海上绿色能源综合利用的探讨

中海石油（中国）有限公司深圳分公司 刘国虎

海上的绿色能源有风能、太阳能。我国东南沿海省份近海区域已有部分公司建成海上风力发电站，同时在海上建造平台安装无人值守变电站以提高风力发电的配套设施，对风力发电进行联网和控制，将海上风力发电的电能通过海底电缆输送到陆地，与陆地电力系统联网。海上的风力能源很丰富，如能将海上的风力发电、陆地终端或码头的太阳能发电与现有的原油发电机组或天然气透平发电机组的发配电系统进行联网，综合利用绿色能源，对于国家层面的“碳达峰、碳中和”具有重大意义。

海上电力系统供电策略的重要意义

有助于合理利用绿色能源。我国东南省份的近海区域风力资源非常丰富，如果能加大近海区域风力发电的开发利用，海上的风力发电将是很好的绿色能源选择，能给海上设施的生产生活提供大量的绿色能源。同时在陆地终端或码头的建筑物房顶上，安装太阳能电池板的太阳能发电技术也很成熟，综合开发利用太阳能发电，将风力发电、太阳能发电和现有的原油发电机有效的联网，形成规模更大的电力线系统，有助于保障电力系统供电的稳定性，确保海上设施生产的连续性，为海上的企业创造更大的经济效益。

有助于防控电力风险。现阶段，海上电力系统的发电机是由原油发电机组或是天然气透平发电机组发电供给，以保障海上设施的生产生活设备用电需求。目前海上发电机组是选择原油发动机还是选择天然气透平机组作为发电机的动力源，是根据海上设施海底所生产的油气资源决定的。发电系统的动力来源比较单一，没有其他能源的辅助，由此建成的小电力系统抗风险能力较低。如果能将海上的风力发电、陆地终端或码头的太阳能发电、现有的原油发电机联网，形成一个较大的电力系统网络，那么将大幅度提高抵抗电力风险的能力。

有利于扩大经济效益。将海上风力发电、陆地终端太阳能发电、海上设施现有的原油发电，以及目前海上已经存在的多个小电力系统通过海缆联结起来，形成一个较大的区域性电力系统，不但能够提高电力系统抗风险的能力，也能提高风能、太阳能的利用率、降低原油或者天然气的消耗量，从而降低海上设施发电的能源消耗成本，增加企业的经济效益。

海上电力系统联网存在的问题

海上设施电力系统联网的意识薄弱。海上设施的安全生产和生产产量会得到高度重视，对现有的以原油或者天然气发电的供电系统，能够满足现有海上设施的正常平稳生产运行需要。如需要增加风能、太阳能等绿色能源的综合利用，就需引进风力发电技术、太阳能发电机技术，还需增加风力发电、太阳能发电相关的技术人员和操作维修人员，由此会增加更多的管理工作，就会降低综合利用绿色能源的积极性，弱化了海上设施电力系统联网的思想意识。要增强海上设施电力系统联网的思想意识，需要从国家层面“碳达峰、碳中和”的高度考虑，再者绿色能源的利用技术也已很成熟，只是需要加强积极推广应用绿色能源的思想意识。

海上电力系统联网的海底电缆建造成本较高。海上电力系统联网的关键环节是联网所需要的海底电缆，国内只有为数不多的生产厂家在进行研发制造，目前海底电缆的生产成本还相对较高，也使得海上设施电力系统联网的成本居高不下，而联网后回报收益时间也很长，也就制约了海上设施电力系统的联网进度。如果海底电缆生产厂家能通过创新解决海底电缆生产的卡脖子技术，找到优质的耐海水腐蚀的低成本绝缘材料，优化电力电缆、控制电缆、光纤铰接在一起的生产技术来降低生产成本，对于推动海上设施电力系统联网也将会起到积极的推动作用。

实现海上电力系统联网及增强电力系统稳定性的措施

一、组建一个多能源供电电力系统

一个多能源电力系统中所需要的主要部分包括风力发电机、太阳能电池板、原油（或天然气）发电机、电池系统。风力发电机和原油发电机可直接给交流负载供电，风力发电机组和原油电动机也可通过AC/DC 转换器转化为直流电后、再通过电池控制器给电池系统充电，太阳能电池板也可通过电池控制器给电池系统充电，太阳电池板和电池系统通过DC/AC 逆变器将直流电转换成交流电后供给交流负载。电力系统的监测控制中心是海上电力系统联网后的控制运行“大脑”，完成发电机监测控制、配电系统的电力调度等功能。

二、关注多能源供电电力系统主要设备的选型

对不同规模的风力发电轮机、太阳能光伏发电阵列、原油发电机和蓄电池体系进行评估，以选定最佳系统。风力发电轮机装机容量的选型。应实地考察、调研相关海洋区域的风力强度、风力方向，以确定风力发电机组的单机容量和安装风力发电机组的台数。陆地风电单机容量为1000～2500kW，海上风力发电机的单机容量为2500～10000kW。

太阳能光伏发电阵列的选型。需要根据陆地终端、码头的建筑物结构尺寸，以确认太阳能电池板的安装数量、固定情况，以满足安全生产及正常发电的要求。1平方米的太阳能电池板功率约为140～150W，理论情况下，1平方米的太阳能电池板十个小时可产生1.4～1.5度电。太阳能的电池组件通过支架被集中安装在屋顶上，经过串联并联后组成太阳能电池方阵，太阳能电池方阵吸收太阳光产生直流电，经过光伏逆变器转化为可供使用的交流电。

原油发电机的选型。风能发电机、太阳能发电及电池储能的波动以及能量不足的弱点，需增加原油发电机以提供超过风能、太阳能发电的负载的电力需求。原油发电机的单机容量5000～10000kVA；蓄电池的选型。蓄电池系统的容量不需要达到能应付最大负载的要求，虽然避免使用原油发电机，但该电池体系的成本太高。蓄电池的类型选择铅酸蓄电池较为经济。

三、降低海上设施电力联网的成本

海上电力联网，就是将海上的风力发电机组、陆地终端或码头的太阳能电池板发电系统、以及海上的原油发电机组通过海底电缆、及相应等级的变压器配电柜等设备联结起来形成的一个较大型电力系统。联网后的电力系统提供给海上设施的生产生活设备用电需求。考虑海上设施电力系统联网的拓扑结构也能降低总成本，如：以哪个平台为电力系统的中心平台，哪些平台为电力系统的支线平台，海缆电压等级的选择是根据海缆输送电力的距离来确定的，海缆横截面积的选择是根据输电容量来确定的，在选择海缆的载流横截面积时需考虑一定的预留余量，以便后续用电负载的增加而不至于再铺设海缆，这些因素也将影响到电力系统联网的成本。在评估多能源电力系统配置时，各部分的成本、包括其资本投入和运营费用都必须予以考虑。

四、提升海上电力系统组网后的监测及控制技术

海上电力中心平台变电站应按无人值守方式设计。在陆地的生产控制中心能实现海上变电站的远程遥控功能，即遥测、遥信、遥控、遥调。随着设备的更新换代、网络及计算机技术、远程控制及监测技术的不断发展，目前500kV 及以下电压等级的变电站都已实现无人值守。无人值守的变电站管理模式下，变电站的监控人员远离变电站现场，只能看到信号，并根据需要对变电站的断路器进行遥控操作；设备维护人员定期去现场进行设备巡视，分析设备异常，进行相应的判断处理，为了加强对无人值守变电站设备出现异常后的判断，需应用新的检测手段，如红外线热成像、局部放电带电监测仪等监测手段。

海上电力系统作为智能油田的一部分，电力系统也需使用智能油田的相关技术。海上平台与陆地控制中心的网络建设，考虑铺设光缆、无线桥接等作为数据传输设备。分别针对有线、有线加无线、无线等不同传输方式进行数据接入、汇聚、上传等网络架构的研究和标准化。工控网传输自动化采集数据和控制信号，为保证网络安全，在工控网的出口部署网闸，进行安全隔离；视频监控网传输现场视频监控信号；办公网传输应用系统所需的各类油田办公网内数据；实现了“一缆构建三网、三网协调运行”，既提升了传输能力，也有效保证了操控安全。海上电力系统的调度、监控也需要使用计算机、网络技术，来提升海上电力系统的监测及控制技术。

综上，在现代社会经济已经时代快速发展的影响下，国内社会增加对风能、太阳能的应用，不仅能够满足海上设施的电力需求，同时还能够推动绿色能源利用的比例，达到国家层面的“碳达峰、碳中和”的要求。