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樊(fan)玉新1，李泓(hong)洲2，段(duan)勝男1，顧鵬程2，任寧1

1.新疆油田分公司工(gong)程技術研究院（監(jian)理公司）

2.中新碳合科技（北京）有限公司(si)

摘要(yao)：新疆油(you)田公司(si)近期在某井區開展高溫光熱(re)(re)制蒸汽(qi)與注(zhu)汽(qi)鍋爐(lu)耦合的(de)先導試驗，為稠(chou)油(you)蒸汽(qi)輔助重力泄油(you)（SAGD）開發(fa)提(ti)供低碳高品質蒸汽(qi)。先導試驗的(de)開展對(dui)油(you)氣勘探開發(fa)與新能(neng)源(yuan)技術的(de)融合具(ju)有先行示范意義。“雙碳”目標下新疆油(you)田公司(si)稠(chou)油(you)生產面臨減(jian)少天然(ran)氣消耗，降低二氧化(hua)(hua)碳排(pai)放(fang)的(de)挑戰。結合太陽(yang)能(neng)聚(ju)光集熱(re)(re)技術、綠(lv)電+電極(ji)熔鹽加熱(re)(re)技術、高溫儲(chu)熱(re)(re)技術，提(ti)出不同場景(jing)下淺(qian)層稠(chou)油(you)開采中注(zhu)汽(qi)工藝的(de)新能(neng)源(yuan)供能(neng)配置方案。為太陽(yang)能(neng)高溫光熱(re)(re)技術在新疆油(you)田稠(chou)油(you)作業區規模化(hua)(hua)應用提(ti)供了具(ju)體(ti)思路與解決方法，在減(jian)少自用天然(ran)氣的(de)同時盡(jin)可能(neng)降低蒸汽(qi)成本(ben)，對(dui)稠(chou)油(you)油(you)田低碳可持續開發(fa)具(ju)有重要(yao)指導意義。

關(guan)鍵(jian)詞(ci)：太陽能(neng)聚(ju)光集熱(re)；熔鹽儲熱(re)；超(chao)稠油；直接產蒸(zheng)汽(qi)；連續產蒸(zheng)汽(qi)；低碳(tan)開發

中圖分類號：TE345文(wen)獻標識碼：A

準噶爾盆地(di)蘊藏豐富(fu)的(de)石油(you)和天然(ran)氣(qi)資(zi)源，其(qi)中盆地(di)西(xi)北緣是(shi)淺層(ceng)超稠(chou)(chou)油(you)富(fu)集(ji)帶，具有(you)埋深淺、溶解氣(qi)量小(xiao)、天然(ran)驅(qu)動能量弱、黏度(du)特別高的(de)特點(dian)。通過對稠(chou)(chou)油(you)油(you)藏注(zhu)入(ru)高溫(wen)高壓蒸汽(qi)，降低(di)稠(chou)(chou)油(you)黏度(du)增加流(liu)動性是(shi)開發(fa)淺層(ceng)超稠(chou)(chou)油(you)的(de)有(you)效方(fang)法。目前主(zhu)要(yao)通過燃燒煤炭、天然(ran)氣(qi)等化(hua)石燃料生(sheng)產(chan)蒸汽(qi)，能源消耗高。據統計，注(zhu)汽(qi)系統能耗約占稠(chou)(chou)油(you)生(sheng)產(chan)總能耗的(de)98.6%。

國(guo)家能源(yuan)局近(jin)期(qi)提出油(you)氣(qi)(qi)勘(kan)探開(kai)發(fa)要與新(xin)能源(yuan)融(rong)(rong)合(he)發(fa)展，要求加(jia)大(da)油(you)氣(qi)(qi)勘(kan)探開(kai)發(fa)與新(xin)能源(yuan)融(rong)(rong)合(he)的技術創新(xin)攻關力度。新(xin)疆(jiang)維吾爾自治區(qu)也大(da)力提倡綠色生產，特別要加(jia)快煤炭、石油(you)、化工三大(da)重點行業的低碳(tan)轉型。因此(ci)，充分利用新(xin)疆(jiang)地區(qu)豐富(fu)的太陽(yang)能資(zi)源(yuan)，通過聚光(guang)集熱(re)及(ji)儲熱(re)技術，實現(xian)油(you)氣(qi)(qi)生產過程的清潔(jie)化供熱(re)，助力低碳(tan)油(you)氣(qi)(qi)開(kai)發(fa)。

1、太陽能高溫光熱制蒸汽技術概述

太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)集熱(re)技(ji)術(shu)主(zhu)要應(ying)用于太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)發電領域。在稠油蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)驅油開采(cai)方面(mian)美國(guo)、阿(a)曼都曾(ceng)開展過太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)光(guang)(guang)(guang)熱(re)制(zhi)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)示(shi)(shi)范項目。其中(zhong)(zhong)2010年(nian)(nian)(nian)阿(a)曼建成(cheng)(cheng)Miraah 7 MW示(shi)(shi)范裝置(zhi)(zhi)（北(bei)(bei)緯(wei)(wei)23o），采(cai)用封閉式(shi)槽式(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)系統(tong)，日產(chan)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)達50 t；美國(guo)雪佛龍公司在加州科林納（北(bei)(bei)緯(wei)(wei)36o）建設(she)29 MW光(guang)(guang)(guang)熱(re)制(zhi)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)示(shi)(shi)范裝置(zhi)(zhi)，采(cai)用塔式(shi)集熱(re)技(ji)術(shu)，2011—2014年(nian)(nian)(nian)運(yun)行效(xiao)果良好。新疆油田公司正在某(mou)井區(qu)開展高溫光(guang)(guang)(guang)熱(re)耦合注汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)鍋(guo)爐聯合供(gong)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的先導試驗(yan)項目。該(gai)井區(qu)地處(chu)北(bei)(bei)緯(wei)(wei)46o，每年(nian)(nian)(nian)日照時長(chang)達2 637 h，多年(nian)(nian)(nian)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)平均法向直接(jie)輻射量(liang)(liang)（DNI）1 360 kW·h/m2，光(guang)(guang)(guang)資源(yuan)(yuan)呈(cheng)現冬夏季分布不均勻的特點，為此選取(qu)聚(ju)(ju)光(guang)(guang)(guang)比高的塔式(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)技(ji)術(shu)路線(xian)。采(cai)用北(bei)(bei)鏡場(chang)布置(zhi)(zhi)提高鏡場(chang)余弦(xian)效(xiao)率，以軟化清水作為集熱(re)介質直接(jie)在吸熱(re)器中(zhong)(zhong)生成(cheng)(cheng)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。采(cai)取(qu)與注汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)鍋(guo)爐耦合運(yun)行方式(shi)，不設(she)置(zhi)(zhi)地面(mian)儲(chu)熱(re)設(she)施，利用SAGD采(cai)油工藝(yi)形成(cheng)(cheng)的地下汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)腔(qiang)作為緩(huan)沖(chong)，平抑光(guang)(guang)(guang)資源(yuan)(yuan)變化對蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)量(liang)(liang)波(bo)動造成(cheng)(cheng)的影(ying)響，項目效(xiao)果圖見圖1。

圖1某井區高溫光熱制蒸(zheng)汽試驗項目效果圖

項目配置(zhi)的高溫光熱(re)(re)直(zhi)接制蒸汽(qi)(qi)(qi)（CS-DSG）系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)可(ke)分為(wei)聚(ju)光集熱(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)、水(shui)工(gong)質吸熱(re)(re)器(qi)(qi)（蒸汽(qi)(qi)(qi)發生系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)）、汽(qi)(qi)(qi)水(shui)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)和(he)電氣及熱(re)(re)工(gong)控制系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)等。聚(ju)光集熱(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)收集太(tai)陽能，反射太(tai)陽光并(bing)聚(ju)焦至(zhi)吸熱(re)(re)器(qi)(qi)，利用太(tai)陽能輻射熱(re)(re)加熱(re)(re)吸熱(re)(re)器(qi)(qi)內的水(shui)工(gong)質，給水(shui)進(jin)入吸熱(re)(re)器(qi)(qi)的蒸發段、汽(qi)(qi)(qi)包(bao)和(he)過熱(re)(re)器(qi)(qi)后形成高品質過熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(qi)。CS-DSG系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)工(gong)藝流程見圖2。

圖(tu)2 CS-DSG系統工藝流程

時蒸(zheng)汽(qi)(qi)出(chu)力受到影(ying)響，增加高(gao)溫熔鹽儲熱(re)系統并配置蒸(zheng)汽(qi)(qi)發生器后(hou)可(ke)平抑(yi)光(guang)資源(yuan)波動(dong)造成的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)出(chu)力影(ying)響。配置儲熱(re)裝(zhuang)置的(de)高(gao)溫光(guang)熱(re)連續制蒸(zheng)汽(qi)(qi)（CSSGS）系統工藝流程見圖3。

CS-SGS系統增加了(le)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)裝置，以熔鹽(yan)(yan)作為吸(xi)熱(re)(re)(re)(re)(re)和儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)介質(zhi)，采用冷(leng)、熱(re)(re)(re)(re)(re)鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)的(de)雙罐(guan)(guan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)式，并(bing)配套(tao)熔鹽(yan)(yan)-蒸汽發(fa)生系統。加熱(re)(re)(re)(re)(re)后的(de)熔鹽(yan)(yan)從熱(re)(re)(re)(re)(re)鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)進(jin)入蒸汽發(fa)生器與水工質(zhi)進(jin)行換(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)，把給水加熱(re)(re)(re)(re)(re)成過熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸汽，換(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)后的(de)熔鹽(yan)(yan)回到冷(leng)鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)中(zhong)并(bing)通過冷(leng)鹽(yan)(yan)泵送(song)入吸(xi)熱(re)(re)(re)(re)(re)塔吸(xi)收太陽(yang)(yang)能，太陽(yang)(yang)能以顯熱(re)(re)(re)(re)(re)的(de)方(fang)式存儲(chu)在熱(re)(re)(re)(re)(re)鹽(yan)(yan)中(zhong)。

圖3 CS-SGS系統工(gong)藝流(liu)程

高(gao)溫(wen)熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術(shu)在(zai)太陽能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)電行(xing)業應用(yong)至今已有數十(shi)年時(shi)間，是當(dang)前主流的(de)(de)高(gao)溫(wen)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術(shu)。熔鹽(yan)一(yi)般具有良好的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)穩(wen)定性、高(gao)潛(qian)熱(re)(re)(re)(re)(re)值以及低蒸(zheng)氣壓，相比(bi)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)油(you)、液態金(jin)屬等儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)介質價格便宜且儲(chu)(chu)量豐富。在(zai)太陽能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)電熔鹽(yan)系統中，使用(yong)最多的(de)(de)是硝(xiao)基型的(de)(de)二元熔鹽(yan)，即太陽鹽(yan)（60%NaNO3+40%KNO3），熔點(dian)(dian)220℃，分解(jie)溫(wen)度(du)575℃；化工領域使用(yong)較(jiao)(jiao)多的(de)(de)熔鹽(yan)是三元硝(xiao)基鹽(yan)，即HITEC鹽(yan)（7%NaNO3+53%KNO3+40%NaNO2），熔點(dian)(dian)142℃，分解(jie)溫(wen)度(du)450℃。雖然(ran)太陽能(neng)(neng)聚光(guang)集(ji)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術(shu)和高(gao)溫(wen)熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術(shu)成(cheng)熟，但(dan)單位投(tou)資較(jiao)(jiao)高(gao)，受當(dang)地光(guang)資源影響，在(zai)新疆油(you)田(tian)替代天然(ran)氣制蒸(zheng)汽尚存在(zai)經濟性不(bu)(bu)佳的(de)(de)問(wen)題。以新疆油(you)田(tian)某井區光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)先導(dao)試(shi)驗項目(mu)為(wei)例，增加(jia)熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)系統測算的(de)(de)蒸(zheng)汽成(cheng)本要比(bi)不(bu)(bu)帶儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)系統的(de)(de)光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)直接產蒸(zheng)汽系統高(gao)100元/t。考(kao)慮到陰雨天影響，要做到連續(xu)供能(neng)(neng)須進一(yi)步(bu)增加(jia)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)規模。

北疆地區風(feng)、光可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)豐富，新(xin)疆油田公司正開(kai)展以風(feng)電(dian)、光伏(fu)為(wei)主體的(de)新(xin)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)發電(dian)設(she)施建設(she)，可考慮將生(sheng)產的(de)綠(lv)電(dian)轉化為(wei)熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)存(cun)在(zai)熔鹽(yan)(yan)系統中。在(zai)太陽能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)聚光集熱(re)+熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)系統基礎(chu)上增加熔鹽(yan)(yan)電(dian)加熱(re)爐，利用(yong)白天(tian)風(feng)光棄電(dian)和夜(ye)間谷電(dian)加熱(re)熔鹽(yan)(yan)，合理利用(yong)儲(chu)熱(re)系統容(rong)量(liang)，提升儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)規模，在(zai)降低(di)供汽成本的(de)同時(shi)也減少了油區周(zhou)邊風(feng)光新(xin)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)棄電(dian)。

電(dian)(dian)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)根據加(jia)(jia)熱(re)(re)原理不同(tong)，可分為電(dian)(dian)阻(zu)式(shi)、電(dian)(dian)磁式(shi)和(he)電(dian)(dian)極(ji)式(shi)等不同(tong)型式(shi)。電(dian)(dian)阻(zu)式(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)方(fang)(fang)式(shi)采用(yong)低電(dian)(dian)壓輸入(ru)，適用(yong)于單臺(tai)功(gong)率(lv)較(jiao)小(xiao)（<3 MW）的(de)(de)(de)電(dian)(dian)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)，在(zai)(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)熔(rong)鹽過(guo)程中(zhong)電(dian)(dian)熱(re)(re)管表面形成(cheng)的(de)(de)(de)局(ju)部(bu)高(gao)溫會(hui)造(zao)成(cheng)熔(rong)鹽分解變性和(he)局(ju)部(bu)傳(chuan)熱(re)(re)惡化。電(dian)(dian)磁式(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)方(fang)(fang)式(shi)存(cun)(cun)在(zai)(zai)電(dian)(dian)轉磁轉熱(re)(re)過(guo)程中(zhong)有用(yong)功(gong)下降(jiang)(jiang)，整體(ti)能量轉換效(xiao)率(lv)降(jiang)(jiang)低的(de)(de)(de)問題，通常電(dian)(dian)磁加(jia)(jia)熱(re)(re)綜合(he)(he)效(xiao)率(lv)低于90%。熔(rong)鹽電(dian)(dian)極(ji)加(jia)(jia)熱(re)(re)方(fang)(fang)式(shi)可較(jiao)好(hao)地解決電(dian)(dian)阻(zu)式(shi)與電(dian)(dian)磁式(shi)技術(shu)在(zai)(zai)大(da)容量熔(rong)鹽加(jia)(jia)熱(re)(re)中(zhong)存(cun)(cun)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)問題。熔(rong)鹽本身就是電(dian)(dian)阻(zu)，不會(hui)存(cun)(cun)在(zai)(zai)發熱(re)(re)不均和(he)局(ju)部(bu)過(guo)熱(re)(re)的(de)(de)(de)情況；電(dian)(dian)極(ji)加(jia)(jia)熱(re)(re)效(xiao)率(lv)能達到99%以上(shang)，輸入(ru)高(gao)電(dian)(dian)壓提(ti)升單臺(tai)功(gong)率(lv)，適合(he)(he)大(da)規模電(dian)(dian)加(jia)(jia)熱(re)(re)。

《中國(guo)太陽(yang)能熱(re)發電(dian)行業藍(lan)皮書2022》指出，降(jiang)低聚光(guang)器成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)和(he)(he)(he)提高(gao)(gao)聚光(guang)鏡(jing)場效(xiao)率一直是(shi)(shi)推進太陽(yang)能光(guang)熱(re)發電(dian)的(de)(de)(de)重大課(ke)題(ti)。全球太陽(yang)能熱(re)發電(dian)的(de)(de)(de)平準化度電(dian)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)（LCOE）從2010年0.358美元/（kW·h）降(jiang)低到2020年0.114美元/（kW·h），十年下(xia)降(jiang)70%。該(gai)報告預(yu)測(ce)(ce)，到2030年塔式光(guang)熱(re)電(dian)站太陽(yang)島成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)將下(xia)降(jiang)23.1%，年均(jun)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)下(xia)降(jiang)率3%。聚光(guang)、吸熱(re)及熱(re)功轉換(huan)過程(cheng)(cheng)是(shi)(shi)構(gou)成(cheng)(cheng)系統能量(liang)和(he)(he)(he)效(xiao)率損(sun)失的(de)(de)(de)主要部分，約占(zhan)總損(sun)失的(de)(de)(de)97%。因此提高(gao)(gao)太陽(yang)能熱(re)發電(dian)效(xiao)率的(de)(de)(de)關鍵(jian)在(zai)于提高(gao)(gao)集熱(re)及熱(re)功轉換(huan)過程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)效(xiao)率。據保(bao)守估計，到2030年聚光(guang)集熱(re)系統光(guang)熱(re)轉換(huan)效(xiao)率可(ke)提升(sheng)(sheng)14%，年均(jun)增(zeng)長(chang)1.9%。具體體現(xian)在(zai)定日鏡(jing)清潔技(ji)(ji)術(shu)、云預(yu)測(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)、定日鏡(jing)鏡(jing)面(mian)工藝、鏡(jing)場排布工藝、截斷效(xiao)率優(you)化以及吸熱(re)器涂層等方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)提升(sheng)(sheng)與(yu)系統優(you)化。受益于未來高(gao)(gao)溫光(guang)熱(re)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)提升(sheng)(sheng)和(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)下(xia)降(jiang)，高(gao)(gao)溫光(guang)熱(re)在(zai)稠油熱(re)采(cai)的(de)(de)(de)應用具有廣闊的(de)(de)(de)發展前景(jing)。

結合新疆(jiang)油(you)田公(gong)司稠油(you)生產(chan)規模以及(ji)未來開發規劃(hua)，依托(tuo)當地可再生能源稟賦并(bing)根據項目邊界條件(jian)約(yue)束，針對三種不同稠油(you)開采場(chang)景提出太陽能光熱供熱解決方(fang)案，在保障供能和蒸汽品質(zhi)基礎上以蒸汽成本最低為目標(biao)開展方(fang)案對比分析。

2、光熱非連續產汽解決方案

稠油(you)(you)(you)熱采工藝主(zhu)要分為蒸汽吞吐(tu)、蒸汽驅(qu)、SAGD和(he)驅(qu)泄復(fu)合（VHSD）等方式，其(qi)基本原理是通(tong)過(guo)往油(you)(you)(you)層注入高干(gan)度或(huo)過(guo)熱蒸汽加熱油(you)(you)(you)層，從(cong)而降(jiang)低稠油(you)(you)(you)黏度、增(zeng)加稠油(you)(you)(you)流動性，以便于采油(you)(you)(you)舉升和(he)輸送。

SAGD開(kai)采過程(cheng)中(zhong)，主要依靠濕飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)(qi)的(de)汽(qi)(qi)化潛(qian)熱(re)加熱(re)油(you)藏，給原油(you)的(de)熱(re)量傳遞(di)以熱(re)傳導為主，對流(liu)為輔。開(kai)發(fa)至一定(ding)階段，泄(xie)油(you)后形(xing)成(cheng)的(de)地下(xia)蒸(zheng)汽(qi)(qi)腔橫向擴展，相鄰(lin)井(jing)間蒸(zheng)汽(qi)(qi)腔實現連通(tong)，地下(xia)發(fa)育形(xing)成(cheng)的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)腔具有(you)良(liang)好儲熱(re)條件。試驗發(fa)現，當(dang)采用變流(liu)量注入(ru)蒸(zheng)汽(qi)(qi)時，最終采收率、突破時間、產(chan)(chan)油(you)高(gao)峰(feng)期與持(chi)續(xu)穩定(ding)注汽(qi)(qi)的(de)生(sheng)產(chan)(chan)效果幾(ji)乎相同。

采用(yong)SAGD工藝開(kai)發的(de)稠油作業(ye)區(qu)可采用(yong)高溫光(guang)熱(re)(re)直接制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)（CS-DSG）系統(tong)與注汽(qi)鍋爐耦合運行的(de)方式開(kai)展(zhan)光(guang)熱(re)(re)制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)，通(tong)過變(bian)流量(liang)注入蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)。為分(fen)析不同鏡(jing)場(chang)規(gui)模(mo)對應的(de)光(guang)熱(re)(re)制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)成(cheng)(cheng)本，分(fen)別選取20 t/h、36 t/h、66 t/h、200 t/h四種(zhong)光(guang)熱(re)(re)制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)出力方案開(kai)展(zhan)集熱(re)(re)鏡(jing)場(chang)布置與系統(tong)匹配分(fen)析。結果表(biao)明，隨著集熱(re)(re)鏡(jing)場(chang)的(de)規(gui)模(mo)增(zeng)加單位投資(zi)成(cheng)(cheng)本呈現(xian)下降(jiang)趨(qu)勢(shi)，成(cheng)(cheng)本降(jiang)低主(zhu)要得益于光(guang)熱(re)(re)制(zhi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)系統(tong)的(de)規(gui)模(mo)效(xiao)應。但當鏡(jing)場(chang)規(gui)模(mo)增(zeng)長到一定程度，系統(tong)光(guang)熱(re)(re)轉化效(xiao)率有所降(jiang)低，造成(cheng)(cheng)集熱(re)(re)量(liang)減少，蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)產(chan)量(liang)也相應減少，折(zhe)算全(quan)生(sheng)命(ming)周期的(de)噸(dun)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)投資(zi)成(cheng)(cheng)本反而上升。具體方案參數對比(bi)見表(biao)1。

表1不同規(gui)模(mo)CS-DSG系統參數對比

表1中方案三(san)的經濟性(xing)最(zui)佳，產汽量66 t/h，噸蒸汽成本140元，每年預計可節省天然氣6.83×106m3，減(jian)排二氧化碳1.475×104 t。

為提高鏡(jing)(jing)場的(de)光學效率和土地利用(yong)率，優化(hua)鏡(jing)(jing)場采用(yong)非圓形鏡(jing)(jing)場布置(zhi)，鏡(jing)(jing)場布置(zhi)見圖(tu)4。

圖4太陽能集熱(re)鏡場布(bu)置及(ji)余(yu)弦效率分布(bu)

通過(guo)鏡場布置優(you)化(hua)(hua)(hua)，整體(ti)余(yu)弦效率(lv)(lv)提(ti)升至(zhi)79.33%。CS-DSG技術直接將太(tai)(tai)陽光輻射熱(re)(re)(re)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)為工質的熱(re)(re)(re)能(neng)，其光熱(re)(re)(re)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效率(lv)(lv)要比光伏(fu)(fu)發(fa)電(dian)+電(dian)鍋爐(lu)(lu)制蒸汽高(gao)(gao)很多。對比相(xiang)近(jin)產汽量(liang)的光熱(re)(re)(re)制蒸汽方案(an)與光伏(fu)(fu)發(fa)電(dian)+電(dian)鍋爐(lu)(lu)方案(an)（表2）后發(fa)現：①年集(ji)熱(re)(re)(re)量(liang)相(xiang)近(jin)、產汽量(liang)接近(jin)，光熱(re)(re)(re)鏡場占地(di)只(zhi)有(you)光伏(fu)(fu)陣列占地(di)的1/4；②CS-DSG系統(tong)(tong)單位造(zao)價約為光伏(fu)(fu)+電(dian)鍋爐(lu)(lu)制汽系統(tong)(tong)單位造(zao)價的85%；③光熱(re)(re)(re)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效率(lv)(lv)比光電(dian)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效率(lv)(lv)高(gao)(gao)1倍。以上差別(bie)主要是由(you)于太(tai)(tai)陽能(neng)光熱(re)(re)(re)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效率(lv)(lv)可以達到40%~50%，而太(tai)(tai)陽能(neng)光電(dian)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效率(lv)(lv)只(zhi)有(you)20%多；光伏(fu)(fu)發(fa)電(dian)一(yi)般采用固定支架，為避免過(guo)度遮擋，陣列間距較大。

表2 CS-DSG系統(tong)與光(guang)伏發(fa)電+電鍋爐制(zhi)蒸汽方案參(can)數對比

綜合(he)上述對比分析，對于(yu)采(cai)(cai)用SAGD工藝(yi)且已開發(fa)一段(duan)時間的稠(chou)油(you)作業(ye)區，可采(cai)(cai)用CS-DSG系(xi)統與現(xian)(xian)有注(zhu)汽鍋爐耦合(he)運行(xing)，以較低成(cheng)本實現(xian)(xian)可再生(sheng)能源替代部分天然氣。

3、光熱連續產汽解決方案

相(xiang)比SAGD工(gong)藝，稠油熱(re)采(cai)的其它工(gong)藝對(dui)蒸(zheng)汽(qi)連(lian)續穩定性(xing)要(yao)求(qiu)相(xiang)對(dui)較高，或需要(yao)對(dui)現有(you)注汽(qi)鍋爐實現可再生(sheng)能源(yuan)全部替代(dai)，該場景(jing)下應考慮采(cai)用高溫光(guang)熱(re)連(lian)續制(zhi)(zhi)蒸(zheng)汽(qi)（CS-SGS）方案。CS-SGS系(xi)(xi)統(tong)(tong)包括聚光(guang)集熱(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、熔(rong)(rong)鹽工(gong)質吸熱(re)器、熔(rong)(rong)鹽儲(chu)熱(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、熔(rong)(rong)鹽蒸(zheng)汽(qi)發(fa)生(sheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、汽(qi)水(shui)系(xi)(xi)統(tong)(tong)及電(dian)氣及熱(re)工(gong)控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)，相(xiang)比CS-DSG增加了熔(rong)(rong)鹽儲(chu)熱(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)和熔(rong)(rong)鹽蒸(zheng)汽(qi)發(fa)生(sheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)，這與(yu)光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)前(qian)端產汽(qi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)工(gong)藝流(liu)程一致，運(yun)行穩定性(xing)與(yu)可靠性(xing)均(jun)有(you)保證(zheng)。主要(yao)問題是受制(zhi)(zhi)于(yu)油區光(guang)資源(yuan)條件和光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)成(cheng)本，替代(dai)經(jing)濟性(xing)不佳。

借鑒火(huo)電(dian)廠(chang)和可再生能(neng)(neng)源大基(ji)地(di)的做(zuo)法，充分利(li)用谷(gu)電(dian)和風光棄(qi)電(dian)，把(ba)電(dian)能(neng)(neng)轉(zhuan)化為熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)存儲(chu)(chu)(chu)在熔(rong)(rong)鹽(yan)中(zhong)。在集熱(re)(re)(re)鏡場、熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)基(ji)礎上增(zeng)加電(dian)極加熱(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽(yan)裝置，實現太陽能(neng)(neng)集熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)耦合(he)電(dian)極加熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)對熔(rong)(rong)鹽(yan)進行加熱(re)(re)(re)。充分利(li)用罐容提(ti)高儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)規(gui)(gui)模，增(zeng)加供汽規(gui)(gui)模，利(li)用谷(gu)電(dian)和棄(qi)電(dian)也降低了蒸(zheng)汽成本。表3是CS-SGS系(xi)(xi)統(tong)(tong)與(yu)增(zeng)加一套40 MW電(dian)熔(rong)(rong)鹽(yan)加熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)方案對比(bi)。后者集熱(re)(re)(re)量(liang)增(zeng)加158%，儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)(tong)容量(liang)由132 MW·h增(zeng)加到(dao)(dao)300 MW·h，對應儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)時(shi)長(chang)由6 h增(zeng)長(chang)到(dao)(dao)14 h。年(nian)(nian)產蒸(zheng)汽量(liang)由每(mei)年(nian)(nian)8.2×104 t增(zeng)長(chang)到(dao)(dao)21.2×104 t，噸(dun)蒸(zheng)汽成本從240元降低到(dao)(dao)174元。

表3 CS-SGS系統增加電熔(rong)鹽加熱器前后參(can)數對比(bi)

本方(fang)案(an)(an)利用白(bai)天光(guang)(guang)熱(re)(re)資源和(he)夜間谷電(dian)(dian)資源，在熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)系統罐(guan)容基礎(chu)上(shang)(shang)增(zeng)加(jia)一(yi)(yi)定儲(chu)熱(re)(re)容量，可(ke)實現(xian)較大規模的(de)穩(wen)定供汽(qi)，具體耦合(he)配置方(fang)案(an)(an)可(ke)根據(ju)現(xian)場蒸(zheng)汽(qi)需(xu)求確定。當(dang)前(qian)在開展(zhan)(zhan)光(guang)(guang)伏、風電(dian)(dian)等可(ke)再生能(neng)源供能(neng)設(she)(she)施建設(she)(she)，當(dang)風光(guang)(guang)發電(dian)(dian)發展(zhan)(zhan)到一(yi)(yi)定階段必將面(mian)臨可(ke)再生能(neng)源電(dian)(dian)力消(xiao)納、電(dian)(dian)網調峰和(he)棄電(dian)(dian)之間的(de)問題。在開展(zhan)(zhan)光(guang)(guang)熱(re)(re)制蒸(zheng)汽(qi)替(ti)代天然氣注汽(qi)鍋爐(lu)方(fang)案(an)(an)基礎(chu)上(shang)(shang)增(zeng)加(jia)電(dian)(dian)加(jia)熱(re)(re)器配置，利用棄電(dian)(dian)/谷電(dian)(dian)開展(zhan)(zhan)熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)，既(ji)解(jie)決棄電(dian)(dian)問題，又得到油田(tian)作(zuo)業區需(xu)要的(de)綠色熱(re)(re)能(neng)，同時增(zeng)加(jia)用戶側負荷調節能(neng)力，起到一(yi)(yi)舉多(duo)得的(de)作(zuo)用。

4、大規模開發的稠油作業區光熱解決方案

前述兩個方(fang)案(an)主要(yao)(yao)(yao)針對已開發(fa)的(de)(de)(de)稠油作業(ye)區開展以熱(re)替熱(re)的(de)(de)(de)可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源供(gong)能(neng)(neng)(neng)替代。對于大規模(mo)新(xin)上產(chan)(chan)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)稠油作業(ye)區，則需要(yao)(yao)(yao)系統性配置(zhi)低碳供(gong)能(neng)(neng)(neng)解決方(fang)案(an)，在保障(zhang)供(gong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)基礎上做好與(yu)新(xin)能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)(de)融合發(fa)展，并兼顧經濟性要(yao)(yao)(yao)求。為此(ci)提出(chu)光(guang)熱(re)/光(guang)伏耦合燃機熱(re)電聯產(chan)(chan)方(fang)案(an)，可在最大限度上滿足新(xin)上產(chan)(chan)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)作業(ye)區清潔用(yong)電、用(yong)熱(re)的(de)(de)(de)需求。基于以下指導原則開展低碳供(gong)能(neng)(neng)(neng)方(fang)案(an)的(de)(de)(de)配置(zhi)。

①同一(yi)地區光資(zi)源的變化情況與光熱(re)制蒸汽與光伏發電出力變化曲(qu)線基本(ben)一(yi)致。

②燃機熱電(dian)聯產技(ji)術成熟，屬于清(qing)潔供能，其供熱與發電(dian)出力(li)隨燃機負荷變化可同步快速調整。

③耦合光(guang)熱(re)(re)、光(guang)伏(fu)與燃機(ji)(ji)實現熱(re)(re)電(dian)聯產匹配。白(bai)天通過太陽能為油(you)田(tian)提(ti)供無(wu)碳(tan)蒸(zheng)汽與電(dian)力，燃機(ji)(ji)熱(re)(re)電(dian)聯產機(ji)(ji)組作(zuo)為調峰以及夜(ye)間基荷供應(ying)，削(xue)峰填谷起(qi)到可再生能源的(de)壓艙(cang)石作(zuo)用。

太陽能(neng)(neng)、天(tian)然氣、風(feng)(feng)能(neng)(neng)等一次能(neng)(neng)源(yuan)目(mu)前主要是(shi)通過(guo)高溫光熱(re)(re)、燃(ran)機熱(re)(re)電(dian)聯(lian)產、光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)、風(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)電(dian)等技(ji)術轉換(huan)(huan)為二(er)次能(neng)(neng)源(yuan)（如(ru)蒸汽和電(dian)力(li)等）加以(yi)利用(yong)，轉換(huan)(huan)流(liu)程見圖5。稠油開發(fa)(fa)的主要用(yong)能(neng)(neng)為蒸汽和電(dian)力(li)，因此，可(ke)以(yi)考慮耦合高溫光熱(re)(re)制(zhi)蒸汽、光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)和燃(ran)機熱(re)(re)電(dian)聯(lian)產等技(ji)術，通過(guo)多能(neng)(neng)互補的形式(shi)為稠油開發(fa)(fa)提供蒸汽和電(dian)力(li)。

圖(tu)5太陽能光熱/光伏耦合燃機實現熱電聯產

新(xin)疆油田公司擬開發的某(mou)稠(chou)油作業區采取太陽，基本運(yun)行模式如下。

①白天光熱制蒸汽系統高負(fu)荷運行，燃機可采取一臺(tai)運行、一臺(tai)備用的模式(shi)。

②當光熱制(zhi)蒸汽(qi)系統轉(zhuan)為(wei)低(di)負荷或停運(yun)時，通過增加燃機(ji)出力或啟(qi)動另一臺燃機(ji)提升供汽(qi)能力。

③燃(ran)機采取以熱定電的運行方式，耦合(he)光熱制(zhi)蒸汽(qi)系統為作(zuo)業區提供(gong)所需蒸汽(qi)，作(zuo)為供(gong)汽(qi)調峰(feng)，同時兼顧(gu)電網調峰(feng)。

通過以(yi)充分利用太陽能(neng)且整體供汽量保(bao)持穩定為目標的系統優化，配置了太陽能(neng)光(guang)熱+燃(ran)機熱電聯(lian)產(chan)耦(ou)合(he)供汽的供能(neng)設(she)施參數，見表4。

表4光熱(re)/光伏耦合燃機(ji)熱(re)電聯產配置方案

通過光(guang)熱/光(guang)伏(fu)耦(ou)合(he)(he)(he)(he)燃機熱電聯(lian)產方(fang)式，實現了對稠(chou)油作(zuo)(zuo)業區大規(gui)模(mo)可(ke)靠的(de)(de)(de)供(gong)(gong)(gong)能(neng)，在(zai)(zai)維持(chi)現有(you)供(gong)(gong)(gong)汽(qi)成(cheng)本的(de)(de)(de)前提(ti)下(xia)提(ti)升供(gong)(gong)(gong)能(neng)設施的(de)(de)(de)清潔(jie)性(xing)并與新(xin)能(neng)源有(you)效(xiao)融(rong)合(he)(he)(he)(he)。方(fang)案配置(zhi)(zhi)可(ke)根(gen)據蒸汽(qi)電力需求(qiu)靈活(huo)耦(ou)合(he)(he)(he)(he)熔鹽(yan)電加熱裝置(zhi)(zhi)，配置(zhi)(zhi)熔鹽(yan)儲熱方(fang)式，根(gen)據供(gong)(gong)(gong)能(neng)規(gui)模(mo)配置(zhi)(zhi)不同規(gui)模(mo)、數量的(de)(de)(de)燃機。例如對于蒸汽(qi)需求(qiu)在(zai)(zai)150~200 t/h的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)業區，可(ke)配置(zhi)(zhi)1臺套燃機熱電聯(lian)產系統(tong)，1套44 MW的(de)(de)(de)CS-DSG系統(tong)，或者(zhe)1~2套耦(ou)合(he)(he)(he)(he)電熔鹽(yan)加熱器的(de)(de)(de)CS-SGS系統(tong)；對于100~150 t/h蒸汽(qi)需求(qiu)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)業區，采取小規(gui)模(mo)的(de)(de)(de)燃機配置(zhi)(zhi)實現熱電匹配。

5、結論與建議

光熱(re)在稠(chou)油(you)(you)熱(re)采(cai)(cai)中(zhong)的應(ying)用是利用高(gao)溫太陽(yang)能聚光集熱(re)技術將太陽(yang)能轉化(hua)為熱(re)能，替代(dai)(dai)燃燒煤(mei)炭、天然(ran)氣(qi)生產高(gao)品質(zhi)蒸汽(qi)(qi)，用于稠(chou)油(you)(you)熱(re)采(cai)(cai)注(zhu)汽(qi)(qi)，實(shi)現稠(chou)油(you)(you)蒸汽(qi)(qi)驅油(you)(you)的可再生能源替代(dai)(dai)。

1）對于(yu)已開發區塊(kuai)特別是采用(yong)SAGD開發方式的(de)稠油作業區，利(li)用(yong)形成地(di)下汽腔的(de)儲熱能力，現階段(duan)優先考(kao)慮采用(yong)CS-DSG技術，耦(ou)合現有注汽鍋爐聯合供汽，井口變(bian)流(liu)量注汽方式。

2）對于(yu)蒸(zheng)汽(qi)驅或蒸(zheng)汽(qi)吞吐開(kai)發(fa)方式的稠(chou)油作業區，依(yi)托周邊風(feng)電光伏產(chan)生(sheng)的綠電、棄(qi)電以及(ji)谷(gu)電資源，采(cai)用CS-SGS技術(shu)，耦(ou)合高溫聚光集熱(re)與(yu)電加熱(re)，匹(pi)配(pei)熔鹽儲(chu)熱(re)系統(tong)生(sheng)產(chan)蒸(zheng)汽(qi)，在降低蒸(zheng)汽(qi)成本基礎上(shang)實(shi)現可再生(sheng)能源連(lian)續為稠(chou)油開(kai)采(cai)提供(gong)蒸(zheng)汽(qi)。

3）對于新上(shang)(shang)產能稠油作(zuo)業(ye)區(qu)，結合國家對建設油氣與(yu)太陽能同(tong)步開發綜合利用示范工程的要求(qiu)及新疆(jiang)油田(tian)上(shang)(shang)產規劃，利用光熱制蒸汽+光伏發電(dian)耦合燃機熱電(dian)聯產的方(fang)式為油田(tian)提供綠(lv)色、清潔、低碳的蒸汽與(yu)電(dian)力供應。

4）光(guang)熱(re)制蒸汽(qi)成(cheng)本(ben)已經接近傳統燃氣注(zhu)汽(qi)鍋爐的蒸汽(qi)成(cheng)本(ben)，隨著(zhu)光(guang)熱(re)制蒸汽(qi)系統成(cheng)本(ben)降低與技術進步，預計(ji)未來3～5年光(guang)熱(re)制蒸汽(qi)成(cheng)本(ben)將與天然(ran)氣注(zhu)汽(qi)鍋爐制汽(qi)成(cheng)本(ben)持(chi)平，光(guang)熱(re)制蒸汽(qi)在(zai)稠油熱(re)采中的應用(yong)具(ju)有(you)廣闊的發展前景。