淺談智慧供電系統(tǒng)在加油站建設(shè)中的應(yīng)用

蔣洪君

中國石油天然氣股份有限公司安徽亳州銷售分公司 安徽亳州 236800

1 技術(shù)原理

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50赫茲、AC380V的三相交流電，經(jīng)升壓變升至10kv。所發(fā)電量供設(shè)備使用，余額送至公共電網(wǎng)。整站采取直流供電方式，電氣線路大大簡化。

系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的電力綜合柜組成。由交流輸入總開關(guān)、ATS雙電源切換系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、光伏供電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、電力載波系統(tǒng)、直流變頻供電系統(tǒng)、總系統(tǒng)控制采用7英寸觸摸彩屏監(jiān)控模塊，全面監(jiān)測和顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，故障自動(dòng)告警和系統(tǒng)后臺(tái)連接[1]。

2 可行性研究

2.1 安全可行性

采用直流供電最大的優(yōu)點(diǎn)在于提高了供電的可靠性。這點(diǎn)可以從以下三個(gè)方面體現(xiàn)：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯(lián)在負(fù)載端，當(dāng)停電時(shí)，蓄電池的電能可以直接供給負(fù)載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個(gè)參數(shù)，各個(gè)直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單很多，可靠性大大提高。三是直流模塊即使脫離控制模塊，只要保持輸出電壓穩(wěn)定，也能并聯(lián)輸出電能。

（1）根據(jù)我公司加油站用電現(xiàn)狀可知：一般加油站4～8臺(tái)加油機(jī)，自吸泵為每油品＊臺(tái)一個(gè)三相電機(jī)功率約1.1KW，潛油泵為每油品＊罐一個(gè)單項(xiàng)電機(jī)功率約1.3KW。合計(jì)感性負(fù)載約5～8KW。視頻監(jiān)控、電腦、路由器等輔助設(shè)備約4KW。標(biāo)準(zhǔn)便利店、網(wǎng)架標(biāo)識(shí)、照明燈等8～12KW。空調(diào)、微波爐、熱水器等生活電器約10KW。

（2）現(xiàn)加油站用電存在如下常見問題：初始線路連接不平衡，導(dǎo)致三相電流差過大，從加油站負(fù)荷狀況能夠看出只有三相電動(dòng)機(jī)才使三相電流相等。而站級電器多數(shù)屬于單相用電設(shè)備，要靠設(shè)計(jì)、施工時(shí)合理安排各相上的用電器功率，達(dá)到三相負(fù)荷基本相等。即使這樣，不同用電設(shè)備開啟和工作持續(xù)時(shí)間不同，多數(shù)情況下，油站三相之間電流相差很大。帶來的危害主要有以下方面：

a.因各種原因出現(xiàn)接地電阻變大時(shí)容易出現(xiàn)“零點(diǎn)漂移”，用電器外殼莫名其妙帶電，電流小的一相電壓升高燒壞用電設(shè)備。

b.電流大的一相容易過載，負(fù)載能力降低，中性線上產(chǎn)生過大電流，電路和變壓器損耗和老化加劇。

c.由于交流電中性點(diǎn)接地，因此每一路相線與大地都構(gòu)成回路，人員一旦觸摸到相線或產(chǎn)生“零點(diǎn)漂移”的中性線即可導(dǎo)致觸電。近年，發(fā)生多次因施工改造打電鉆時(shí)碰到埋墻或埋地線路引起的觸電亡人事故。

d.線路老化后經(jīng)常出現(xiàn)漏電跳閘等現(xiàn)象。

e.大棚燈、檐面LOG等一開全開、一關(guān)全關(guān)，不能根據(jù)時(shí)間和營業(yè)狀況及時(shí)調(diào)整，造成用電效率不高。

f.費(fèi)用核定，加油站越是在高溫天氣反而不敢開空調(diào)，員工工作環(huán)境差。

g.小功率UPS工作可靠性低，計(jì)算機(jī)等信息化設(shè)備保障差，故障率高。

（3）將加油站用電改為直流供電后，經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)營及測試，達(dá)到了如下效果：

a.從電流表反映交流側(cè)三相電流數(shù)值基本相等，杜絕了三相不平衡、接地不佳導(dǎo)致的“零點(diǎn)漂移”， 直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，無需再費(fèi)時(shí)費(fèi)力去解決“零地”電壓的問題；

b.蓄電池直接并聯(lián)在負(fù)載端，當(dāng)停電時(shí)確保供電的不間斷，不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單很多，可靠性大大提高。 直流電源模塊的效率一般都在92%以上，即使模塊使用率在40%，效率也可以達(dá)到91%。

杜絕感應(yīng)電、雜串電流；

c.高達(dá)40KA輸入端口的防雷設(shè)計(jì)，大大降低雷擊的是效率，與大地“全隔離”杜絕單項(xiàng)觸電；

d.寬電壓260-530V的輸入范圍，減少“膚集效應(yīng)”線路安全系數(shù)提升。

2.2 技術(shù)可行性

（1）加油站電氣設(shè)備及用電發(fā)展趨勢：

①電腦、空調(diào)、電視機(jī)等電器內(nèi)部供電都是低壓直流。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)電器已經(jīng)淘汰了體積龐大、效率低下的變壓器降壓，采用集成IC對交流市電直接整流降壓。

②以LED技術(shù)為代表的高效光源推廣迅速，而LED需要的是直流恒流驅(qū)動(dòng)電源。

③以太陽能為代表的新能源技術(shù)突破，價(jià)格已經(jīng)降低到經(jīng)濟(jì)實(shí)用，2013年8月26日，國家發(fā)改委明確了全國范圍內(nèi)分布式光伏補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.42元/千瓦時(shí)，另外各地方也別推出了各地的補(bǔ)貼政策。國家對分布式電站的裝機(jī)補(bǔ)貼和上網(wǎng)補(bǔ)貼旨在提倡新能源，節(jié)能減排，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境[2]。

（2）加油站采用并離網(wǎng)式智慧太陽能電站，具備以下基礎(chǔ)功能：

①正常模式：太陽能電站滿足油站負(fù)荷，并向電池組供電；

②補(bǔ)充模式：太陽能不能滿足需要，市電同時(shí)補(bǔ)充；

③市電模式：夜間或連續(xù)無太陽的陰雨天，市電作為主供電源；

④緊急模式：太陽不足，或夜間，市電停電，后備電池組向最小化生產(chǎn)設(shè)備保障供電不低于3小時(shí)（時(shí)間可根據(jù)需要增加儲(chǔ)能量）。

（3）國內(nèi)諸多企業(yè)已對直流供電投入試驗(yàn)及使用：

中國電信：2007年開始建設(shè)240V高壓直流供電試驗(yàn)局，2010 年開始推廣擴(kuò)大試點(diǎn)，在江蘇、北京、吉林、上海、浙江、安徽、江西、湖北、廣西、重慶、四川、貴州、廣東地區(qū)，相繼進(jìn)行直流供電試點(diǎn)，截至2010年底已建成110套直流供電系統(tǒng)，特別是江蘇電信已有多個(gè)IDC機(jī)房、多套核心IT系統(tǒng)和業(yè)務(wù)平臺(tái)改用直流系統(tǒng)進(jìn)行供電。

中國移動(dòng)：2009年開始直流供電系統(tǒng)試驗(yàn)局建設(shè)，先后在深圳、內(nèi)蒙古等地進(jìn)行了高壓直流供電的測試，目前江蘇、浙江、內(nèi)蒙、遼寧、天津也在進(jìn)行運(yùn)用

中國聯(lián)通：2010年開始建設(shè)240V直流供電試驗(yàn)局，已在江蘇南通、鄭州等多地開展試驗(yàn)測試，現(xiàn)已應(yīng)用直流供電系統(tǒng)。

2.3 節(jié)能環(huán)?？尚行?/h3>

安徽屬于三類地區(qū)，具有利用太陽能發(fā)電，建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的客觀條件。15KWp的并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的25年年平均年發(fā)電量約23607度。

直流供電系統(tǒng)比交流供電系統(tǒng)節(jié)能10%～30%

3 經(jīng)濟(jì)測算

3.1 工程成本

以15KW加油站光伏供電項(xiàng)目為例進(jìn)行測算：

由表可知，單站裝機(jī)成本約為29.88萬元，可替代加油站現(xiàn)行用電系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備金額合計(jì)18.873萬元，最終單站成本較現(xiàn)狀約需增加11萬元。如大面積投入使用，整體造價(jià)可降低20%，成本可控制在9萬以內(nèi)。

序號(hào) 項(xiàng)目名稱 規(guī)格型號(hào) 數(shù)量 金額 替代項(xiàng) 價(jià)格 功能增減一、太陽能供電部分1總裝機(jī)容量 15kw太陽能光伏組件 多晶250Wp 60片 7.42 3太陽能光伏組件支架 鍍鋅角鋼 足量 1.3 4并離網(wǎng)逆變器 EA15KLPV 1臺(tái) 4.38 5監(jiān)控裝置 PC機(jī)（觸摸屏） 1套 1.8 6防雷、接地裝置 - 1套 0.35 7土建及配電基礎(chǔ)配套 - 1套 0.3 8配套電纜及防護(hù)材料 - 足量 0.88 A小計(jì)： 16.43 10 中石油一體化供電系統(tǒng)柜2 1AP 1.3245 11 直流DC220/20KW 線路 4 12 交流輸出控制回路13 中央控制系統(tǒng)軟件發(fā)電機(jī) 2.35 14 變頻節(jié)能系統(tǒng) 3AP 0.5987 15 配電輸出系統(tǒng)UPS 0.2自發(fā)自用余電上網(wǎng)，滿足四種運(yùn)行狀態(tài)：1、自發(fā)自用，不用外電；2、自發(fā)不足，網(wǎng)電補(bǔ)充；3、自發(fā)有余，補(bǔ)給電網(wǎng)；4、電網(wǎng)故障，自發(fā)儲(chǔ)能續(xù)航。實(shí)現(xiàn)供用電本質(zhì)安全。SGGW-10000 1套 5.5 16 2KVA不間斷電源系統(tǒng)17 儲(chǔ)能電池柜 SGGW-10000/A16 1套 1.4 B小計(jì)： 6.9 18 載波中心控制系統(tǒng) Rs485/7寸 1套 0.18 支持聲、光、磁等十八種傳感器接入，節(jié)約線路60%以上，實(shí)現(xiàn)智能化故障診斷。19 載波視頻控制模塊 500MB/S 6套 0.72 20 載波開關(guān)控制模塊 9600K 12個(gè) 0.96 線路 6 C小計(jì)： 1.86 21 潛油泵（泵頭、泵體、立管、輸油管、出油管短接） YQYB-160-20-1.1 4臺(tái) 4.72 交流泵 4.4 變頻三相泵，無故障，壽命長，能耗低，節(jié)能30%以上D小計(jì)： 4.72系統(tǒng)整體調(diào)試費(fèi)（A+B+C+D）×12% 3.5892 18.873總計(jì)（萬元）： 33.4992最終折扣價(jià)： 29.88 11.007

3.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率分析

安徽所在地屬亞熱帶氣候帶。安徽各地太陽年平均輻射總量約為5000MJ/m2，一年當(dāng)中以6、7、8、9、10月為最多，1、2、3、4、5、11、12為最少。全年光照時(shí)間平均在2280小時(shí)左右，其中春季占10%，夏季占60%，秋季占20%，冬季占10%。

3.3 發(fā)電利用率計(jì)算

（1）光伏溫度因子。光伏電池的效率會(huì)隨著其工作時(shí)的溫度變化而變化。當(dāng)它們的溫度升高時(shí)，不同類型的大多數(shù)光電池效率呈現(xiàn)出降低趨勢。折減因子區(qū)96%。

（2）光伏陣列的灰塵損耗。由于光伏組件上灰塵或積水造成的污染，經(jīng)統(tǒng)計(jì)經(jīng)常受雨水沖洗的光伏組件其影響平均在2-4%之間，無雨水沖洗較臟的光伏組件其影響平均在8-10%之間。本項(xiàng)目綜合考慮折減系數(shù)取3%，即污染的折減因子取97%。

（3）逆變器的平均效率。目前并網(wǎng)光伏逆變器的平均效率為97.5%左右。

（4）光伏電站內(nèi)用電、線損等能量損失。初步估算光伏陣列直流配電損耗約為3%。其配電綜合損耗系數(shù)為97%。

（5）機(jī)組的可利用率。雖然太陽能電池的故障率極低，但定期檢修及電網(wǎng)故障依然造成一定損失，損失系數(shù)取1%，光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用率為99%。

（6）太陽能電池板異性損耗3%，利用率97%。

（7）早晚不可利用輻射損失3%，利用率97%。

綜合以上各折減系數(shù)，固定式多晶硅電池陣列系統(tǒng)的綜合效率為80%。

3.4 年理論發(fā)電量計(jì)算

考慮系統(tǒng)20年輸出衰減15.2%，即第20年發(fā)電量為1.53萬kwh。由此可以計(jì)算出本工程20年平均利用小時(shí)數(shù)為1165.55h，平均年發(fā)電量1.36萬kwh。假設(shè)項(xiàng)目裝機(jī)容量為15kw。采用10kv接入電網(wǎng)，所發(fā)電量余額上網(wǎng)運(yùn)行，分布式光伏綜合電價(jià)為1.0元/kw。經(jīng)測算，投資回收期為6.5年。

4 施工工藝

加油站安裝工藝。

新建站安裝工藝：站房建設(shè)時(shí)屋面預(yù)留光伏板基座，線路采用直流供電方式敷設(shè)，線路敷設(shè)結(jié)束后，屋面安裝光伏板，配電房內(nèi)安裝配電柜及電池柜[3]。

存量站安裝工藝：屋面新建光伏板基座，安裝光伏板，合并原有線路，即可滿足使用條件，無需重新敷設(shè)線路，同時(shí)延長了線路使用壽命，更換配電柜，其它無需改動(dòng)。

儲(chǔ)能柜容量可根據(jù)目標(biāo)站停電頻次，停電時(shí)間，所需續(xù)航時(shí)間來隨意增加儲(chǔ)能柜容量。

5 結(jié)論

太陽能光伏發(fā)電是國家鼓勵(lì)開發(fā)和利用的可再生資源之一，加油站智慧供電系統(tǒng)將光伏發(fā)電、智慧控制與加油站現(xiàn)狀融為一體，在解決了加油站用電問題及隱患的前提下，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、智慧的用電環(huán)境。為我公司實(shí)現(xiàn)降本增效做出貢獻(xiàn)，綜上，本項(xiàng)目具備較高的可行性。