太陽能照明在油田地面工程中的應用分析

李鳳龍，張 錄，羅 勇，張君臣

中國石油天然氣第七建設有限公司，山東 青島 266300

0 引言

太陽能作為新型清潔能源，因干凈、清潔、無污染的獨特優(yōu)勢逐漸被引入現(xiàn)代城市建設中，其中太陽能路燈就是綠色環(huán)保照明技術的一個顯著表現(xiàn)。城市道路的夜晚離不開對路燈的需求，路燈在增加城市風采的同時，也為居民的生活帶來了更多的便捷[1]。隨著社會經(jīng)濟化的快速發(fā)展，很多城市對道路建設的要求也相應提高。但是城市路燈每天的耗電量非常大，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，全國使用路燈照明的耗電量可以達到所有用電項目的4%～5%，很多水電站難以負荷如此大的用電量。加上不斷出現(xiàn)的能源危機，世界各地都希望能夠找到適合代替有限能源消耗的有效方法，太陽能就是這樣一種能源。太陽能是世界上最普遍且不會輕易衰竭的能源，不僅環(huán)保，而且無污染，因而得到廣泛重視和使用。

伴隨經(jīng)濟的不斷發(fā)展與科技的不斷進步，太陽能產(chǎn)品越來越多，如常見的太陽能熱水器、太陽能交通指示牌等，而且這些產(chǎn)品種類繁多、功能齊全。與常規(guī)能源相比，太陽能的發(fā)展前景十分廣闊。太陽能能源與汽油、煤油等能源相比有著顯著的區(qū)別，太陽能不會枯竭，對環(huán)境不會產(chǎn)生任何的污染，而且從經(jīng)濟角度看，太陽能的使用費用并不是很高，因此更契合綠色健康發(fā)展理念的要求[2]。在諸多因素的影響下，世界各地對于太陽能的利用程度越發(fā)重視，在不久的將來，太陽能綠色健康照明技術或將迎來更加全面的創(chuàng)新改革與發(fā)展[3]。

1 太陽能照明技術的組成及使用

太陽能照明系統(tǒng)大致由太陽能照明、發(fā)電、儲能三個重要部分組成，由太陽能電池組件、控制器、光源、蓄電池組等部分構成。在光照充分的天氣條件下，電池方陣對蓄電池充電并且進行發(fā)電，給照明系統(tǒng)提供電力。但是在持續(xù)陰雨天氣時，由于光照不充分，就會導致電能供應不足，這時就需要利用市電來補充照明系統(tǒng)。

在新疆油田某個區(qū)的供熱站，就已經(jīng)首次進行太陽能技術試驗，并且應用太陽能照明系統(tǒng)實現(xiàn)了供熱站夜間照明。應用結果顯示，該供熱站用電量降到了原來的十分之一。該系統(tǒng)合理采取了固定式太陽能離網(wǎng)發(fā)電，蓄電池的儲能效果為照明裝置提供了充足的電能，而且發(fā)電單元也可以直接為蓄電池進行充電，負載用電可在太陽能用電及市電用電之間進行合理的切換和使用。

2 太陽能照明在國內(nèi)油田地面工程中的應用

電能是傳統(tǒng)邊緣井站消耗最主要也是最多的能量，大部分的電能都需要用來加熱儲油罐，這種傳統(tǒng)的工藝技術費用高、耗電量大，而且用于加熱的電加熱棒容易損壞，導致危險系數(shù)加大。

太陽能集熱器與高效儲能換熱器一體化的設計，使整個加熱系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化控制，其中控制器的原理就是隨著儲液罐內(nèi)的溫度變化來決定是否需要補充加熱。在這個系統(tǒng)里，太陽能是最主要的利用能源，光照充足的情況下，利用太陽能技術可以實現(xiàn)持續(xù)加熱；在特殊的天氣條件下，如陰雨天氣，就需要使用電輔助加熱。

2008年，河南油田首次使用太陽能裝置給油罐加熱，太陽能裝置利用電腦自動化控制，使得程序操作變得安全、簡潔又高效。2009年，河南油田同樣以太陽能作為主要能源，配合電輔助加熱，創(chuàng)建了集群太陽能加熱裝置。此裝置通過加熱盤管替代原有的電加熱棒加熱的技術，從本質上解決了傳統(tǒng)裝置使用過程中出現(xiàn)漏電、液位低仍加熱等問題造成的安全隱患問題。而且據(jù)統(tǒng)計，同期對比下，這一裝置還節(jié)約了很多電量。

3 太陽能照明技術在國外油田地面工程中的應用

不僅在國內(nèi)，國外也有很多在原油和燃油輸送加熱過程中使用太陽能照明技術的案例。在澳大利亞，一太陽能系統(tǒng)公司就成功完成了稠油管道的試驗過程。在光照充足的情況下應用太陽能，原油的溫度提高了約40 ℃，就算在缺乏光照的夜間，也可以提高10 ℃。在土耳其，有人研發(fā)了一種可以將儲存箱和集熱轉換裝置融為一體的太陽能熱二極管中低溫集熱裝置，該裝置采取了塑料片，可以彌補夜間儲存箱的對流散熱損失的不足，對提高燃料預熱溫度有非常好的促進作用[4]。

澳大利亞太陽能系統(tǒng)公司研發(fā)的太陽能加熱系統(tǒng)已經(jīng)取得了專利，該系統(tǒng)可以有效提高管道內(nèi)的運輸量，讓管道油溫的環(huán)境一直維持在50 ℃以上，并且相應減少泵送系統(tǒng)工作帶來的壓力。該系統(tǒng)的原理就是利用了太陽能可以對管線伴熱的功能特性，核心部分是熱二極管，熱二極管又包括透明保溫材料和不透明保溫材料，以及光譜選擇層三個組成部分，這三部分共同作用，進而產(chǎn)生二極管效應，促進光能吸收，從而可以保持熱量。

4 太陽能在油田地面工程應用過程中存在的問題及對策

（1）由于太陽能吸收強度很容易受到地域環(huán)境、氣候溫差、晝夜交替變化等自然因素的影響，時強時弱，時有時無，具有不確定性。同樣，風能也具有類似的不穩(wěn)定性。因此，可以合理利用兩者之間的天然配合，如可以利用風能進行發(fā)電，再把電能運用到電加熱系統(tǒng)，進而再利用太陽能產(chǎn)生的熱量繼續(xù)供應，這樣可以保證加熱系統(tǒng)裝置能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作。

（2）太陽能的能流密度比較低，往往需要足夠大的采光集熱面積才能滿足實際的使用需求，這就產(chǎn)生了集熱裝置占地面積過大的問題。但是如果把太陽能技術和熱泵技術互相配合，開發(fā)太陽能型的熱泵技術，就可以有效提高太陽能集熱器的工作效率并完善熱泵系統(tǒng)的功能[5]。

（3）外界條件很容易影響太陽能供熱技術，因此需要采用高質量的蓄熱材料，不斷加強和完善蓄熱系統(tǒng)的結構，從而保證太陽能加熱系統(tǒng)可以在光照充足時使蓄熱結構存儲充足的熱量，即使是在夜晚或陰雨天氣的條件下也能正常發(fā)揮作用。

（4）需要開發(fā)實用性的防垢、去垢技術，使太陽能的加熱設備得到有效保護，進而改善裝置的加熱效果，避免出現(xiàn)影響加熱設備使用的問題，從而延長設備的使用壽命。

5 太陽能照明技術的發(fā)展前景

綜合以上敘述不難發(fā)現(xiàn)，太陽能技術的廣泛應用必然會成為日后社會建設的重要選擇方向，但是太陽能技術的應用目前處在初期階段，很多技能尚未完善，很多功能還沒有充分開發(fā)和利用，依然存在一定的不足。特別是在性能方面，太陽能的照明有時會受到天氣、氣候的影響，導致熱能效果不穩(wěn)定，照明質量較差，一旦陰雨天氣持續(xù)，照明效果就會有所下降。

在太陽能照明的生產(chǎn)技術中，整個工序要求十分嚴格，相應設計步驟十分煩瑣，這對日后的維修售后工作也有一定的影響。例如，設備在監(jiān)管過程出現(xiàn)問題，導致太陽能照明設備的維護不到位，進而出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象[6]。因此，需要強化對太陽能照明設備的維護和售后保修責任。

盡管如此，太陽能照明技術依然有非常大的挖掘潛能，這就需要研究工作者不斷深入改革和創(chuàng)新，提高太陽能照明技術的性能，促進太陽能照明技術的全面發(fā)展[7-8]。

6 結束語

利用太陽能光照技術解決在油田工程中的應用問題，有助于減少能源的消耗，促進社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)能減排。然而，在利用太陽能解決工程生產(chǎn)問題的同時，需要重視太陽能輻射量的動態(tài)變化對制熱效果的影響。通過太陽能技術的優(yōu)勢與其他能源相互配合使用，解決現(xiàn)實生活中存在的一些問題，在促進油田工程發(fā)展的過程中順應現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，努力實現(xiàn)社會發(fā)展與環(huán)境保護共同進步的目標。