太阳能在自喷井监测中的节能应用

门虎曾志强张玉华

（1.新疆油田分公司石西油田作业区；2.新疆油田分公司风城油田作业区）

新疆石西油田位于准葛尔盆地古尔班通古特沙漠腹地，属于典型的大陆性沙漠气候，气象十分恶劣，昼夜温差大，夏季干热，冬季寒冷，降水稀少，蒸发量大，太阳年辐射约565 kJ/cm2，年日照约2900 h，太阳能资源丰富。主力油藏石炭系为深层火山岩油藏，具有裂缝发育，底水能量强，异常高压等特点，油井自喷能力强、周期长。自喷井监测系统如采用市电进行供电，需要架设线路，这样就会增加整个系统的成本，并且浪费资源。由于自喷井监测点少，用电负荷小，采用太阳能提供电源，实现自动化监测。这种绿色环保、无需消耗燃料和不用连接线路的供电方式为系统提供电能，适应了沙漠油田的地理环境，符合节能环保，绿色发展的理念。

1 太阳能供电系统组成及性能

1.1 供电系统组成

太阳能供电系统的应用原理是利用太阳能板将太阳能转化为电能，储存在蓄电池中，再通过蓄电池将储存的电能以直流电的形式提供给用电设备。太阳能供电系统由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池组成，见图1。

1.2 设备性能

1.2.1 太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能供电系统的核心部分，它是将光能直接转换成电能的半导体器件，可以单独使用，也可多个连接起来组成方阵使用，与蓄电池配合可作为直流电源供昼夜、阴雨天连续使用。太阳能电池板具有体积小、可靠性高、寿命长、无环境污染、使用维护方便等特点[1]。

图1 自喷井太阳能供电系统组成示意图

1.2.2 充放电控制器

充放电控制器控制整个系统的工作状态，通过对输入、输出电压，输入、输出电流的检测，根据当前太阳能能量情况和蓄电池电量状态合理进行充放电管理。

1.2.3 蓄电池

太阳能供电系统的蓄电池具有自放电率低，充电效率高，放电能力强，使用寿命长。少维护或免维护，工作温度适应高低温。现场一般选用工业密封式免维护铅酸蓄电池。

2 现场应用

为实现对石西油田自喷井数据传输及监测，在55口自喷井上分别安装EXS1000远程终端，对油井的油压、套压、回压、技套压力、出口油温数据采集。

监测终端用电设备主要有EXS1000RTU远程终端、MDS数传电台、ROSMOUT3051压力变送器。它们的主要技术参数见表1。

表1 自喷井EXS1000 RTU技术参数

1）负载日耗电量：

式中：

W——额定功率；

H——工作时间；

U——系统蓄电池标称电压。

2）蓄电池容量：

式中：

0.75 ——蓄电池放电深度；

1.1 ——蓄电池安全系数；

C——满足连续3个阴雨天正常工作的电池容量。

3）太阳能板数量确定：

太阳电池组件的功率：

式中：

8——太阳平均日照射率；

18——为太阳电池组件工作电压。

根据计算结果考虑配置富余量以及厂家产品型号，选择3块峰值功率为60W的太阳能板，蓄电池选用2节12V100 Ah的蓄电池组成电池组。

3 应用效果

太阳能供电的可靠性可保证油田自动化监测系统正常运行。采用太阳能供电既可以降低施工难度又可以满足系统用电需求，因此石西油田石炭系55口自喷井监测终端选择太阳能发电系统供电。

3.1 经济效益

太阳能供电系统的经济效益与传统供配电对比，用太阳能供电替换传统供配电，经济效益非常可观。采用传统供配电方式，单每年杆架式变电站杆有功功率损耗近万元，而采用太阳能供电方式每年无运行费用。55口自喷井监测终端每年可节省电费55万元左右。

3.2 技术效益

太阳能供电系统的主件为太阳能板和蓄电池，该系统质量轻，拆装方便，降低了工程投资及运行费用。其充放电自动转换，无须专人特别管理，保证了系统运行的高可靠性，方便用户管理。

4 太阳能供电系统运行维护注意事项

1）定期检测蓄电池容量及太阳能电池板充电电流。由于太阳能充放电冬季充电短，放电长；夏季充电长、放电短。蓄电池一年中不处于完全的浮充运行方式，应在每年入冬季节来临前，对蓄电池及太阳能电池板进行一次检测，及时发现问题采取措施。

2）根据气候变化及时对蓄电池充电。当遇到寒冬连续阴天，蓄电池放电量较大时，不管蓄电池组是否到达放电终止电压，都应及时用移动发电装置对蓄电池进行补充充电。预防蓄电池容量达不到基本充满状态时，造成供电中断和由于蓄电池放电后充电不及时，影响蓄电池的使用寿命。

3）连接电缆检查。太阳能供电系统处于野外，连接电缆受温度影响易老化，定期检查电缆是否老化、连接是否完好[2]。

[1]吴福保,王湘艳.太阳能光伏发电的特点及其发展[J].电力与能源,2011,1(1):74-79.

[2]张玉.浅论太阳电池在通信工程中的应用[J].邮电设计技术,2003(5):57-60.