太阳能技术在石油开采中的应用

太阳能技术在石油开采中的应用

谭晓辉

北京华夏纽带文化传播有限公司 北京 100029

摘要：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实现光伏效应，将太阳辐射能直接转化为电能的新型发电系统。除了阳光，它不需要任何其他燃料，也没有机械操作部件，安装区域非常灵活。

关键词：太阳能技术；石油开采；应用

1太阳能采油技术优势

太阳能提高采收率技术有三大优势

首先，Glass Point的太阳能EOR技术可以减少碳排放。与传统的提高采收率技术相比，它可以减少氮氧化物、二氧化碳、颗粒物等污染物的产生。

二是降低石油生产成本。世界上许多稠油油田的开采，燃料成本占油田作业成本的60%-80%。利用太阳能生产蒸汽的成本比燃烧化石燃料更低，也更稳定。它还可以帮助开发商避免燃油价格波动带来的损失，提高油田的经济性。

三是节约天然气资源，实现更高价值。在许多产油国，天然气资源的短缺使得重油开采不得不与其他依赖天然气的行业竞争，或者消耗更昂贵的煤炭等化石燃料来维持运营。太阳能三次采油技术可使稠油开采项目的天然气消耗量降低80%。这样，节约下来的天然气资源可以实现更高的应用价值，如发电、新建工厂原料、海水淡化、或出口等，促进经济增长。

对于太阳能集热器领域，有以下优点。

一是占地面积。油田不是沙漠，它的土地价值比光热电站的开发用地要值钱得多。油田不可能拿出大量的土地面积来满足大型轻型油田的建设需要，这可能是太阳能提高采收率工程面临的根本问题。光场自然需要大量的陆地面积来收集散射的阳光。阿曼Glass Point项目的火力发电量为7兆瓦，每小时可产生10吨以上的蒸汽，日均蒸汽产量为50吨。然而，其占地面积约为4英亩（16187平方米），而传统天然气锅炉对建筑面积的要求相对可以忽略不计。因此，太阳能三次采油工程的设计应紧凑、占地少。

其次，对蒸汽参数的要求。提高采收率项目对蒸汽的需求并不是说温度越高越好。蒸汽温度过高不利于抽油。适宜的蒸汽温度为300摄氏度左右，但对压力要求较高。压力越高，越容易进入地下油井。因此，不宜采用高浓缩比的塔式集热技术开发太阳能三次采油项目。光明源早在2011年就与雪佛龙合作建设了全球最大的29mwth塔式CSP辅助采油项目，但此后一直没有开发新的塔式提高采收率项目。槽式或菲涅耳收集器应是提高采收率技术的理想选择。然而，普通槽式或菲涅耳式集热器技术在提高采收率领域的应用还有待进一步完善。Glass Point以槽式技术为方向，结合沙漠地区的气候特点，设计了“封闭式”集热器，即封闭式槽式集热器，与传统的太阳能热发电槽式集热器有很大不同。

太阳能集热器的设计最重要的特点是将太阳能集热器放置在类似玻璃温室的结构中，即上述封闭槽式集热器。温室内的空气压力高于外界，因此没有灰尘进入，以抵抗外界风、沙、尘等环境条件对采集器的影响。这将确保收集器不会受到恶劣天气条件的影响，例如中东频繁的沙尘暴。

玻璃点光源槽式采集器采用复合基板和镀银反射镜的结构设计，使这种反射镜的重量极轻，仅为3kg/m2左右，比普通槽式玻璃反射镜低很多。而且，镜子不需要在玻璃温室里进行钢化。

另外，为了保证槽式集热系统产出足够压力的蒸汽，其采用了槽式DSG的技术路线，集热管并未采用常见的玻璃真空管，而采用了类似于菲涅尔集热技术用的镀膜钢管，这种钢管可以承受更大的压力，保证输出蒸汽达到100bar的压力水平。同时，由于玻璃温室的反射等作用将造成一定的阳光透入损失，为更大程度上聚集热量，其反射镜采用了7.5m的大开口设计。

在跟踪驱动方面，Glass Point也采用了创新型的设计，由于集热器重量较轻，无需为每个集热器配置昂贵的跟踪驱动系统，其采用整体跟踪的方式来调节集热器的朝向，具体通过玻璃温室的横梁结构，用钢丝将反射镜镜体连接，通过一套驱动装置拉动钢丝完成集热器的朝向转动。

由于整个集热场置于一个玻璃结构温室内，对集热场的清洗就变得更为简单，传统的抛物槽由于其形状特殊存在自动清洗较难实现的特点，但这种设计仅仅需要清洗玻璃温室即可，玻璃温室的顶部采用屋脊型设计，以避免灰尘附着，采用简易的机器人清洗装置，能高效率完成整个集热场的清洗。

采用玻璃温室的封闭型集热场设计将带来新建温室的投资支出，但相对其带来的诸多好处而言，这点额外的支出很容易就被抵消掉。上述的几个技术特点简而言之可以概括为：封闭温室结构+轻型反射镜+镀膜钢管集热+钢丝跟踪转动+自动清洗。这种设计应是比较适用于沙尘暴多发地区的太阳能EOR项目开发。

2太阳能采油技术在国外的应用

全球最大的太阳能EOR项目：位于阿曼的装机1GWth的Miraah项目一期将投运，该项目产出蒸汽温度达300℃，可用于辅助阿曼最大的石油生产商--阿曼石油开发公司（PDO）在阿曼油田进行稠油开发。该项目由美国GlassPoint太阳能公司开发，总投资为6亿美元（约合40.6338亿人民币）。

该项目位于阿曼沙漠中的油田，占地740英亩，于2015年10月开工建设，主要通过太阳能集热系统生产蒸汽加热油层来提高重质原油的流动性，从而提高石油采收率。

Miraah太阳能项目规模宏大：包含36个温室模块，1021MW集热场，耗费6亿欧元，占地3km2(741公顷），相当于360个标准足球场大小，完工后每天能生产6000t太阳能蒸汽。因此节约的天然气可用于其他更具价值的行业，例如电力和工业部门。Miraah节约下来的天然气可以为阿曼一个20.9万人口的小镇提供居民用电。当然，相比于燃料燃烧，环境友好还是太阳能的另一大优点。Miraah每天会减少超过30万吨的二氧化碳排放，相当于永久性减少6.3万辆汽车的行驶。

3太阳能采油技术在国内的应用前景

我国稠油资源主要分布在辽河油田、新疆油田、胜利油田、河南油田等地，但要满足“充足的可利用土地面积+充足的太阳辐射资源+浅层稠油储量+太阳能提高采收率技术”的多重约束，新疆油田是首选，特别是局部浅层稠油储量。结合当地气候和环境特点，开发适合当地环境、具有一定经济性的太阳能三次采油技术，是打开国内太阳能三次采油市场的第一步，也是最关键的一步。

我国重油主产区主要分布在中石油、中石化旗下的9个油田，大部分位于轻资源较好的地区，具备利用太阳能的现实条件和资源基础。因此，利用太阳能集热器产生蒸汽具有非常广阔的市场前景。

结论

充分利用油田地区的空地，建设太阳能光伏发电系统，可以降低油田电网的建设成本。同时，在满足生活区用电需求的前提下，多余的电能可用于油井建设或出售给电网，具有良好的经济效益。太阳能光伏发电属于绿色能源，在未来油田开发过程中将大力推广，政府也将给予财政补贴。其应用现状和发展前景十分可观。

参考文献：

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