發布者:CSPPLAZA | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 6223查看 | 2014-10-17 18:54:00
中國太陽能EOR市場需要什么樣的光熱技術?這個問題目前光熱行業可能還沒有人能給出一個準確的答案。光熱行業整體對稠油的開采了解甚少,對國內油田的特點也僅是略知皮毛。而在開發這一市場之前,光熱行業必須認識到的是,現有的傳統集熱技術并不能照搬復制用于太陽能EOR項目的開發,究竟如何改進,還需行業對此進行深入的調研。
CSPPLAZA光熱發電網報道:美國光熱技術輔助石油開采領先企業GlassPoint是目前致力于太陽能EOR市場開發的領先公司,其于2013年5月21日在阿曼建成了中東地區首個太陽能EOR示范項目并取得成功,并借此推動了其在中東市場更多類似項目的開發進程。
國內部分光熱技術企業著眼于中國的EOR市場,也在嘗試開發這一市場。要開發一個新的市場,首先需要解決的是技術方案的問題,太陽能EOR的核心在于利用聚光集熱技術生產出高壓適溫的蒸汽,這與光熱發電的集熱技術類似,但又有一些不同之處。
同時,光熱發電的經濟性目前來看需要和光伏發電相競爭,而光熱EOR的經濟性需要與常見的天然氣EOR的經濟性相競爭,其對成本的控制會更加嚴格。這些不同之處決定了,將目前常見的光熱發電集熱技術復制至太陽能EOR項目中并不一定就具備經濟技術可行性。
因此,如果一個企業掌握了光熱發電或中高溫熱利用的集熱場技術,還不能說這家企業就具備了光熱EOR的技術能力。我們需要根據中國稠油油田的特點,以及油田業主對經濟性的客觀要求,開發適宜的技術方案。
一般而言,我們可以從以下幾個方面來考量技術方案的設計。首先,占地面積。油田并非荒漠,其土地價值相對光熱電站的開發用地寶貴的多,油田所在地不可能拿出大量的土地面積來滿足大型光場的建設需求,這可能是太陽能EOR項目面對的一個難以解決的根本難題,光場天生需要大量的占地面積來將分散的陽光匯集。GlassPoint的阿曼項目熱功率為7MWth,每小時可產蒸汽10余噸,日產蒸汽平均為50噸,但占地面積約4英畝(合16187平方米),而采用傳統的天然氣鍋爐對占地面積的要求相對而言幾乎可以忽略不計。因此,太陽能EOR項目的集熱場設計應向緊湊型發展,盡可能地少占用土地面積。
第二,蒸汽參數需求。EOR項目對蒸汽的需求并非溫度越高越好,過高的蒸汽溫度反而不利于石油的萃取,適宜的蒸汽溫度約在300攝氏度左右即可,但其對壓力的要求很高,越大的壓力越容易打入地下油井。這決定了采用高聚光比的塔式集熱技術開發太陽能EOR項目并不適合,BrightSource早在2011年就和Chevron合作建設了全球最大的29MWth的塔式CSP輔助石油萃取項目,但此后其并未開發新的塔式EOR項目。采用槽式或菲涅爾集熱技術應是較為理想的EOR技術選擇。但常見的槽式或菲涅爾集熱技術應用于EOR領域還需要進一步改進。GlassPoint以槽式技術為方向,結合沙漠地區的氣候特點,設計了“Enclosed Trough”集熱器,即封閉型槽式集熱器,與傳統的光熱發電用槽式集熱器有很大不同。
其采用的集熱場設計的最大特點是將太陽能集熱器置于一個類似于玻璃溫室的結構中,即上述的封閉型槽式集熱器,溫室里保持著高于外界的空氣壓力,因此沒有灰塵進入,以抵抗外部大風、沙塵等環境條件對集熱器的影響。這將保證集熱器不會受到外界惡劣環境天氣條件的影響,如中東地區經常發生的沙塵暴等氣候條件。

圖1:阿曼太陽能EOR項目全景(類似于一個玻璃溫室結構)
同時,這也是出于經濟性考慮的一種選擇。相對于槽式集熱器組件,搭建一個玻璃溫室的成本更低,雖然建設溫室相對于常見的槽式集熱場增加了溫室的搭建成本,但槽式集熱器不必像一般的集熱器那樣做的如此笨重,可以采用更加輕型、成本更加低廉的設計,相對傳統的槽式集熱器,GlassPoint的集熱器的重量僅是其大約十分之一,成本也因之大幅削減。集熱器成本的削減完全可以抵消玻璃溫室的增建成本。

圖2 :集熱器側/背面
從圖2和圖3可見GlassPoint輕型槽式集熱器的一大特點,由于采用了復合材料基板+鍍銀反射膜的反射鏡結構設計,使得這種反射鏡的重量極為輕質,僅約3Kg/平方米,大大低于常見的槽式玻璃反射鏡。而且由于在玻璃溫室內,該反射鏡不需鋼化處理。

圖3:集熱器結構
從圖2和圖3可見,反射鏡支架結構幾乎被完全省略,槽式集熱器的反射鏡幾乎被懸空,這與常見的配置大型支架結構的槽式集熱器相比,節約了大量成本。

圖4:集熱器結構
另外,為了保證槽式集熱系統產出足夠壓力的蒸汽,其采用了槽式DSG的技術路線,集熱管并未采用常見的玻璃真空管,而采用了類似于菲涅爾集熱技術用的鍍膜鋼管,這種鋼管可以承受更大的壓力,保證輸出蒸汽達到100bar的壓力水平。同時,由于玻璃溫室的反射等作用將造成一定的陽光透入損失,為更大程度上聚集熱量,其反射鏡采用了7.5m的大開口設計。
在跟蹤驅動方面,GlassPoint也采用了創新型的設計,由于集熱器重量較輕,無需為每個集熱器配置昂貴的跟蹤驅動系統,其采用整體跟蹤的方式來調節集熱器的朝向,具體通過玻璃溫室的橫梁結構,用鋼絲將反射鏡鏡體連接,通過一套驅動裝置拉動鋼絲完成集熱器的朝向轉動。

圖5:自動清洗裝置(紅圈標示)
由于整個集熱場置于一個玻璃結構溫室內,對集熱場的清洗就變得更為簡單,傳統的拋物槽由于其形狀特殊存在自動清洗較難實現的特點,但這種設計僅僅需要清洗玻璃溫室即可,玻璃溫室的頂部采用屋脊型設計,以避免灰塵附著,采用簡易的機器人清洗裝置,能高效率完成整個集熱場的清洗。圖5紅色圈內的即為自動清洗裝置,已經清洗的屋頂和未清洗的屋頂對比明顯。

圖:正經歷沙塵暴侵襲的集熱場
采用玻璃溫室的封閉型集熱場設計將帶來新建溫室的投資支出,但相對其帶來的諸多好處而言,這點額外的支出很容易就被抵消掉。上述的幾個技術特點簡而言之可以概括為:封閉溫室結構+輕型反射鏡+鍍膜鋼管集熱+鋼絲跟蹤轉動+自動清洗。這種設計應是比較適用于沙塵暴多發地區的太陽能EOR項目開發。
中國的稠油資源主要分布于遼河油田、新疆油田、勝利油田、河南油田等地,但要滿足“充足的可利用土地面積+充足的太陽能輻照資源+可利用太陽能EOR技術淺層稠油礦藏”的多重限制條件,首選的就是新疆油田,特別是當地的淺層稠油礦藏。結合當地的氣候環境特點,開發出適宜當地環境的、具有一定經濟性的太陽能EOR技術,是打開國內太陽能EOR市場的第一步,也是最為關