摘要
如今，面對日益增加的能源需求，海上邊際油田越來越受到關注。但供電常常成為海上邊際油田開發的制約因素之一。因此研究開發就地安裝、成本低廉、維護管理方便、資源節約、環境友好型的供電系統，是邊際油田開發研究的當務之急。本研究在對風能和太陽能套用發展現況調研的基礎上，針對現有邊際油田開發項目，通過風能和風光互補發電系統設計，探討了風力發電機和太陽能在邊際油田開發中套用的可行性，為風力發電及風光互補發電在海洋邊際油田的套用提出建設性的意見。
風力發電和風光互補發電系統在邊際油田套用
海上邊際油田開發常通過簡化平台設施來達到降低投資的目的，但無論怎樣簡化，為海上油田生產、安全、控制和通信系統供電的設施是必不可少的，因此供電方案常常成為海上邊際油田開發的制約因素之一。現有海上油田所使用的電能大多通過燃燒天然氣、原油、柴油等化石能源產生，設備投資高，維護、管理複雜，不僅要消耗大量的不可再生資源，且對環境造成污染。邊際油田如果採用上述發電方式將大量增加成本，導致油田難以開發。目前海上邊際油田開發最常用的供電方式是通過海底電纜從附近的綜合平台引電，這種方式有時會受到海底電纜的費用高或附近平台無富餘電力的限制。面對日益突出的能源和環境形勢，研究開發就地安裝、成本低廉、維護管理方便、資源節約、環境友好型的供電系統，是邊際油田開發的當務之急。
風能和太陽能資源分布廣泛，屬清潔可再生能源，用於發電對環境無害且取之不盡用之不竭。隨著國家“節能減排”、“開發利用可再生能源”等號召的提出，以及一系列相關政策和法規出台，風能和太陽能在國內得到了越來越廣泛的套用。海洋邊際油田地處海上，有豐富的風能和太陽能資源，開發和利用這些可再生資源，替代或部分替代現有化石能源，為開發生產及其相關活動提供電力有較大的便利和優勢。
發展現狀
風能和太陽能都是潔淨、儲量極為豐富的可再生能源。我國幅員遼闊，風能資源豐富，據估算，我國陸地可開發風能儲量約為7.5×108KW。太陽每年投射到地面上的輻射能高達1.05×1018千瓦時（3.78×1024J），相當於1.3×106億噸標準煤。中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年1.7×104億噸標準煤，大多數地區年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上。風能和太陽能的套用方式多種多樣，其中用於發電是最常見也是最重要的形式之一。
風能和太陽能作為可再生能源，其套用得到國家大力鼓勵和支持。我國風電發展非常迅速：2006年，中國風電累計裝機容量達到260萬千瓦，到2007年，我國的風電總裝機容量達590.6萬千瓦，2007年一年的裝機容量就達330.4萬千瓦，比此前20多年的總裝機容量還要多。風力發電一方面作為化石能源的替代品向大規模、產業化的風力發電場發展，另一方面以小型風力發電形式為分散、邊遠用戶提供電力。我國的小型風力發電機常指10KW以下的、獨立運行的、用蓄電池儲能的風力發電機組，也有些廠家生產15KW、20KW至數十千瓦的小型風力發電機，為邊遠無電地區的生活、生產供電。《2007中國新能源產業年度報告》指出，中國已形成了世界上最大的小型風機產業和市場，並已推廣了總容量約7萬千瓦的35萬台家用風力發電機用於邊遠地區居民用電。從事小型風力發電機組及其配套件開發、研製、生產的單位達78家，其中，大專院校、科研院所15家，生產製造單位38家，配套件（含葉片、逆變器、控制器、及蓄電池等）生產單位25家。太陽能光伏發電由於能量密度低、現有太陽能電池板光電轉換效率有限（一般小於15%），獲得一定的電能要使用大面積的太陽能電池板，導致獲得單位電能需要占用大量的面積（6～10m2/kw）且成本高昂（35～45元/瓦），這限制了太陽能光伏發電的大規模套用，太陽能發電主要套用於邊遠無電、缺電地區的家庭供電、太陽能路燈/廣告牌、邊遠通信設施電源、邊遠交通隧道照明等。隨著太陽能光伏產業的規模化和能量轉換技術的改進，太陽能光伏發電成本有所下降，據不完全統計，我國從事太陽能發電技術產業研究、開發、生產和套用的單位已超過100家，太陽能發電設備累計裝機容量已超過80MW 。風力發電機和太陽能發電技術及其產業化的長足發展為其在海上油田中的套用奠定了良好的基礎。
套用研究
風能和太陽能發電按是否併入公共電網系統可分為併網發電系統和離網發電系統。離網發電系統是獨立於公共電網、自發自用的發電系統，常用於為邊遠無電用戶、及沿海和內湖漁船、遊船等供電；併網發電系統是為公共電網提供電力的發電系統。通常離網發電系統容量在100W至數10KW級，併網發電系統容量可達數百千瓦甚至兆瓦級。
風能和太陽能可獨立構成發電系統，也可組成風能和太陽能混合發電系統——即風光互補發電系統，採用何種發電形式，主要取決於當地的自然資源條件以及發電綜合成本，在風能資源較好的地區宜採用風能發電，在日照豐富地區可採用太陽能發電，一般情況下，風能發電的綜合成本遠低於太陽能，因而在風能資源較好地區首選風能發電系統供電。由於風光互補發電系統具有資源互補功能、供電安全性、穩定性均好於單一能源發電系統且價格居中而得到越來越廣泛地套用。
海上邊際油田距公共電網遠、用電負荷較小，小型離網風能/風光互補發電系統因具有下列特點而成為被矚目的對象：
1）就地發、供電，安全獨立、無需敷設海底電纜、一次性投資低；
2）資源可再生、沒有後續能源費用；
3）清潔、不造成環境污染；
4）壽命較長（太陽能電池15年、風力發電機25年以上），維護、管理方便。
結語
油田風力發電及油田風光互補發電系統技術及產品的長足發展，為邊際油田研究開發就地安裝、成本低廉、維護管理方便、資源節約、環境友好型的供電系統奠定了良好的基礎，本設計研究表明：套用小型離網風力發電機和風光互補發電系統為海上用電負荷較小的邊際油田供電是可行的，由於太陽能和風能在我國海上邊際油田的套用尚處起步階段，應根據邊際油田海上平台的特點來設計、安裝油田風力發電機和風光互補發電系統。
