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1光伏發(fā)電系統(tǒng)應用方案

1.1應用現(xiàn)場環(huán)境海南福山油田地處海南省西北部，屬于熱帶海洋性季風氣候。全年日照時間長，輻射能量大，年平均日照時數(shù)2000h以上，太陽輻射量可達11～12萬卡，年平均氣溫23.8℃，最高平均氣溫28.6℃，最低平均氣溫17.7℃。為太陽能提供了良好的使用環(huán)境。福山油田物聯(lián)網(wǎng)建設涵蓋了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)等3大系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)部署在井站前端野外環(huán)境，需要提供220V交流電源。對于偏遠井站，目前電網(wǎng)未能及時覆蓋。利用光伏太陽能供電構(gòu)建的無線通信和視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點如下：1）采用太陽能獨立供電，無線傳輸，徹底無線化。2）組件靈活、小巧，方便安裝與組網(wǎng)。3）交直流供電方式，滿足多種負載用電的需要。4）安全性好，維護費用少，綜合造價低。綜上所述，采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可較好地解決偏遠井站的電源供電問題。

1.2供電需求分析海南福山油田物聯(lián)網(wǎng)建設涵蓋了油田90%生產(chǎn)區(qū)域的油氣井站及站場的物聯(lián)網(wǎng)建設，涉及到單井油套壓、油溫、載荷、位移、電力量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和井站無線網(wǎng)絡通信的建設。針對偏遠井站，采用了單套太陽能供電系統(tǒng)，給物聯(lián)設備進行供電。單井場物聯(lián)設備配置及設備功率見表1。計算方法：負載工作電壓為220V交流，平均功率為100W，要求每天工作24h，最長連續(xù)陰雨天為3天，當碰到第一個連續(xù)陰雨天后，蓄電池放空。在每天正常使用前提下，用多余發(fā)電量補充至下一次充滿的時間為3天，太陽能光伏組件采用Oasis高效率單晶硅。在海南采用35°斜面安裝，年平均日接受日照時間為5.2h，按此計算光伏方陣功率及蓄電池容量。

1.3蓄電池組容量的計算[3]在同一年內(nèi)的不同月份中，太陽能方陣發(fā)電量有很大差別。在發(fā)電量不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補足；在發(fā)電量超過用電需要的月份，蓄電池可將多余的電能儲存起來。綜上所述，方陣發(fā)電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負載用電也必須由蓄電池供給。所以，連續(xù)陰雨天期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。DOD為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.7～0.8，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。

1.4太陽能電池方陣設計1）太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)NS將太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當，太陽能電池組件公稱電壓要與蓄電池組的公稱電壓相匹配。式中：US為系統(tǒng)直流工作電壓，UM為單塊太陽能電池組件公稱電壓。2）太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)NP要計算出太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)NP，要按照以下步驟來計算。①標準180Wp太陽能電池組件日發(fā)電量QpQp=Ioc×H×CzAh(4)=5A×5.2h×0.9=23.4Ah式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流。H為太陽能平均日照小時數(shù)（5.2h）。Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.9。②最長連續(xù)陰雨天之后至重新充滿的間隔天數(shù)Nw，此數(shù)據(jù)為本設計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為Nw為兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)，是蓄電池虧電后恢復時間，這里取3天。QL為負載每天的耗電量。QP為180W太陽能電池組件在海南地區(qū)每天發(fā)電量。式中的表達意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負載使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。3）太陽能電池方陣的功率計算4）計算結(jié)果計算結(jié)果：該負載需太陽能電池方陣功率為1539Wp以上，蓄電池容量為24V440Ah以上。設備選定：最后考慮逆變效率94%，太陽能電池方陣功率選用1800Wp（180Wp×6塊），蓄電池組采用2V、800Ah×24塊串聯(lián)。

2結(jié)束語

太陽能光伏技術(shù)的開發(fā)和規(guī)模化應用，是油田節(jié)能減排規(guī)劃的重要組成部分，也是油田實施綠色、低碳發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。本文介紹的光伏發(fā)電系統(tǒng)在福山油田的偏遠井場取得了良好的實際應用效果，通過光伏發(fā)電系統(tǒng)可為無線通信設備和視頻監(jiān)控設備及數(shù)據(jù)采集RTU控制器供電。在福山油田偏遠井場的建設中，該方案的實施有如下優(yōu)勢：1）單井口數(shù)據(jù)采集設備可全部采用無線儀器儀表，因此物聯(lián)網(wǎng)建設可以擺脫線纜的束縛，實現(xiàn)快速安裝，具有施工時間短、投入低、效果好的優(yōu)點。2）采用光伏發(fā)電系統(tǒng)可以擺脫山地、森林、河流、開闊地等特殊地理環(huán)境的限制，無須考慮電源線及通信光纜的布線和施工問題。3）縮短布線工程周期，降低施工成本。未來，福山油田將與光伏太陽能技術(shù)相關(guān)企業(yè)合作，利用國內(nèi)領(lǐng)先的光伏技術(shù)、生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)集成經(jīng)驗，在油氣田開發(fā)及油氣管道工程中將可再生新能源科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，在共同合作研究開發(fā)應用的產(chǎn)業(yè)項目中獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

作者：薛廣民趙世睿馬建華單位：南方石油勘探開發(fā)有限責任公司北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責任公司