Y油田抽油机井场分布式光伏发电技术可行性研究与应用

董卫东（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

2021年，集团公司提出“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走的总体部署[1]，大庆油田制定了绿色低碳可持续发展建设方案，助力油田绿色低碳转型发展[2]。Y油田位于大庆长垣中部、长垣构造北部，所在地属寒温带大陆干旱草原性气候，受蒙古内陆空气和海洋暖流季风影响较大，冬季漫长而寒冷干燥，夏季短暂而温湿多雨，年累计日照2 604 h，年太阳能总辐射量1 482 kWh/m2，具备一定的太阳利用条件。据调查，2021年机采系统耗电占Y油田总耗电比重的35%，为降低生产能耗，同时提高油田绿能比重，Y油田结合自身开发特点，开展抽油机井场分布式光伏发电技术应用试验，研究利用光伏发电技术替代一部分机采井耗电，实现一定规模的清洁能源替代，实现自发自用、余电上网。

1 抽油机井场分布式光伏发电技术原理

目前，油田在清洁能源替代方面采取风光互补的策略[3]，利用风能和光能昼夜的不同发电特性，实现清洁能源的平稳供应。光能可以作为风能的有利补充，主要采取集中式光伏发电技术和分布式光伏发电技术。集中光伏发电技术[4]主要采取集中建设，将电能补充到35 kV/6 kV变电所的6 kV母线上，实现电能在接入变电所的统一消纳，具有管理维护方便的优点。而分布式光伏发电技术采取临近用电负载建设，将电能补充到6 kV/0.4 kV变压器的0.4 kV侧，实现电能在负载侧的统一消纳，具有占地面积小，应用灵活的优点。尤其可以实现对局属已征用地的使用，降低征地成本。对于难以实现土地征用或者油田已建设施密集无法实现集中光伏建设的供电区域，分布式光伏发电技术可以做为清洁能源替代的有效补充。

光伏发电技术主要是利用光生伏特效应[5]。在抽油机井场空地安装光伏发电系统，太阳辐射能中的光子激发光伏电池组件中的半导体物质中的电子，在电场的作用下产生了连续的电流，从而实现将太阳能转换为电能，实现利用太阳能直拖机采井生产运行。

1.1 光伏发电技术原理

当光子照射到金属上时，能量被金属中硅电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，便能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。在纯硅中掺入有5个外层电子磷原子，成为N型半导体；在纯硅中掺入有3个外层电子的硼原子，形成P型半导体，当太阳光照射半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结内建电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后形成电流，实现将太阳能转换为电能[6]。光伏发电技术原理见图1。

眼下衢州城满是杀气，城墙、街头堆满了沙袋掩体。半个月前，衢州就成了一座空城，但说空城也不对，城里人倒是不少，尽是些来来去去的官兵，来来去去的车炮。整天都是军号声，起床号、吃饭号、睡觉号，就是没有公鸡司鸣，走狗吠叫，行贩叫卖。

1.2 光伏发电直拖机采井技术原理

1）应用效果分析。从发电时长来看，光伏发电站实际日发电时长主要取决于日出、日落时间，以3月22日光伏发电情况来看，光伏发电站每日运转时间为7:00—18:00，实际发电时间12 h，其中，中午12:00发电功率最大，可达到48 kW，早晨7:00及傍晚18:00发电功率最小，最低 发电功率3 kW。

2 抽油机井场分布式光伏电技术应用效果

2.1 建设规模

其实，每个人的生活都是一个样子，要么一地葱皮，要么一堆鸡毛蒜皮。如果一个家庭的生活不落到吃饭这种实实在在的行动上，它是不会幸福的。

从负载消耗来看，光伏发电站每天有10 h的发电量满足机采井用电需求，能源利用率占比机采井全天用电量的45%，发电高峰期的富余电量由低压电网传输至6 kW线路供电网其他负载使用。24 h光伏发电功率与机采井消耗功率对比见图3。

2.2 现场应用情况

Y油田抽油机井场分布式光伏发电试验站于2022年3月21日投产，利用监控软件实时记录两口机采井耗电量与光伏发电装置发电量，效果如下：

光伏发电系统主要由光伏电池组件（光伏板）、支架、逆变器、交流配电箱及供电系统监控装置等组成。光伏电池组件将太阳能转变成800 V直流电，经逆变器转换为380 V交流电，从而实现为机采井供电，多余或不足的电能通过电网调节。此外，配电箱内设置断路器等低压保护设备，可随时切断光伏组件与电网连接[7]。光伏发电直拖机采井技术原理见图2。

总之，认知心理学把人的认识看作是一种信息加工，这种加工是通过一系列变换完成的，可以看作是一种广义的计算。信息和计算之间存在着密切的关系，计算和表征及其问题可以从信息的角度给出描述或者解决方案。

为推进落实集团公司清洁替代战略部署[8]，Y油田于2022年开展抽油机井场分布式光伏电技术先导性探索试验，选取两口装机功率37 kW的8型抽油机建立光伏电站试验站。该试验站采用橇装式结构，共建设撬装发电单元6座，每座由16块光伏发电组件构成，串联接入至1台40 kW逆变器内；光伏组件采用42°倾角布置，每块光伏组件功率为540 W，总装机功率51.8 kW，设计日发电量200 kWh，年发电量7.3×104kWh。

2）经济效益分析。光伏发电站装机容量51.84 kW，工程投资约44.064万元，发电站设计使用寿命25 a，根据目前市场价格水平，光伏发电站单位投资为8 500元/kW。

3）节能减排效益分析。按照《综合能耗计算通则》[9]，用电折标煤系数1.229 tce/104kWh；节电折标煤系 数为3.3 tce/104kWh；Y油 田生产电 价0.637元/kWh；以燃煤电厂为比较基准，火力发电站每发1×104kWh减排二氧化碳量为9 t。

统计投产以来技术运行情况，两口机采井平均日耗电量285.6 kWh，光伏装置平均日发电量263.9 kWh，基本实现“自发自用”。从运行效果来看，预计年发电8.26×104kWh，25 a累计收益131万元，投资回收期8.4 a。光伏发电量与机采井消耗电量统计见图4。

汉字简化后，親不见，愛无心，產不生，厰空空，麵无麦，運无车，導无道，兒无首，飛单翼，湧无力，有雲无雨，開関无门，鄉里无郎，聖不能听也不能说，買成钩刀下有人头，輪成人下有匕首，進不是越来越佳而往井里走，可魔仍是魔。

按照上述依据进行计算，Y油田抽油机井场分布式光伏发电试验站年可节标煤33 t(标煤)，节约运行成本6.37万元，减少二氧化碳排放90 t，具有良好的节能减排效益。

3 结论及技术展望

结合Y油田抽油机井场分布式光伏发电试验站运行效果，光伏发电技术成熟可靠，可以有效替代电网为油田机采井供电，同时可实现将多余发电量并入油田电网供其他负载使用；光伏发电站具体发电时长主要取决于日出、日落时间，Y油田光伏发电试验站基本可以实现“自发自用，多余并网；光伏发电技术可以有效利用清洁能源替代传统化石能源，对于油田绿色低碳转型具备深远的意义[10]。

Y油田含油面积197.9 km2，共建设油井9 446口，可满足光伏发电建设的局属地25.8 km2，预计可实现应用的机采井共1 231口。按照目前效果计算，单井年发电5×104kWh，年发电6155×104kWh，年创经济效益3 921万元。