浅谈塔河电网低碳化技术

肖峰

摘 要：文章针对塔河油田实际情况，提出塔河电网低碳化可行技术途径并进行分析，主要分析已开发能源的高效利用、开发新能源及分布式能源系统。

关键词：塔河油田；低碳化；已开发能源；分布式能源

1 电网低碳化技术综述

目前主要的低碳电力技术包括：发电环节的清洁发电技术、煤气化复循环发电（IGCC）和燃气复循环发电（NGCC）等高效率发电技术、核能/水能/风能/太阳能/生物质能等低碳发电技术、碳捕获与封存（CCS）[2]技术等；输电环节的柔性交流输电技术（FACTS）、超导输电技术、配电自动化技术等；用电环节的智能用电交互技术等。其中CCS技术是当前电力工业最受关注的低碳技术之一[3]，该技术可分离并捕集排放源排气中的CO2，同时利用管道或其他方式输送到安全的地点封存，实现与大气的长期隔绝。

低碳理念的引入，将给整个电力工业带来广泛而深刻的影响；尤其是在电力系统规划和运行优化理论和方法的研究上，需要紧密结合电力工业的本质特征和低碳经济的新特点，探讨并解决在低碳经济模式下所出现的新问题。

2 塔河电网低碳化技术

在电网整体架构中，发电环节本身有一定低碳减排的功能，可将资源进行转化，但发电环节又是主要的碳排放途径；输变电环节的碳排放也不可小觑，电力设施多、分布广是也是难题之一。由于油田电网的特殊性，油田电网面对低碳减排的挑战，主要有两个方面的工作。一是提高已开发能源的利用率，减少可利用资源的流失、以及降低目前电网架构内的碳排放；二是着力开发新能源，因地制宜发展分布式能源系统，提高能源利用率。

3 提高已开发能源的利用率

要提高已开发能源的利用率，主要任务是减少可利用资源的流失、以及降低目前电网架构内的碳排放。减少可利用资源流失的技术途径有：（1）在塔河油田偏远区块建设小型发电站利用伴生气资源进行发电；（2）开发主油区燃气发电厂余热利用项目。

降低目前电网架构内的碳排放技术途径有：（1）减少SF6（六氟化硫）气体排放及建立SF6气体回收机制；（2）淘汰高耗能设备，推广使用节能电力设备。

3.1 减少可利用资源流失的技术途径分析

3.1.1 利用放空天然气发电。油田偏远区块利用放空气体中的天然气进行发电，一方面减少了可利用能源的流失，另一方面为周边区域提供了生产生活用电，这是油田低碳化可行技术的一个重要方面。利用放空天然气发电主要考虑运营方式的经济性，为此西北油田分公司引入BOT（建设-运营-转让）模式。实践证明BOT是油田及服务商都可获利，可实现双赢的一种经济性模式，有很好的推广应用前景。

3.1.2 燃气发电余热利用。塔河油田发电一厂现有燃机规模为3×11MW，燃气发电机组排出的高温烟气直接排入大气中，大量热能没有得到充分利用。据运行数据显示，燃机的平均运行功率为8.64MW，以此测算，燃机的热效率还不到22%，还有70%以上的能源还可以利用。

余热利用工程在发电一厂内新建余热锅炉回收高温烟气中的余热，并通过新建管网系统和5座换热站为附近5个片区的生产、生活供热。投产后可优化一号联合站7台生产供热的加热炉；全面投运后还可优化该片区13台生活供热加热炉，预计年节约天然气1400万方，年节能1.7万吨标煤，经济效益显著、低碳减排效果显著。

另一种余热利用方式是燃气-蒸汽联合循环发电，该技术是目前世界上最先进的发电技术之一，在节能和环保方面极具优势，而且燃气-蒸汽联合循环的主机之一余热锅炉技术已日趋完善，故被公认为是 21 世纪最有前途的发电技术之一。该技术能最大限度的利用余热资源，但成本较高，油田所需发电规模不大，经济效益有待考量。

3.2 降低电网碳排放技术途径

3.2.1 减少SF6气体排放。目前塔河电网110kV SF6设备共计112台，110kVGIS成套设备2套。平均每年消耗1气罐SF6，以每气罐50kg计算，相当于年排放1195吨CO2气体。

面对SF6气体的挑战，一方面塔河电网和西安电科院已展开合作，西安电科院研制生产满足塔河电网运行及现场需求的126kV真空断路器，塔河电网进行试运行，获得成功后将进行大面积推广。预计2015年能够投入试运行。真空断路器替换SF6断路器，是解决SF6气体泄露最根本的办法。

另一方面，应建立有效的SF6气体回收机制。SF6气体回收后，经净化处理还可继续使用。在126kV真空断路器未推广普及之前，回收利用SF6气体是最有效的低碳减排手段。

3.2.2 使用节能型电力设备。2013年6月9日，国家标准化管理委员会发布了GB20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》公告，并于2013年10月1日起实施，根据公告，三相配电变压器标准比旧标器准增加了能效等级内容，提高了变压器能效限定值。在针對10千伏三相油浸式配电变压器的损耗要求中，将S11、S13、S15系列分别定义为相应的能效三级、二级和一级。与S9系列相比，S11系列油浸式变压器空载损耗下降30%～40%；我国正在推广的S13系列变压器空载损耗下降50%～60%；而新型的非晶合金变压器的空载损耗可降低60%～80%。

现塔河电网在网的10kV变压器约2000台，大部分为S11三级能效系列。在电力设备节能方面还有很大的发展空间。

4 开发新能源及分布式能源系统

新能源即非常规能源，指传统能源之外的各种能源形式，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。目前在塔河油田能够利用的是太阳能资源，其他新能源还有待发现与开发利用。而太阳能资源的利用技术也相对较为成熟。

要利用好塔河油田的太阳能资源，要综合考虑相应生产、生活区块多方面的资源需求，与传统燃气、燃油发电相结合，与生产工艺相结合建设分布式能源系统。

分布式能源[6]（Distributed Energy Sources）是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用；采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统。由于分布式能源系统应用的灵活性，其能够很好的解决油田生产、生活区块不集中、分散性强以及各区块资源需求不同，生产工艺不同等问题。

在塔河油田，已有太阳能利用与生产工艺相结合的成功案例。塔河油田在AT22井建成光热光电一体化太阳能系统替代租用的天然气发电机和加热炉，新型原油加热器传热效率比常规换热器提高20%，清洗周期延长1倍。项目年减少天然气消耗11万方，年节能163吨标煤，低碳减排效果比较明显。

5 结束语

文章通过低碳效益、经济效益方面分析了塔河电网低碳化技术，主要从已开发资源提高利用率、开发新能源及分布式能源系统两个方面分析了低碳化技术途径。根据油田以及生产生活的需求，进行电力的低碳技术的发展，不仅能取得一定环保效益经济效益，还能取得良好的经济效益。

参考文献

[1]魏一鸣，刘兰翠，范英，等.中国能源报告（2008）：碳排放研究[R].北京：科学出版社，2008.

[2]Bert Metz，Ogunlade Davidson，等.IPCC特别报告二氧化碳捕货与封存[J].政府间气候变化专门委员会，2005.

[3]娄素华，卢斯煜，吴耀武，等.低碳电力系统规划与运行优化研究综述[J].电网技术，2013，37（6）：1484.

[4]丁然，蔡重庆，周天瑞，等.低碳电网的技术途径分析与展望[J].电网技术，2011，35（10）：5.

[5]茅建华.非晶合金变压器节能经济效益分析[J].上海电力学院学报，2005，21（2）：178.

[6]张洪伟.分布式能源冷热电联产系统的热经济性研究[J].华中科技大学，2005，4.