淺談塔河電網(wǎng)低碳化技術(shù)

肖峰

摘 要：文章針對塔河油田實際情況，提出塔河電網(wǎng)低碳化可行技術(shù)途徑并進(jìn)行分析，主要分析已開發(fā)能源的高效利用、開發(fā)新能源及分布式能源系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：塔河油田；低碳化；已開發(fā)能源；分布式能源

1 電網(wǎng)低碳化技術(shù)綜述

目前主要的低碳電力技術(shù)包括：發(fā)電環(huán)節(jié)的清潔發(fā)電技術(shù)、煤氣化復(fù)循環(huán)發(fā)電（IGCC）和燃?xì)鈴?fù)循環(huán)發(fā)電（NGCC）等高效率發(fā)電技術(shù)、核能/水能/風(fēng)能/太陽能/生物質(zhì)能等低碳發(fā)電技術(shù)、碳捕獲與封存（CCS）[2]技術(shù)等；輸電環(huán)節(jié)的柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）、超導(dǎo)輸電技術(shù)、配電自動化技術(shù)等；用電環(huán)節(jié)的智能用電交互技術(shù)等。其中CCS技術(shù)是當(dāng)前電力工業(yè)最受關(guān)注的低碳技術(shù)之一[3]，該技術(shù)可分離并捕集排放源排氣中的CO2，同時利用管道或其他方式輸送到安全的地點封存，實現(xiàn)與大氣的長期隔絕。

低碳理念的引入，將給整個電力工業(yè)帶來廣泛而深刻的影響；尤其是在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行優(yōu)化理論和方法的研究上，需要緊密結(jié)合電力工業(yè)的本質(zhì)特征和低碳經(jīng)濟(jì)的新特點，探討并解決在低碳經(jīng)濟(jì)模式下所出現(xiàn)的新問題。

2 塔河電網(wǎng)低碳化技術(shù)

在電網(wǎng)整體架構(gòu)中，發(fā)電環(huán)節(jié)本身有一定低碳減排的功能，可將資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，但發(fā)電環(huán)節(jié)又是主要的碳排放途徑；輸變電環(huán)節(jié)的碳排放也不可小覷，電力設(shè)施多、分布廣是也是難題之一。由于油田電網(wǎng)的特殊性，油田電網(wǎng)面對低碳減排的挑戰(zhàn)，主要有兩個方面的工作。一是提高已開發(fā)能源的利用率，減少可利用資源的流失、以及降低目前電網(wǎng)架構(gòu)內(nèi)的碳排放；二是著力開發(fā)新能源，因地制宜發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，提高能源利用率。

3 提高已開發(fā)能源的利用率

要提高已開發(fā)能源的利用率，主要任務(wù)是減少可利用資源的流失、以及降低目前電網(wǎng)架構(gòu)內(nèi)的碳排放。減少可利用資源流失的技術(shù)途徑有：（1）在塔河油田偏遠(yuǎn)區(qū)塊建設(shè)小型發(fā)電站利用伴生氣資源進(jìn)行發(fā)電；（2）開發(fā)主油區(qū)燃?xì)獍l(fā)電廠余熱利用項目。

降低目前電網(wǎng)架構(gòu)內(nèi)的碳排放技術(shù)途徑有：（1）減少SF6（六氟化硫）氣體排放及建立SF6氣體回收機(jī)制；（2）淘汰高耗能設(shè)備，推廣使用節(jié)能電力設(shè)備。

3.1 減少可利用資源流失的技術(shù)途徑分析

3.1.1 利用放空天然氣發(fā)電。油田偏遠(yuǎn)區(qū)塊利用放空氣體中的天然氣進(jìn)行發(fā)電，一方面減少了可利用能源的流失，另一方面為周邊區(qū)域提供了生產(chǎn)生活用電，這是油田低碳化可行技術(shù)的一個重要方面。利用放空天然氣發(fā)電主要考慮運營方式的經(jīng)濟(jì)性，為此西北油田分公司引入BOT（建設(shè)-運營-轉(zhuǎn)讓）模式。實踐證明BOT是油田及服務(wù)商都可獲利，可實現(xiàn)雙贏的一種經(jīng)濟(jì)性模式，有很好的推廣應(yīng)用前景。

3.1.2 燃?xì)獍l(fā)電余熱利用。塔河油田發(fā)電一廠現(xiàn)有燃機(jī)規(guī)模為3×11MW，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排出的高溫?zé)煔庵苯优湃氪髿庵?，大量熱能沒有得到充分利用。據(jù)運行數(shù)據(jù)顯示，燃機(jī)的平均運行功率為8.64MW，以此測算，燃機(jī)的熱效率還不到22%，還有70%以上的能源還可以利用。

余熱利用工程在發(fā)電一廠內(nèi)新建余熱鍋爐回收高溫?zé)煔庵械挠酂?，并通過新建管網(wǎng)系統(tǒng)和5座換熱站為附近5個片區(qū)的生產(chǎn)、生活供熱。投產(chǎn)后可優(yōu)化一號聯(lián)合站7臺生產(chǎn)供熱的加熱爐；全面投運后還可優(yōu)化該片區(qū)13臺生活供熱加熱爐，預(yù)計年節(jié)約天然氣1400萬方，年節(jié)能1.7萬噸標(biāo)煤，經(jīng)濟(jì)效益顯著、低碳減排效果顯著。

另一種余熱利用方式是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，該技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)之一，在節(jié)能和環(huán)保方面極具優(yōu)勢，而且燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主機(jī)之一余熱鍋爐技術(shù)已日趨完善，故被公認(rèn)為是 21 世紀(jì)最有前途的發(fā)電技術(shù)之一。該技術(shù)能最大限度的利用余熱資源，但成本較高，油田所需發(fā)電規(guī)模不大，經(jīng)濟(jì)效益有待考量。

3.2 降低電網(wǎng)碳排放技術(shù)途徑

3.2.1 減少SF6氣體排放。目前塔河電網(wǎng)110kV SF6設(shè)備共計112臺，110kVGIS成套設(shè)備2套。平均每年消耗1氣罐SF6，以每氣罐50kg計算，相當(dāng)于年排放1195噸CO2氣體。

面對SF6氣體的挑戰(zhàn)，一方面塔河電網(wǎng)和西安電科院已展開合作，西安電科院研制生產(chǎn)滿足塔河電網(wǎng)運行及現(xiàn)場需求的126kV真空斷路器，塔河電網(wǎng)進(jìn)行試運行，獲得成功后將進(jìn)行大面積推廣。預(yù)計2015年能夠投入試運行。真空斷路器替換SF6斷路器，是解決SF6氣體泄露最根本的辦法。

另一方面，應(yīng)建立有效的SF6氣體回收機(jī)制。SF6氣體回收后，經(jīng)凈化處理還可繼續(xù)使用。在126kV真空斷路器未推廣普及之前，回收利用SF6氣體是最有效的低碳減排手段。

3.2.2 使用節(jié)能型電力設(shè)備。2013年6月9日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了GB20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》公告，并于2013年10月1日起實施，根據(jù)公告，三相配電變壓器標(biāo)準(zhǔn)比舊標(biāo)器準(zhǔn)增加了能效等級內(nèi)容，提高了變壓器能效限定值。在針對10千伏三相油浸式配電變壓器的損耗要求中，將S11、S13、S15系列分別定義為相應(yīng)的能效三級、二級和一級。與S9系列相比，S11系列油浸式變壓器空載損耗下降30%～40%；我國正在推廣的S13系列變壓器空載損耗下降50%～60%；而新型的非晶合金變壓器的空載損耗可降低60%～80%。

現(xiàn)塔河電網(wǎng)在網(wǎng)的10kV變壓器約2000臺，大部分為S11三級能效系列。在電力設(shè)備節(jié)能方面還有很大的發(fā)展空間。

4 開發(fā)新能源及分布式能源系統(tǒng)

新能源即非常規(guī)能源，指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。目前在塔河油田能夠利用的是太陽能資源，其他新能源還有待發(fā)現(xiàn)與開發(fā)利用。而太陽能資源的利用技術(shù)也相對較為成熟。

要利用好塔河油田的太陽能資源，要綜合考慮相應(yīng)生產(chǎn)、生活區(qū)塊多方面的資源需求，與傳統(tǒng)燃?xì)狻⑷加桶l(fā)電相結(jié)合，與生產(chǎn)工藝相結(jié)合建設(shè)分布式能源系統(tǒng)。

分布式能源[6]（Distributed Energy Sources）是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（植）聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用；采用需求應(yīng)對式設(shè)計和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)。由于分布式能源系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，其能夠很好的解決油田生產(chǎn)、生活區(qū)塊不集中、分散性強(qiáng)以及各區(qū)塊資源需求不同，生產(chǎn)工藝不同等問題。

在塔河油田，已有太陽能利用與生產(chǎn)工藝相結(jié)合的成功案例。塔河油田在AT22井建成光熱光電一體化太陽能系統(tǒng)替代租用的天然氣發(fā)電機(jī)和加熱爐，新型原油加熱器傳熱效率比常規(guī)換熱器提高20%，清洗周期延長1倍。項目年減少天然氣消耗11萬方，年節(jié)能163噸標(biāo)煤，低碳減排效果比較明顯。

5 結(jié)束語

文章通過低碳效益、經(jīng)濟(jì)效益方面分析了塔河電網(wǎng)低碳化技術(shù)，主要從已開發(fā)資源提高利用率、開發(fā)新能源及分布式能源系統(tǒng)兩個方面分析了低碳化技術(shù)途徑。根據(jù)油田以及生產(chǎn)生活的需求，進(jìn)行電力的低碳技術(shù)的發(fā)展，不僅能取得一定環(huán)保效益經(jīng)濟(jì)效益，還能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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