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尘世心铁杆木虫 (职业作家)
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[交流]
光热EOR技术交流《适宜的技术方案是打开中国太阳能EOR市场的关键》
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适宜的技术方案是打开中国太阳能EOR市场的关键 中国太阳能EOR市场需要什么样的光热技术？这个问题目前光热行业可能还没有人能给出一个准确的答案。光热行业整体对稠油的开采了解甚少，对国内油田的特点也仅是略知皮毛。而在开发这一市场之前，光热行业必须认识到的是，现有的传统集热技术并不能照搬复制用于太阳能EOR项目的开发，究竟如何改进，还需行业对此进行深入的调研。 CSPPLAZA光热发电网报道：美国光热技术辅助石油开采领先企业GlassPoint是目前致力于太阳能EOR市场开发的领先公司，其于2013年5月21日在阿曼建成了中东地区首个太阳能EOR示范项目并取得成功，并借此推动了其在中东市场更多类似项目的开发进程。 国内部分光热技术企业着眼于中国的EOR市场，也在尝试开发这一市场。要开发一个新的市场，首先需要解决的是技术方案的问题，太阳能EOR的核心在于利用聚光集热技术生产出高压适温的蒸汽，这与光热发电的集热技术类似，但又有一些不同之处。 同时，光热发电的经济性目前来看需要和光伏发电相竞争，而光热EOR的经济性需要与常见的天然气EOR的经济性相竞争，其对成本的控制会更加严格。这些不同之处决定了，将目前常见的光热发电集热技术复制至太阳能EOR项目中并不一定就具备经济技术可行性。 因此，如果一个企业掌握了光热发电或中高温热利用的集热场技术，还不能说这家企业就具备了光热EOR的技术能力。我们需要根据中国稠油油田的特点，以及油田业主对经济性的客观要求，开发适宜的技术方案。 一般而言，我们可以从以下几个方面来考量技术方案的设计。首先，占地面积。油田并非荒漠，其土地价值相对光热电站的开发用地宝贵的多，油田所在地不可能拿出大量的土地面积来满足大型光场的建设需求，这可能是太阳能EOR项目面对的一个难以解决的根本难题，光场天生需要大量的占地面积来将分散的阳光汇集。GlassPoint的阿曼项目热功率为7MWth，每小时可产蒸汽10余吨，日产蒸汽平均为50吨，但占地面积约4英亩（合16187平方米），而采用传统的天然气锅炉对占地面积的要求相对而言几乎可以忽略不计。因此，太阳能EOR项目的集热场设计应向紧凑型发展，尽可能地少占用土地面积。 第二，蒸汽参数需求。EOR项目对蒸汽的需求并非温度越高越好，过高的蒸汽温度反而不利于石油的萃取，适宜的蒸汽温度约在300摄氏度左右即可，但其对压力的要求很高，越大的压力越容易打入地下油井。这决定了采用高聚光比的塔式集热技术开发太阳能EOR项目并不适合，BrightSource早在2011年就和Chevron合作建设了全球最大的29MWth的塔式CSP辅助石油萃取项目，但此后其并未开发新的塔式EOR项目。采用槽式或菲涅尔集热技术应是较为理想的EOR技术选择。但常见的槽式或菲涅尔集热技术应用于EOR领域还需要进一步改进。GlassPoint以槽式技术为方向，结合沙漠地区的气候特点，设计了“Enclosed Trough”集热器，即封闭型槽式集热器，与传统的光热发电用槽式集热器有很大不同。 其采用的集热场设计的最大特点是将太阳能集热器置于一个类似于玻璃温室的结构中，即上述的封闭型槽式集热器，温室里保持着高于外界的空气压力，因此没有灰尘进入，以抵抗外部大风、沙尘等环境条件对集热器的影响。这将保证集热器不会受到外界恶劣环境天气条件的影响，如中东地区经常发生的沙尘暴等气候条件。  图1：阿曼太阳能EOR项目全景（类似于一个玻璃温室结构） 同时，这也是出于经济性考虑的一种选择。相对于槽式集热器组件，搭建一个玻璃温室的成本更低，虽然建设温室相对于常见的槽式集热场增加了温室的搭建成本，但槽式集热器不必像一般的集热器那样做的如此笨重，可以采用更加轻型、成本更加低廉的设计，相对传统的槽式集热器，GlassPoint的集热器的重量仅是其大约十分之一，成本也因之大幅削减。集热器成本的削减完全可以抵消玻璃温室的增建成本。  图2 ：集热器侧/背面 从图2和图3可见GlassPoint轻型槽式集热器的一大特点，由于采用了复合材料基板+镀银反射膜的反射镜结构设计，使得这种反射镜的重量极为轻质，仅约3Kg/平方米，大大低于常见的槽式玻璃反射镜。而且由于在玻璃温室内，该反射镜不需钢化处理。  图3：集热器结构 从图2和图3可见，反射镜支架结构几乎被完全省略，槽式集热器的反射镜几乎被悬空，这与常见的配置大型支架结构的槽式集热器相比，节约了大量成本。  图4：集热器结构 另外，为了保证槽式集热系统产出足够压力的蒸汽，其采用了槽式DSG的技术路线，集热管并未采用常见的玻璃真空管，而采用了类似于菲涅尔集热技术用的镀膜钢管，这种钢管可以承受更大的压力，保证输出蒸汽达到100bar的压力水平。同时，由于玻璃温室的反射等作用将造成一定的阳光透入损失，为更大程度上聚集热量，其反射镜采用了7.5m的大开口设计。 在跟踪驱动方面，GlassPoint也采用了创新型的设计，由于集热器重量较轻，无需为每个集热器配置昂贵的跟踪驱动系统，其采用整体跟踪的方式来调节集热器的朝向，具体通过玻璃温室的横梁结构，用钢丝将反射镜镜体连接，通过一套驱动装置拉动钢丝完成集热器的朝向转动。  图5：自动清洗装置（红圈标示） 由于整个集热场置于一个玻璃结构温室内，对集热场的清洗就变得更为简单，传统的抛物槽由于其形状特殊存在自动清洗较难实现的特点，但这种设计仅仅需要清洗玻璃温室即可，玻璃温室的顶部采用屋脊型设计，以避免灰尘附着，采用简易的机器人清洗装置，能高效率完成整个集热场的清洗。图5红色圈内的即为自动清洗装置，已经清洗的屋顶和未清洗的屋顶对比明显。  图：正经历沙尘暴侵袭的集热场 采用玻璃温室的封闭型集热场设计将带来新建温室的投资支出，但相对其带来的诸多好处而言，这点额外的支出很容易就被抵消掉。上述的几个技术特点简而言之可以概括为：封闭温室结构＋轻型反射镜＋镀膜钢管集热＋钢丝跟踪转动＋自动清洗。这种设计应是比较适用于沙尘暴多发地区的太阳能EOR项目开发。 中国的稠油资源主要分布于辽河油田、新疆油田、胜利油田、河南油田等地，但要满足“充足的可利用土地面积+充足的太阳能辐照资源+可利用太阳能EOR技术浅层稠油矿藏”的多重限制条件，首选的就是新疆油田，特别是当地的浅层稠油矿藏。结合当地的气候环境特点，开发出适宜当地环境的、具有一定经济性的太阳能EOR技术，是打开国内太阳能EOR市场的第一步，也是最为关键的一步。 |
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