摘要：近十年来，全球太阳能光伏发电产量增长约6倍，我国年产量1000万kW以上，为适应可持续发展道路，使用绿色能源，大庆油田逐渐普及太阳能光伏发电。文章将简述大庆油田光伏发电现状，浅析光伏发电在油气管道、油气设施、输油管道、油井道路、生产设备中的应用情况，并探究光伏发电给大庆油田带来的有效收益及新型技术的应用效果。
关键词：太阳能； 光伏发电； 大庆； 油田；
0 引言
太阳能光伏发电系统简称光伏发电，是一种利用半导体材料进行光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电系统。其除了日照之外，无需其他任何燃料，也没有机械运转部件，架设区域也十分灵活。
1 大庆油田太阳能光伏发电现状
大庆油田是我国最大的油田，位于松辽平原中部，由萨尔图、杏树岗等油气田组成。进入新时期后，大庆油田坚持以科学发展观为根本，向可持续发展方向努力，建设起太阳能光伏发电。大庆是我国太阳能资源二类地区，日照时间较长，空气清洁良好，并且大庆油田采油作业都位于野外，地势比较平坦，没有高大遮挡物，非常适合太阳能光伏发电的架设。现阶段大庆油田已经建成较为完善的光伏发电矩阵以及企业供电网络，油田共计有不同电压等级的变电所300余座，为光伏发电的电量送出与消纳提供了非常理想的条件[1].通过将高耗能设备更换为光伏发电系统，以实现大幅节能减排的目标，1MW的光伏发电站每年可节省等价替代煤140吨，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物排放皆有不同程度降低。
2 太阳能光伏发电在大庆油田中的应用
2.1 油气管道阀室电源
随着油田开发的增多，地面建设及设备也在不断增加，而油气田分布广泛，处于外围的油田阀室更是偏远，分布范围也比较零散，部分油气管道阀室无法获得可靠电源供应，如果建设供电系统其成本与用电量不成正比，并且遇到恶劣天气时变压器可能发生损坏。大庆油田选择使用光伏发电为油气管道阀室供应电力是有原因的，首先光伏组件体积小，质量轻，在运输和安装过程中简单灵活，出现电力负荷的情况也能及时增加光伏电池阵列；其次光伏发电可以直接利用阀室建筑上方空余区域，不需要单独占地；最后光伏发电的运行维护成本低，运转可靠，无需人员值守，正常情况下仅要10块太阳能电池板便可稳定运行5至10年[2].
2.2 油气设施阴极保护电源
石油或天然气在日常输送过程中的油气设施会受到电化学腐蚀的影响，现阶段为了解决原油油罐和油气管道电化学腐蚀的主要方法有加电流保护（强制阴极保护）和牺牲阳极保护两种，都是为保护油气设施而通以足够的极化电流，是被保护金属成为阴极，实现阴极极化，从而完成电化学保护。过往为实现阴极保护，需要占用部分土地建设电力站，导致供电电源不独立，部分管理不具备断电电位测试条件，断电电位达不到保护准则要求[3].而光伏发电可以不受空间限制，建设多方位的光伏电池阵列，断电保护及电位都可以由太阳能光伏发电系统进行孔，更容易为油气设施提供电流，有效保护系统。
2.3 输油管道电加热
由于传统的蒸汽加热方式在经济性和实用性方面都有很大的缺陷，目前大庆油田输油管道多使用电热丝进行加热，不仅操作方便而且经济。电能在众多能源是容易与长距离传输的能量形式，电源与加热件之间简单的导线联接就可以实现能量的传输，并且电能传输过程中，自身损失较少。大庆油田原油黏度较大，年平均温度在4℃左右，且冬季较长，需要较高的加热温度。使用太阳能光伏发电，可以为输油管道提供辅助电源，减少对火力发电的依赖。
2.4 油气管道自动测控系统
大庆油田的主要设备及油气管道大都分布在野外，维护和管理较为繁杂。虽然石油，天然气都是现代社会发展必不可少的能源，但是其易燃，易爆等特性注定油气管道的安全管理马虎不得。在油气管道长年使用期间会受到天气、腐蚀、涨缩等因素影响，而人员无法时刻监视油气管道状况，也没有人手能覆盖到大量的管道之中。不过随着信息化技术的不断发展，油田油气管道的监控逐渐现代化，依靠无人机，电子眼等方式进行油气管道的维护与检查，相对的这些电子产品也需要充电使用，安设太阳能充电系统，便可在野外随意使用。另外油气管道自动测控系统正在建设之中，将油气管道、光伏系统和自动测控系统结合在一起，实现对石油采集输送等相关设备的监测，不见能保证油气管道能长时间处于监控状态下，还能节省大量的人力物力。
2.5 路灯照明及道路监控
太阳能光伏发电的基本应用效果便是与路灯及道路之上，太阳能路灯不需铺设电力管线，具有节能、环保、使用寿命长等特点，除路灯外，在油田泵站阀室，生活方面都需要用到照明，油田本身就是一个生活区与工作区相结合的地点，利用太阳能光伏发电可以为工作和生活提供用电，减少因火力发电或购买电力出现的成本，在道路监控方面也有使用光伏发电系统，配合时间控制，在需要的时间段对油田道路进行监控和调度，安排蓄电池的配合将能进一步延长光伏发电在实际生活中的应用效果。
2.6 边远油井供电系统
除了上文提到的阀室和油气管道，边远油井更是处在整个油田区域的最外沿，并且因为油井的特殊性质，其附近不能建设较大规模的电力站，所以供电系统的选择尤为重要，使用太阳能光伏系统与蓄电池配合，可以满足油井的生产要求，在光伏电站架设电池板方阵，可使用并网或离网光伏发电系统在白天为油井抽油机供电，并将多余电力输送到电网或蓄电池中，在夜晚时，使用逆变器将蓄电池电力排出，为油井供电。太阳能光伏发电不只能节约火力发电资源，并且是属于一次投入长时间使用的系统，不像煤炭、石头还需要进行资源消耗量的计算，节约的成本简单明了。
2.7 设备防盗电报警系统
由于大部分油井都在野外，这就给了不法分子盗窃电能，甚至偷盗油井设备的机会，比较常见的盗窃手段是绕越计量，私接公线，并且窃电人员的线路接触电阻较高，在电流的热效应下会发生跳火断股甚至断线的情况，为电力线路及油井作业带来了严重危害。但使用太阳能光伏发电却可以避免此种现象，太阳能发电集中于白天，大量职工在油井工作，而夜晚由蓄电池进行供电，窃电分子没有电力线路可以私接，并且光伏发电时间长，电力供给平稳，窃电情况的出现能立刻反应到防盗电报警系统上，提高油井安全性。
3 太阳能光伏发电在大庆油田的应用效益
3.1 节能减排
太阳能作为无公害，安全可靠，建设周期短的能源，在各国都有着巨大的吸引力。如今全球许多石油和天然气生产地区政治和经济局势的不稳定性，我国为减少对国外能源的依赖，解决日益突出的环境问题和与矿物燃料发电相关的气候变化风险，大力推广太阳能的使用。大庆油田响应由国家能源局印发的《太阳能发展"十三五"规划》，为促进太阳能产业持续健康发展，加快太阳能多元化应用提供助力。以2019年为例，全国光伏发电量达2243亿k W·h,同比增长26.3%,其中大庆油田发电约90亿k W·h,且大庆地区弃光率低至0.4%.为将传统化石能源和煤电转变为清洁电力，大庆油田新增装机容量29万k W,光伏电站22个，减排二氧化碳2.79t、二氧化硫91t.此外大庆油田2019年用电量为167亿k W·h,其中依靠煤矿燃气发电122亿k W·h,风电21亿k W·h,而光伏发电用量占比约为11.3%,其余电力皆用于城市居民，可以看出大庆油田发展新能源的空间巨大，前景良好，在未来不仅将减少火力发电造成的环境污染排放，也降低了煤炭，石油等有限资源的消耗。
3.2 资源利用
虽然光伏电站规规模大小不影响投资收益，但发电量会受到装机容量，组件方位角度，转化效率，天气因素所影响。近日，国家发展改革委印发《关于2020年光伏发电上网电价政策有关事项的通知》，其中将继续对集中式光伏发电制定指导价。将纳入国家财政补贴范围的I-III类资源区新增集中式光伏电站指导价，分别确定为每千瓦时0.35元、0.4元、0.49元（含税）。纳入2020年财政补贴规模，采用"自发自用、余量上网"模式的工商业分布式光伏发电项目，全发电量补贴标准调整为每千瓦时0.05元。大庆油田属于二类资源区，集中式和分布式光伏发电都有涉及，不过油田本身用电的高峰低谷会有所不同，虽然可以达到资源利用的自发自用，但在部分用电峰值以及阴雨气候时仍需电网供电，以每小时八十万千瓦计算，每年用电成本仍有60多万元，这其中还不包括油田发展建设的用电量。在资源利用方面虽然太阳能光伏发电还无法支撑大庆油田的整体发展，但光伏发电带来的成效显著。
4 新型光伏发电技术在大庆油田的应用前景
4.1 最大功率点跟踪技术
光伏电池阵列的输出功率受太阳辐射强度、工作温度，以及负载匹配情况等因素影响，其输出输入功率呈非线性，当光伏电池阵列工作到一个特定输出电压值时，光伏发电会获得最大的输出功率。大庆油田的油井分布较广，部分油田处于松嫩平原北部，松辽盆地中部，其地势有明显的不对称性，地面波状起伏，岗凹相间，心态复杂，在部分时期光照差异明显。在不考虑光伏发电矩阵的温度效应下，使用最大功率点跟踪技术，使光伏发电随着信号转变，达到最大化太阳能利用。
4.2 槽式聚光太阳能技术
现阶段我国光电转换效率门槛为18%,理论上最高光电转换效率为31%,利用成熟的聚光技术，将入射太阳能聚光到光伏电池阵列免表，在相同的电池材料用量下，光伏发电成本及输出功率将会提高。不过大量聚光会导致光伏电池温度升高，发电效率受到影响，并且出现光伏电池烧毁的情况[4].从自然条件来看，大庆地区年平均温度只有4℃左右，有利于光伏电池自然降温，而聚光光伏发电系统的另一特点是光伏余热集中，利用余热回收系统不仅能提高太阳能利用率，而且可以作用与输送管道的加热上，或许在未来输送管道不再埋入地下，而是与太阳能光伏发电结合到一起，一边实现发电一边完成加热。
5 结语
充分利用油田区域内的空地，建设太阳能光伏发电系统，将为大庆油田降低电力网络的建设成本，同时在满足生活区用电需求的前提下，可以将多余电量用于油井建设之中，或售卖给电网，具有良好的经济效益。太阳能光伏发电属于绿色能源，在未来的油田发展过程中，将会被大力推广，政府也会进行资金补贴，应用情况及发展前景非常可观。
参考文献
[1]杜思华。太阳能光伏发电在大庆油田的应用[J].电世界，2019, 60（11）：20-23.
[2]游琳琳。光伏发电在大庆外围油田阀组间应用的技术探讨[J].石油石化节能，2018, 8（02）：21-23, 8-9.
[3]刘伟欣。试述输气管道阴极保护系统存在的问题及解决方法[J].化工管理，2019（09）：142-143.
[4]曲万军。槽式聚光太阳能光伏-光热化学互补机理与方法研究[D].北京：中国科学院大学（中国科学院工程热物理研究所），2019.