)電機(jī)在蓄電池電壓較低的過程中，通過自動(dòng)啟動(dòng)和為蓄電池和負(fù)載提供電池，以此來度過系統(tǒng)的困難時(shí)期。市電互補(bǔ)光伏供電系統(tǒng)中，主要包括太陽能控制器、太陽能電池陣列、蓄電池組和雙向逆變器。在陽光充足的過程，能夠通過太陽能光伏系統(tǒng)進(jìn)行供電。夜間市電為負(fù)載供電，能夠有效提高供電的安全性和可靠性，以此來減少供電的工作時(shí)間。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在油田設(shè)計(jì)原則和步驟

3.1 原則

光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是在保障負(fù)載用電需求的情況下，明確太陽能電池最少組件和最小電池容量，盡可能地減少投資，同時(shí)，對(duì)可靠性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分考慮。

3.2 步驟

在設(shè)計(jì)步驟中，需要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理選擇，主要根據(jù)油田的特點(diǎn)和長(zhǎng)輸管線的距離對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行選擇。

根據(jù)廠家所反饋的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行明確，通常為照明供電、RTU，并對(duì)負(fù)載工具進(jìn)行擬定，具體要求在220VAC 太陽能系統(tǒng)輸出電壓等級(jí)，同時(shí)連續(xù)三天陰雨天氣的情況下也能夠維持正常運(yùn)行。在對(duì)控制器進(jìn)行選擇時(shí)，需要對(duì)太陽能板的充電電流進(jìn)行計(jì)算，并選擇合適的控制器，這一具有防過敏、防反接和防過充保護(hù)功能，通過對(duì)控制器的合理應(yīng)用能夠加強(qiáng)對(duì)太陽半輸出功率的控制。系統(tǒng)控制器在應(yīng)在日照充足的條件下進(jìn)行工作，通過太陽能板對(duì)蓄電池供電和系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，陰雨天或者夜間情況下，如果太陽能無法提供充足的電能，就能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池供電。

4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在油田設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

目前，光伏太陽能技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于油田行業(yè)中。近年，油田逐漸在輸油管道加熱、油氣管道閥室電源、上海平臺(tái)照明、油氣管道自控測(cè)控系統(tǒng)、邊遠(yuǎn)井供電系統(tǒng)等諸多方面對(duì)太陽能光伏技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

4.1 油氣管道閥室電網(wǎng)

通常在偏遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用油氣管道閥室，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，所獲得的電源不夠穩(wěn)定。油田設(shè)計(jì)過程中主要將光伏太陽能技術(shù)為油氣管道閥室提供有效系統(tǒng)供電，不僅可以盡可能使電力鋪設(shè)成本降低，也能夠使電力的可行性顯著提升。在川氣東送項(xiàng)目中，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行有效應(yīng)用，而且在錦州油氣管道項(xiàng)目中，也能夠?yàn)橛蜌夤艿篱y室有效供電。

4.2 油氣設(shè)施陰極保護(hù)電源

電化學(xué)腐蝕能夠?qū)τ蜌鈨?chǔ)存載體的使用壽命造成一定影響，目前通過應(yīng)用陰極保護(hù)措施能夠有效對(duì)油氣管道電化學(xué)腐蝕和原油儲(chǔ)罐中存在的問題進(jìn)行有效解決。光伏太陽能電源系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中不會(huì)受到空間的限制，能夠提供更加穩(wěn)定的電源。

4.3 油氣管道自控自測(cè)系統(tǒng)

在石油開采過程中，大部分的設(shè)備都設(shè)置在野外或者海上，在維護(hù)和檢修過程中，需要花費(fèi)大量的人力和財(cái)力，石油和天然氣最合理最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式就是管道運(yùn)輸。石油和天然氣在人們?nèi)粘Ｉ钪?，有著極其重要的作用和影響，而且具有易燃易爆的特點(diǎn)，所以需要保障油氣管道的穩(wěn)定運(yùn)行。管道在長(zhǎng)期使用以后，可能會(huì)存在外部腐蝕、外部干擾等多種情況，從而導(dǎo)致管道運(yùn)輸過程中出現(xiàn)泄漏，不然會(huì)危害生態(tài)環(huán)境，還可能會(huì)造成嚴(yán)重的火災(zāi)和爆炸事故。所以，需要采用多種有效措施對(duì)油氣管道的運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)油氣管道和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行定期檢測(cè)和維護(hù)，以此來保障油氣管道的安全運(yùn)行，避免經(jīng)濟(jì)損失。將遙控系統(tǒng)和遙測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于石油開采設(shè)備中，能夠節(jié)省大量的物力和人力，有效提高生產(chǎn)效率。通過應(yīng)用光伏太陽能系統(tǒng)，可以為遠(yuǎn)程操控設(shè)施提供穩(wěn)定的電力。

4.4 LED 路燈綠色照明系統(tǒng)

LED 路燈主要應(yīng)用的是太陽能電池板系統(tǒng)，不需要應(yīng)用大量復(fù)雜的電纜和管線，而且具有環(huán)保功能和節(jié)能功能，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，屬于一種新型的綠色照明系統(tǒng)。這一系統(tǒng)中，主要包括蓄電池、太陽能電池、LED 燈、充放電控制器、燈桿等。通過單片機(jī)的充放電控制電路能夠?qū)ED 路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，也能夠?qū)ED 路燈的管理控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在油田生產(chǎn)和開采過程中，LED 路燈是不可或缺的一部分內(nèi)容，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)通常應(yīng)用的是高壓鈉燈，在應(yīng)用過程中沒有較強(qiáng)的照明效果，而且還會(huì)產(chǎn)生較大的能源浪費(fèi)。所以將LED 路燈應(yīng)用于油田工程中，能夠?qū)崿F(xiàn)新能源的開發(fā)和利用，對(duì)油田工程有著積極作用。

LED 路燈中最核心的部分就是太陽能電池板。太陽能電池板屬于半導(dǎo)體器件，其中包含PN 結(jié)，通過應(yīng)用光生伏特的原理，可以實(shí)現(xiàn)太陽能和電能的轉(zhuǎn)換。LED屬于一種新型環(huán)保節(jié)能型的半導(dǎo)體光源，也是路燈當(dāng)中最理想的光源。將功率電子技術(shù)應(yīng)用于LED 路燈當(dāng)中，并加入驅(qū)動(dòng)器，能夠保障電源的穩(wěn)定性。同時(shí)，在LED路燈中包含兩種輸出模式，分別為超級(jí)能脈沖寬度調(diào)變模式和高效率增強(qiáng)模式，將這兩種模式根據(jù)時(shí)間的變化情況進(jìn)行適當(dāng)控制和調(diào)節(jié)，可以在需要的時(shí)間段對(duì)LED路燈的照明效果進(jìn)行增強(qiáng)，提高照明質(zhì)量，在一些不必要的時(shí)間段可以開啟超節(jié)能模式，盡可能地節(jié)約電力，延長(zhǎng)LED 路燈的工作時(shí)間。將LED 路燈照明系統(tǒng)應(yīng)用于油田工程中，具有較強(qiáng)的可行性。建設(shè)資源節(jié)約型設(shè)備對(duì)于油田工程來說，是一項(xiàng)良好的舉措。在大部分油田開采環(huán)境中，都具有較長(zhǎng)的日照時(shí)間，能夠?yàn)檎彰飨到y(tǒng)提供充足的太陽能資源。

4.5 邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石油、天然氣和煤炭能源的節(jié)約，還能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，屬于一種新型的可再生能源，也是一項(xiàng)適合長(zhǎng)期投入的產(chǎn)業(yè)?？梢詫⒐夥l(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于邊遠(yuǎn)油井供電系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的充分應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和井網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)油井的生產(chǎn)需求盡可能地滿足。并網(wǎng)光伏電站中主要包括并網(wǎng)逆變器計(jì)量開關(guān)、電池板方陣，這一系統(tǒng)所輸出的電力屬于三相交流電，與電力網(wǎng)的品質(zhì)相同。電站在應(yīng)用過程中，可以實(shí)現(xiàn)油井值房和供油井抽油機(jī)的配套使用，如果發(fā)電量存在盈余，可以將其傳輸至電網(wǎng)當(dāng)中。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，主要包括太陽能離網(wǎng)逆變控制器、電池板方陣和蓄電池。在陽光充足的情況下，能夠?yàn)樾铍姵爻潆姡谝雇砟軌蛲ㄟ^逆變器將蓄電池中的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)有效供電。

4.6 油井生產(chǎn)設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng)

油田屬于一種沒有圍墻的工廠，在油田開采和生產(chǎn)過程中，所有的設(shè)備都安置在野外，所以經(jīng)常發(fā)生井口原油被盜或者控制箱和變壓器的設(shè)備被偷的情況。所以可以將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用其中，開發(fā)一種將太陽能作為主要?jiǎng)恿Φ姆辣I報(bào)警裝置。在這一裝置中，主要應(yīng)該包括防爆傳感器、無線報(bào)警主機(jī)、太陽能電池板、防爆接線盒、智能控制器和太陽能專用蓄電池?fù)踝〉膬?nèi)容。在對(duì)報(bào)警裝置進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該采用全數(shù)碼信息傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無線轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信號(hào)和信號(hào)探測(cè)器的一體化。在所有的油井中，都需要設(shè)置防爆傳感器，傳感器在實(shí)際應(yīng)用過程中，連接太陽能發(fā)射主機(jī)。如果進(jìn)口原油和設(shè)備被盜，那么報(bào)警裝置就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通過無線發(fā)射的方法及時(shí)將信號(hào)傳送到主機(jī)中，從而完成報(bào)警。

5 結(jié)語

總體而言，太陽能是我國(guó)一種新型能源，也是最大的綠色能源，對(duì)太陽能進(jìn)行利用是我國(guó)能源變革中最重要的舉措。太陽能的應(yīng)用能夠?yàn)槲覈?guó)社會(huì)創(chuàng)造良好的綠色低碳環(huán)境，樹立節(jié)能減排形象。而且我國(guó)“十二五”計(jì)劃針對(duì)光伏太陽能技術(shù)提出了明確的目標(biāo)，并將這一目標(biāo)作為未來的發(fā)展方向和研究方向，我國(guó)還給予了相應(yīng)的政策支持。在油田發(fā)展過程中，應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，能夠使油田實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排綠色發(fā)展。運(yùn)用先進(jìn)的光伏技術(shù)和系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)⑿滦涂稍偕茉崔D(zhuǎn)化為先進(jìn)生產(chǎn)力，能夠推動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展和社會(huì)教育的發(fā)展。