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概述

世界稠油資(zi)源量(liang)(liang)達1.4萬億噸(dun)，年產(chan)油6.53億噸(dun)，探明(ming)儲量(liang)(liang)8150億噸(dun)，約占全球(qiu)石油剩余探明(ming)儲量(liang)(liang)的(de)70%，主要(yao)分(fen)布在委內瑞拉、加(jia)拿大(da)(da)(da)等(deng)國家。我國稠油資(zi)源量(liang)(liang)約有198.7億噸(dun)，現已探明(ming)近40億噸(dun)，每年產(chan)量(liang)(liang)近2000萬噸(dun)，占總(zong)產(chan)量(liang)(liang)的(de)10%，開發潛(qian)力巨大(da)(da)(da)。但(dan)因稠油原油粘度大(da)(da)(da)、密度高(gao)，導致其開采成本高(gao)、單位能(neng)耗和碳排放(fang)高(gao)，潛(qian)在的(de)商業價值有待深入(ru)挖(wa)掘(jue)，是21世紀最具前景的(de)接替資(zi)源。

稠(chou)油溫度(du)敏感(gan)性強（溫度(du)增加(jia)10℃，黏度(du)降(jiang)低(di)約50%）。注蒸(zheng)汽(qi)熱(re)降(jiang)黏是開采最主要的手段。按照(zhao)我國(guo)降(jiang)碳(tan)(tan)、替碳(tan)(tan)和(he)(he)固碳(tan)(tan)的“雙碳(tan)(tan)”目(mu)標發展路徑，可通過生物(wu)質能、光熱(re)、井下綠(lv)電(dian)(dian)加(jia)熱(re)、電(dian)(dian)鍋爐等(deng)生產綠(lv)色低(di)碳(tan)(tan)的蒸(zheng)汽(qi)，替代(dai)(dai)現有燃(ran)氣(qi)注汽(qi)鍋爐。其中，生物(wu)質摻燒是現行技術(shu)條(tiao)件下部分(fen)替代(dai)(dai)燃(ran)煤的有效途(tu)徑，基于綠(lv)電(dian)(dian)的電(dian)(dian)鍋爐和(he)(he)井下電(dian)(dian)加(jia)熱(re)也(ye)是清潔(jie)替代(dai)(dai)方(fang)式之一。

而太(tai)陽(yang)能光(guang)熱(re)(re)是“以(yi)熱(re)(re)替(ti)熱(re)(re)”的重要清(qing)潔替(ti)代途徑，稠油(you)熱(re)(re)采通過高溫光(guang)熱(re)(re)技術產生蒸汽(qi)，并可耦(ou)合(he)現有的注(zhu)(zhu)汽(qi)鍋(guo)爐以(yi)及配合(he)變量注(zhu)(zhu)汽(qi)工(gong)藝(yi)。

01

油田光熱制蒸汽發展趨勢

近年，成本下降、效率提升以及多能耦合發展使光熱應用于稠油開發的潛力(li)越來越大。

（1）成本下降。

根據國際可再生(sheng)能(neng)源機構（IRENA）分析(xi)，2021年(nian)(nian)太陽能(neng)熱發(fa)電(dian)系統(tong)的全(quan)球加權平均單位(wei)造價為4746美(mei)元/kW，比2010年(nian)(nian)下降50%。日鏡(jing)成(cheng)本(ben)(ben)對單位(wei)造價有重要影響。2021年(nian)(nian)，定日鏡(jing)安裝后(hou)成(cheng)本(ben)(ben)是140美(mei)元/m2，美(mei)國能(neng)源部(bu)（DOE）的目標是2030年(nian)(nian)降低到50美(mei)元/m2。

根據中國太陽能熱(re)發電(dian)行(xing)業藍皮書（2022）預(yu)測的(de)塔式(shi)光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站各子(zi)系統絕(jue)對下降(jiang)(jiang)值及塔式(shi)光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站的(de)成本(ben)構成，預(yu)測到2030年整(zheng)個(ge)太陽島成本(ben)下降(jiang)(jiang)率(lv)為(wei)23.1%、年均下降(jiang)(jiang)率(lv)為(wei)3%。

以50MW塔式光熱(re)(re)電站為(wei)(wei)例，太陽(yang)島占(zhan)據其成(cheng)本(ben)構成(cheng)主要部分，比例超過一半以上(shang)。其次為(wei)(wei)儲熱(re)(re)系(xi)統和(he)熱(re)(re)力(li)發電島投資(zi)。

（2）效率提升

根據中國(guo)太(tai)陽能熱發電行業藍皮(pi)書（2022）測算，聚光(guang)、吸熱及熱功轉(zhuan)(zhuan)換過程(cheng)是構成系(xi)統能量和效(xiao)率(lv)(lv)損失的主(zhu)要(yao)部分，占(zhan)總損失的97%。因此，提(ti)高光(guang)熱發電效(xiao)率(lv)(lv)關鍵在(zai)于提(ti)高集(ji)熱及熱功轉(zhuan)(zhuan)換過程(cheng)的效(xiao)率(lv)(lv)，尤其是熱功轉(zhuan)(zhuan)換過程(cheng)的效(xiao)率(lv)(lv)。

據估算(suan)，光(guang)熱發(fa)電(dian)系(xi)統效率(lv)可提升12%-27%；到2030年(nian)聚光(guang)集熱系(xi)統光(guang)熱轉換效率(lv)可提升14%，年(nian)均(jun)增(zeng)長(chang)1.9%。

（3）多能耦合

光(guang)熱電(dian)站在多能互(hu)補系(xi)(xi)統中(zhong)可(ke)發(fa)揮重(zhong)要耦合(he)作用，通過(guo)配置儲熱系(xi)(xi)統可(ke)調峰，減(jian)少棄風棄光(guang)，提高新能源(yuan)消(xiao)納(na)能力；光(guang)熱制蒸汽(qi)可(ke)與(yu)燃氣(qi)鍋爐耦合(he)，實現稠油低(di)碳開采。

02

油田光熱制蒸汽技術路線

采(cai)用(yong)(yong)(yong)SAGD開發方(fang)式的(de)稠油老(lao)區(qu)，可利用(yong)(yong)(yong)地下(xia)汽(qi)(qi)腔的(de)儲熱能(neng)力，優先(xian)考(kao)慮耦(ou)合現有的(de)燃氣注汽(qi)(qi)鍋爐，采(cai)用(yong)(yong)(yong)非連(lian)續供(gong)汽(qi)(qi)的(de)光熱供(gong)汽(qi)(qi)方(fang)式；對于蒸汽(qi)(qi)驅(qu)和吞吐可考(kao)慮帶儲能(neng)的(de)連(lian)續供(gong)汽(qi)(qi)方(fang)式。新區(qu)可采(cai)用(yong)(yong)(yong)光熱直接產(chan)汽(qi)(qi)（非連(lian)續）耦(ou)合燃機熱電聯產(chan)的(de)方(fang)式，與(yu)產(chan)能(neng)同時(shi)建設。

（1）老區非連續產汽光熱解決方案（無儲能）

作為(wei)稠油生產SAGD（蒸(zheng)汽(qi)(qi)輔助重力(li)泄油技術）工(gong)藝注(zhu)(zhu)汽(qi)(qi)鍋爐供(gong)汽(qi)(qi)的替(ti)代方案(an)，與注(zhu)(zhu)汽(qi)(qi)鍋爐耦合運行，采取變流量蒸(zheng)汽(qi)(qi)注(zhu)(zhu)入方式用于井區。

新疆油(you)田(tian)(tian)2022年(nian)啟動風(feng)城(cheng)油(you)田(tian)(tian)重37井區(qu)高溫光熱利(li)用先導(dao)試驗項目(mu)，優選小定(ding)日鏡塔(ta)式聚光集熱技術，利(li)用SAGD地(di)下汽腔(qiang)的(de)儲熱能力(li)，采(cai)用光熱直接(jie)產(chan)蒸汽（DSG）與注汽鍋爐耦合(he)運行方式，實現對(dui)井區(qu)的(de)穩定(ding)供汽。項目(mu)占地(di)15公頃(qing)，吸熱器功率(lv)26MWt，額定(ding)產(chan)汽量(liang)36t/h，年(nian)產(chan)汽量(liang)5.2萬噸。

（2）老區非連續產汽光熱解決方案（帶儲能）

該(gai)方案(an)適(shi)用(yong)于稠油生產(chan)的不同工藝注汽(qi)鍋(guo)爐替代，可(ke)實現(xian)獨(du)立連(lian)續供(gong)汽(qi)，無需與(yu)注汽(qi)鍋(guo)爐耦合。該(gai)方案(an)需要(yao)考慮設置儲熱系統，包(bao)括集熱系統、儲熱系統、蒸(zheng)汽(qi)發生器（SGS）。

可采用(yong)熔(rong)鹽、導熱(re)(re)油(you)或(huo)(huo)者水作(zuo)為傳(chuan)熱(re)(re)介質(zhi)，吸收熱(re)(re)量(liang)后傳(chuan)熱(re)(re)介質(zhi)與(yu)熔(rong)鹽或(huo)(huo)其(qi)它儲熱(re)(re)介質(zhi)進行換(huan)熱(re)(re)，把熱(re)(re)能存(cun)儲在儲熱(re)(re)系統中，儲熱(re)(re)介質(zhi)與(yu)水工質(zhi)換(huan)熱(re)(re)產生蒸汽(qi)。另外可在光熱(re)(re)+熔(rong)鹽儲熱(re)(re)的基礎上，增加熔(rong)鹽電加熱(re)(re)系統，利用(yong)谷電提高儲熱(re)(re)容量(liang)，降(jiang)低供汽(qi)成本。

（3）新區連續產汽光熱解決方案（無儲能）

該方(fang)案適用(yong)于稠油(you)新(xin)上產能(neng)區的供能(neng)解(jie)決方(fang)案，通(tong)過光(guang)熱(re)/光(guang)伏耦合燃機熱(re)電(dian)聯產設(she)施，可(ke)最(zui)大限度實現清潔(jie)用(yong)電(dian)、用(yong)熱(re)。

燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)采(cai)(cai)取以(yi)熱(re)定(ding)電方(fang)式(shi)(shi)，提供(gong)蒸汽基(ji)本(ben)負荷，并為光(guang)熱(re)鍋爐進行調(diao)峰；白天光(guang)熱(re)鍋爐在高(gao)負荷下運(yun)行，燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)可采(cai)(cai)取一臺(tai)運(yun)行、一臺(tai)備(bei)用的模式(shi)(shi)；當光(guang)熱(re)鍋爐轉為低負荷或停運(yun)時，通(tong)過增(zeng)加燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)出(chu)力(li)或啟動另一臺(tai)燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)提升供(gong)汽能(neng)力(li)；燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)熱(re)電聯產(chan)機(ji)組不僅僅為供(gong)汽調(diao)峰，也可為電網調(diao)峰。

03

油田光熱制蒸汽成本分析預測

（1）基準情景

基于國內(nei)外政治(zhi)、經濟以及(ji)環保(bao)減(jian)碳(tan)的大環境，天(tian)然氣價格呈(cheng)現(xian)小幅提升(sheng)的情(qing)景，對(dui)油田自用天(tian)然氣成(cheng)本(ben)按每年(nian)5%遞(di)增(zeng)，碳(tan)交易按照5%增(zeng)長(chang)考慮。綜合光熱(re)效(xiao)率增(zeng)長(chang)、建設成(cheng)本(ben)下降因素，預計2027年(nian)前后非連續產汽光熱(re)的單位蒸汽成(cheng)本(ben)與注汽鍋爐持平（未考慮碳(tan)收益(yi)）。

（2）強化政策情景

基于國內外政(zheng)治、經濟以及(ji)環保減碳(tan)的(de)大環境，天然氣(qi)價格呈現小幅提(ti)升的(de)情景，對(dui)油(you)田(tian)自(zi)用天然氣(qi)成(cheng)本按(an)每年(nian)10%遞增(zeng)，碳(tan)交易按(an)照10%增(zeng)長(chang)考慮；綜合光(guang)熱效(xiao)率增(zeng)長(chang)、建(jian)設成(cheng)本下降因素，預計(ji)2026年(nian)前(qian)非連(lian)續(xu)產汽光(guang)熱的(de)單位蒸汽成(cheng)本與(yu)(yu)注(zhu)汽鍋爐持(chi)平(ping)，2028年(nian)前(qian)連(lian)續(xu)產汽光(guang)熱的(de)單位蒸汽成(cheng)本與(yu)(yu)注(zhu)汽鍋爐持(chi)平(ping)（未考慮碳(tan)收益）。