太阳能供暖技术在油田中的应用

夏玲娜（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

太阳能供暖技术在油田中的应用

夏玲娜（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

太阳能作为一种清洁、高效、可持续的热辐射能源，日益受到社会各界的重视。大庆所处的经度和纬度，其太阳能资源丰富，采暖期日照率高，对利用太阳能供暖提供了优越的条件。它以较为简单、经济、环保、改善环境的方法，适合油矿的供暖方式，在采油厂得到了大力推广和应用。

太阳能 采暖 应用 能耗

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。太阳能的利用在大庆油田采油六厂第三油矿已得到大力的推广并进入实用阶段。针对配水间室温较低的情况，在喇62、喇65配水间开展了太阳能和电能采暖对比试验，经过2010—2011年一个采暖期的现场应用,年节约费用5362元，太阳墙加热装置回收周期为2.96年。在应用过程中，针对装置存在的问题，不断地完善、改进，开发研制出第二代太阳能加热系统，目前三矿有10座配水间计划安装太阳墙用于冬季取暖。随着太阳能在油田逐步推广应用，油田的整体能耗将进一步降低。

1 太阳能供暖技术及工作原理

1.1 太阳能供暖技术

太阳能供暖技术是一种把自然能源转换为热能的新型技术，通过一种先进设备的互换处理以空气为介质，把太阳能转换为热能，从而达到了采暖的效果。只需一次性支出，减少了人员和资金的不断投入，充分发挥了自然环境的潜能，大幅节约了宝贵的不可再生能源。

1.2 太阳墙的工作原理

太阳墙系统由集热器、供热管道和风机组成。主要热转换部件是太阳墙板，太阳墙板是在钢板或铝板表面镀上一层热转换效率达80%的高科技涂层，并经过特殊设计和加工处理制成，能最大限度地将太阳能转换成热能。

太阳墙板在太阳辐射作用下升到较高温度，同时太阳墙与墙体之间的空气间层在风机作用下形成负压，室外冷空气在负压作用下通过太阳墙板上的孔缝进入空气间层，同时被加热，到达太阳墙顶部的热空气被风机通过管道系统送至房间，通过空气置换系统，实现供暖和换气双重功效，对室内进行取暖。

2 现场应用及效果分析

2009年，各转油站实行了冬季冷输和低温输送，所有冷输转油站带的配水间值班室温度都很低，影响员工正常工作。而员工每天工作的时间（8∶00—16∶00），正是利用太阳能的最佳时段，此时的阳光充足，太阳能供暖系统能达到最好的运行效果。花费少量电能就可以得到较高的热量，缓解能源短缺，改善空气质量，带来可观的环境效益和经济效益，所以，利用太阳能供暖是完全可行的。

2010年我们引进了太阳能供暖技术，在喇62配水间安装4 m2太阳墙，对这种新型能源进行尝试，开展太阳能和电能采暖对比试验，进一步了解其中的节能潜力。

喇62和喇65配水间均为砖混结构，值班室和库房建筑面积20m2。我们在两座配水间采取了不同采暖方式，喇62配水间采用太阳能采暖辅助电采暖方式，在值班室安装2组2500W电暖气，库房安装1组2000W电暖气，室外屋顶安装太阳墙；而喇65配水间只采取电采暖方式，在值班室安装2组2500W电暖气，库房安装1组2000W电暖气。

为搞清太阳能和电能采暖应用情况及耗能，首先设定了一个基础方案，即在一个采暖期内对两座配水间的耗电量进行实测，通过测试数据分析各配水间采暖的应用效果，并不断调整装置在使用过程中所暴露的问题，缩短太阳墙装置投资回收周期。

2010年3月，在喇62、喇65配水间分别安装了电量计量仪表、温度显示仪表，同时开始试验并录取数据，见图1。

2010年4月，实际测量，太阳墙辅助电采暖日均耗电仅有2k W h左右，装置最高出口温度可达65℃，而电采暖日均耗电达到39k W h，节电效果非常显著。到10、11月，耗电量也在逐步增加，喇62配水间日均耗电在7.5 k W h左右，由于昼夜温差大，员工上岗后，室内温度仍较低，装置的有效工作时间较短，影响了节能效果。我们尝试改进辅助电加热系统，使装置工作时间更加合理，保证室内温度。

进入12月份以后，阴天及下雪天较多，最低温度为零下31℃，由于室内外温差较大，太阳墙板附着水蒸汽后结霜严重，无法发挥装置的优点，装置出口温度大大降低，最高温度仅有40℃，影响了采暖效果。针对这种情况，我们采取了不同的措施，最终通过化学药剂除霜，取得较好的效果，经一段时间运行，装置出口温度明显提高，最高可达50℃，装置结霜问题基本得到解决，提高了热效率。

数据显示，2010年12月—2011年2月，喇62配水间太阳墙辅助电采暖日均耗电18k W h左右，喇65配水间电采暖日均耗电67k W h。太阳墙采暖在结霜的情况下，每天仍能节电49k W h左右，随着装置结霜问题的解决，节电效果将更加明显，满足了我们对节能、环保的需求。

通过一年来的现场实测，喇62配水间室内温度明显升高，见图2。白天光线充足，太阳墙送风温度大幅度提高，室内热环境明显改善，利用太阳墙来达到一定的保温效果，这就相当于加厚墙体保温层。同时太阳墙系统将室外新鲜空气传递到室内，置换室内污浊空气，起到供暖和换气双重功效。其供热状况良好、节电效果明显，解决了野外配水间值班室采暖的问题。

通过2010—2011年一个采暖期的现场应用（见表1），安装太阳墙加热装置的配水间共耗电2130k W h，合计费用1166元(太阳墙板材料改进后，耗电量将进一步降低)；使用电采暖装置的配水间共耗电11928k W h，费用6528元（电量按0.55元/k W h计算）。太阳墙装置每座配水间需投资15811元，年节约费用5362元，因此，太阳墙加热装置投资回收周期为2.96年。

表1 太阳能采暖与电能采暖费用对比表

3 太阳能加热系统改进措施

在试验过程中，我们针对装置存在的问题，与厂家沟通，不断提出改进意见。开发研制出第二代太阳能空气加热系统，最大限度地利用自然能源，降低能耗，改善室内空气质量，实现了生产区域的环境和谐。

3.1 完善辅助电加热控制系统

原温控装置与辅助电加热装置之间为插座联接，岗位员工可自行改变联接方式，针对这一问题，对辅助电加热装置进行了改进，使岗位员工不能自行调整。通过运用智能化的控制系统来设定装置的启、停时间，加热装置可按设定参数进行自动开启，有利于整套系统的节能运行。

3.2 对墙板材料进行改进

使用原太阳墙板材料，整套装置的出口温度低，造成装置供热效果不好，通过改进太阳墙板材料，第二代加热装置的出口温度有效提高，耗电量明显下降，节能效果也将更加明显，解决了全天候供热问题。

3.3 完善装置的除霜技术

由于室内外温差大，太阳墙室外装置表面易结霜，影响其采暖效果，通过不断试验，结霜问题得到解决，第二代太阳能系统的除霜技术更加完善，整套装置的投资回收周期将进一步缩短。

3.4 加强集热器密封性

由于配水间夜间无电辅助供热，造成湿空气顺着风道流向集热器，要想解决此问题，集热器腹腔温度必须高于室内温度，最低也要和室内平衡，空气互不流动，为此引进了全玻璃真空太阳集热管，从而提高了集热器密封性、保温性能。

4 第二代太阳能加热系统

为了使太阳能供热系统在创造良好的经济效益同时，充分发挥其潜能，我们与厂家协商，更新设计理念，围绕上述不足之处逐一改进，开发研制出适合采油矿经济现状的第二代太阳能加热系统。

4.1 使用现状

目前，第二代太阳能加热系统在喇64配水间刚刚安装完成，该系统由金属集热器吸收太阳能，在进行光热转换同时加热空气，利用阳光罩的温室效应起到隔热保温的作用，最后进入真空装置，经过二次加热，对室内进行供暖。同时安装电量显示仪表及温度显示仪表，要求岗位工人每天录取数据，仔细对比分析，进一步挖掘第二代太阳能系统的节能潜力。

4.2 第二代太阳能加热系统的优势

第二代太阳能系统在晴朗天气完全可以独立取暖，把原一次加热直排热风取暖改为二次加热取暖，增加了渗透型板式太阳能吸收体,使太阳能吸收率提高了约10%，发射率降低约30%，热转换效率由原来70%~80%提高到90%以上，提高了产品的光热转换效率，也减少了热损失。同时采用热转换效率更高的全玻璃真空太阳集热管，可形成长达48h的高温真空，防止夜间室内潮湿高温的空气回流，解决装置结霜问题。随着热效率的逐步上升、能耗的不断降低，其投资回收周期也会逐步缩短。

第二代太阳能系统增大了进风口尺寸，取消原装置的两台直排式轴流风机，在一次加热后采用离心风机送风进行二次加热的方式，增大了进入室内的热风量，以200m3/h的热空气送入配水间，每小时置换4次之多，使岗位工人能够精神饱满地工作，充分体现资源的节约和可持续发展，是一项减少污染、保护生态环境的绿色工程。

5 下步设想

通过对太阳能供暖系统的现场应用，可预测其长期节能效果，其使用安全、无需维修，不但有效地减少常规能源的使用量，而且对改善室内空气的质量也有实质性的突破，为员工创造一个安全、健康的工作环境。

目前，采油矿打算在10座配水间安装太阳墙用于冬季取暖，并陆续在计量间及变电所开展太阳能系统的应用试验。随着太阳能装置在油田各个领域中的逐步推广应用，为油田构建了多元的能源应用体系，使其具有更广阔的发展前景。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.03.009

夏玲娜，2004年毕业于大庆石油学院，石油工程专业，从事地质仪表管理，E-mail：33689678@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田采油六厂第三油矿地质队，1634114。

2012-02-03）