利用新能源降低外输单元能耗技术分析

一、引言

在全球能源结构转型和"双碳"目标的背景下，油气生产行业的节能减排成为重要研究方向。我公司通过自压外输、合输、冷输等工艺优化，已显著降低了集油输油单元的能耗。然而，当前各计量中转站的外输单元仍采用双泵工艺（一用一备），备用泵需 24 小时保持热备用状态，以确保生产安全。这一工艺依赖燃气炉持续伴热，年均燃气消耗量高达50 万立方米，不仅能耗成本高昂（年成本约 150 万元），还存在碳排放（年均1400 吨 CO₂^⋅ ）和安全隐患（如有机热载体炉泄漏风险）。

为解决这一问题，本研究提出了一种基于新能源的分布式伴热方案，旨在通过太阳能、风能等清洁能源替代传统燃气炉，实现节能降耗与安全升级的双重目标。

二、研究内容

2.1 技术路线（1）新能源选择与集成：

真空管集热器，年均太阳能辐照量达1200kWh/m²，光热效率 ≥70% 。

配套小型循环接力装置，年耗电量仅18kWh。

（2）分布式伴热设计：

将传统大面积伴热分解为独立单元。

采用低功耗循环泵（功率 0.03kW，较传统泵节能 40% ），实现精准热流分配。

2.2 主要创新点

（1）利用清洁可再生能源对重点生产伴热单元进行保温加热（2）消除有机热载体炉存在的安全隐患。

（3）降低燃气消耗。

（4）化整为零，降低大面积伴热管理难度。

（5）进一步提高外输单元的可靠性、安全性。

能源匹配偶合：

表1 各类常用新能源评价表

2.2.1 伴热系统的热损失计算

伴热系统的夜间热损失主要由管道散热决定，计算公式如下：

Q_loss=U⋅A⋅ΔT⋅t

Q_Ioss=0.8×0.7×50×43200=1209600]=0.366kWh

其中：

U= 管道的总传热系数（ .W/m^2.K） ）， A= 管道表面积（ （m²）^∙ ）， Δ⊤= 管道内流体与环境的温差（K）， 夜间时长（秒）按12 小时（43，200秒）计算。

2.2.2 储存的热量需覆盖夜间损失

4 平方米真空管集热器日均有效集热量 Qday=4*3.84*70%=10.75kWh。由于储热水箱容量为 200L，水温提升 40^∘C （20°C→60°C），所需热量 Qwater =m⋆c⋆Δt=200⋆418

集热量（10.75 kWh）可完全满足水箱加热和伴热需求，并且每日均有盈余。

关键结论：

（1）夜间伴热管道热损失：约 0.336kWh（占日集热量的 3.1%⟩ 1

（2）系统可行性：4 平方米的真空集热器可轻松覆盖伴热需求，即使阴天雨天也可通过水箱储热维持 1-2 天运行。

在所述条件下，夜间伴热系统的总能量损失约为0.8kWh（含管道和水箱），仅占太阳能集热器日均产能的 7.4% ，系统设计合理且冗余充足。

可再生能源占比提升至 90% ，年减排 CO₂1000 吨（较原工艺降低 70%）。

2.3 主要创新点安全隐患消除：

彻底淘汰有机热载体炉，减少泄漏风险点 12 个。

能耗精准控制：

单位外输能耗从 98kWh/m³降至 14kWh/m³（降幅 85% ）。

模块化管理：伴热单元故障率下降 50% ，维护效率提升 30% 。

三、研究结果

3.1 节能效果

单位外输能耗从 98kWh/m³降至 14kWh/m³，降幅达 85% 。

可再生能源占比提升至 90% ，年减排 CO₂1000 吨（较原工艺降低70%）。

3.2 安全效益

彻底淘汰有机热载体炉，减少泄漏风险点 12 个。

伴热单元故障率下降 50% ，维护效率提升 30% 。

3.3 经济效益

试点应用（5 个外输单元，2024 年）显示：燃气消耗量从 25 万 m³/ 年降至 5 万m³/年，年节约成本20 万元。系统温度达标率 100% ，无因新能源波动导致的停机事件。

四、效益评价

利用新能源降低外输单元能耗，能够减少作业区5 个伴热单元日均 300m³ 天然气消耗量，可减少伴热天数 100 天，年预计节约费用25 万元。

节约成本：

（万元）

（万元）

E=E1+E2=24+1=25 （万元）

式中E—项目纯效益，万元；

N1—节约天然气费用；N2—有机热载体炉保养维护费用；I1—项目投入，10000 元；I2—项目投入，在节约成本E1 中扣除，不重复计算。更主要的是安全效益巨大，无法估算，对安全生产意义重大。

五、结论

本研究提出的新能源分布式伴热方案，通过太阳能集热器和小功率循环泵的集成应用，显著降低了外输单元的能耗和碳排放，同时提升了系统的安全性和可靠性。试点数据表明，该方案具有较高的推广价值，可为油气生产行业的节能减排提供重要参考。

参考文献：

[1]张强.太阳能集热系统在油田伴热中的应用研究[J]. 石油工程建设， 2021。

[2]陈明.双碳目标下油气生产节能技术路径分析[J]. 中国石油大学学报，2022。

[3]周涛.基于多能互补的油田站场供热系统优化[J]. 石油学报，2020。