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一种新型海上平台电站模式探索

发表时间：2021/5/13 来源：《中国电力企业管理》2021年2月作者：牟春龙

[导读] 海洋工程开发是解决目前能源危机的有效手段，合理开发海洋相关资源具有十分重大的意义。海上油气田平台电力系统是海洋工程的核心，其运行的稳定性直接影响着海上平台的运转。目前，国内海上油气田平台的供电系统大多采用的是自建电站式，由发电机组发电集中供电或通过海底电缆传输给周边井口平台。

中国海洋石油集团有限公司采购招标中心牟春龙

摘要：海洋工程开发是解决目前能源危机的有效手段，合理开发海洋相关资源具有十分重大的意义。海上油气田平台电力系统是海洋工程的核心，其运行的稳定性直接影响着海上平台的运转。目前，国内海上油气田平台的供电系统大多采用的是自建电站式，由发电机组发电集中供电或通过海底电缆传输给周边井口平台。这种方式存在自身电站运行不稳定、每年的发电机维护成本高、核心技术受限、排放的气体对环境造成影响等诸多问题。因此，从供电可靠性、经济性和环保等角度出发,探索海上油气田供电的新方式具有重要的意义。中国海洋石油集团有限公司下属的曹妃甸6-4油田引入岸电工程，通过电力组网的方式，为油田的生活、生产供电，与以往平台搭载燃油发电主机相比，减排二氧化碳相当于植树400万棵，在电站新模式应用方面已经取得了实际成效。
关键词：电站岸电电源接入点设计原则
        岸电项目的优势：
        近几年国内海上风电行业发展迅速，大量海上电站通过高压电缆输送到陆地电网，推动了国内高压海上变电站和长距离高压海缆的设计及制造技术的发展，目前海缆应用业绩最高电缆电压等级已达500kV，完全可满足岸电项目输电要求。与此同时，适用于长距离大容量供电的柔性直流技术在国内也获得了发展，可以说海上油田岸电应用具备了技术条件。
        岸电应用作为海上油气田开发的一种创新的生产模式，较海上平台自发电更为清洁、高效，具有环保、智能、效率高的优点，同时可减少海上电站设备运维费用，促进节能减排。利用岸电可以大大降低海上二氧化碳和氮氧化物的排放，可加快建设“绿色油田”，同时能够节省海上自发电所需要的天然气及原油消耗，进一步增强能源供应能力。此外，岸电敷设的复合光纤海底电缆可作为海上油气田到陆地的高速数据通道，将海上油气田大量的开发生产数据实时传输至陆地，有利于推动海上平台智能化的进程。
        综上所述，岸电项目与传统的发电机组供电优势总结如下：
        1.岸电空载损耗小，可长期小负载或者大负载运行，可保证电网稳定运行；
        2.可大大节省后期的运维费用，全生命周期成本低；
        3.具有易操作、管理的特点，无需专人管理，可大大节省管理成本；
        4.运行噪音低，无污染，对环境影响小；
        5.动态特性好，频率稳定度高，抗冲击能力强；
        6.因节省了发电机组，平台空间利用率大，人工成本降低。
        岸电设计基础、原则及注意事项
        岸电作为一种新型的海上平台电站使用，目前的应用案例相对较少，因此在设计上需要综合考虑各方面的影响因素，在前期可研阶段要做好周详的规划，综合考虑油田群的规模、离岸距离、水深及沿岸陆地大电网等各种因素。
        1、设计基础
        （1）岸电工程规模的重要因素之一就是设计规模油田区域规划负荷。为了选择适合项目自身的供配电设备，就需要结合当地油田实际配产情况做好油田生产运营所需要的电力负荷的评估工作，以便能够达到所需要的效果。
        （2）根据油田地理位置就近选择登陆点，作为电源接入点[3]。接入点的选择应符合较高供电可靠性、足够供电容量以及较好经济性的原则。同时需提前考虑工程造价、用电需求及用户电能质量考核指标等，并以供电协议形式对推荐供电方案进行确认。
        （3）由于海底存在诸多不确定性因素，因此海底电缆铺设方法也是岸电项目成功的关键因素。

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以渤海油田某一岸电项目为例，可利用港口航道区正在进行改造的海底管道路由,首先在海底管道的管沟内完成穿越航道段海底电缆预敷设与防护,再使用电缆接头连接整条海底电缆,完成电缆跨越航道施工.此方法最大限度的利用了现有资源，可为类似海底电缆穿越航道工程提供借鉴.
        2、设计原则
        1）因海上平台保产的特殊性，需要采用双通道并联输电方案，系统设计上要配备两套相对独立的海上换流站或变电站，在一路出故障时不影响平台运行，从而保证油田供电的可靠性。
        2）为了降低停电对油田生产的影响，冗余度设计一般按2×1 0 0%来考虑。
        3）GB50052—2009 《供配电系统设计规范》里明确规定：一级负荷需要由两个相对独立的电源供电，其中一个电源发生异常时，另一个电源能够及时接入系统进行供电；二级负荷宜由两回线路供电。根据以往海上平台的设计，海上油田的一级负荷主要有安全系统、中央控制系统、集中控制系统、仪表系统等需要的负荷，二级负荷为油气处理装置区所需要负荷等，三级负荷为其他负荷等，因此在设计上必须满足提前考虑上述因素，确保平台投用的安全性。
        4）经济效益是海上平台设计方案能否通过审批的基础，因此要综合看各配套所需要的设备投资，包括但不限于变电站/换流站、海底电缆、陆地电网电价等，同时还需要结合海上油气田开发整体方案进行综合评估。
        3、注意事项
        1）海上油气田引入岸电作为一种新型的电站模式，设计前期需要组织专家结合海底特性、油田开发方案和周边配套设备情况等进行综合进行设计论证，从而为实现岸电向海上油气田的传输提供依据。
        2) 根据工程实际情况，本着电力系统安全、稳定、可靠和灵活的原则，通过校核海底电缆的容量、压降等进行交直流输电的比选、电压等级的选取以及海底电缆和变电站等电气设备的经济选型。
        案例：
        岸电技术可以减少城市空气污染，使天更蓝，空气更洁净。有了岸电技术，无数大大小小的分散的柴油发电机变成了发电厂的集约供电，不仅可以集中有效处理发电带来的各种污染，也间接提高了用电量，促进了风能太阳能等清洁电能需求，为我国发展清洁能源发展添砖加瓦。
        中国海洋石油集团有限公司作为国内最大的海上平台拥有者，积极响应国家的环保政策，统筹推进中国海油绿色油田计划，根据绿色环保的发展战略，坚持“保护优先、绿色开发”的理念，着重从加强建立海上油气田开发绿色环保、全建立油气开发和海洋生态环境保护共融共生的长效机制，积极推动实现海上油气田开发的绿色发展。积极探索尝试，改变以往设计模式，通过引入陆地大电网为海上油田生产供电，以提高发电效率。率先试点的渤海秦皇岛和曹妃甸油田在引入岸电工程后，与以往平台搭载燃油发电主机相比，预计每年将减少燃油主机原油消耗近5万吨，整个区域将年均节约能源约6.47万吨标煤，相当于减少二氧化碳排放17万吨，减排二氧化碳相当于植树1700万棵【4】。
        综上所述，无论是国家提出的“节能减排”的大政方针，还是最新要求的“碳中和，碳达峰”目标，岸电技术都在其中大有可为。另外，在国际环境动荡、核心技术受限的情况下，在海上平台全面推进提质增效，高质量发展的大趋势下，岸电技术作为海上平台电缆的一种新的模式发展空间是巨大的，高端岸电装备的设计制造是未来发展的需求。
参考文献：
【1】张强. 海洋石油平台电力组网的设计与实现[J]. 船舶, 2012(05):67-71.
【2】高璇, 刘国锋, 李雪. 海上油气田岸电应用设计要点分析[J]. 电气应用, 2020, v.39;No.513(03):81-84.
【3】李雪, 高璇, 魏澈. 海上石油平台引入岸电的应用探讨[J]. 自动化应用, 2018, 000(002):125-126.
【4】中国海油绿色油田计划原则[J]. 能源与环境, 2019(4):15-15.