淺談太陽能供電系統在調壓計量站中的應用

龐紅軍

(津燃華潤燃氣第三銷售分公司 天津300480)

淺談太陽能供電系統在調壓計量站中的應用

龐紅軍

(津燃華潤燃氣第三銷售分公司 天津300480)

由于不具備市電供應條件，一些偏遠地區建設無人值守調壓計量站時，采用太陽能方式供電是解決無人值守站點用電的有效方法。重點介紹了利用太陽能技術解決無市電情況下無人值守站的用電問題，解決了站點數據上傳、照明以及伴熱等功能的用電需求。

無人值守站 太陽能 數據傳輸

隨著燃氣事業的飛速發展，燃氣工程由市區不斷向郊縣發展。第三銷售分公司管轄范圍大都在邊遠地帶，那里的電力、通訊等條件落后，不具備市電供應條件，因此，開發太陽能供電系統為調壓計量站點供電是當前的最佳選擇。多晶硅太陽電池系列組件采用國外生產的單體電池片與TPT背板，從而保證了組件的質量，大大提高了組件的使用壽命和在各種條件下運行的可能性。它特有的加工工藝能夠顯著提高太陽能電池的吸光能力，并將其高效轉換成電能，提高了轉換效率。其具有無污染及附加危害、性能優良、質量可靠、安裝簡易等特點，成為眾多用戶的理想選擇。這也在一定程度上確保了該系統能夠正常、高效的運行。

本文就不同場合不同工藝情況下太陽能應用情況進行了介紹與分析。

1 單純數據傳輸

武清逸仙園計量站是2008年公司對原武清華森進行改造的無人值守中壓計量站。因地處偏僻，該電站周圍無電力設施，但該站數據非常重要，必須實行數據上傳，因此采用太陽能供電的方案。

該站流量計為愛拓利渦輪流量計，現場用電設備除RTU、DTU外，還有R232/485協議轉換器、GPRS模塊等。其功耗具體為：RTU持續工作功耗為12,W，加上GPRS、I/O模塊、繼電器等設備，全天功耗≤350,W/h。

圖1為該設計的系統原理圖。該系統的主要設備由太陽能板、蓄電池、太陽能控制器、數據采集RTU、GPRS Modem、12,VDC配電單元等組成。其中，蓄電池為RTU、GPRS Modem以及流量計供電，現場數據采集RTU通過RS485的方式將瞬時流量、累計流量、運行壓力、運行溫度等參數采集到寄存器中，然后再通過GPRS Modem將數據傳送至上位的燃氣調度中心。

太陽能控制器的作用，是利用太陽能板為蓄電池進行充電。該控制器還具有保護的功能，當蓄電池的電量過低時，控制器會自動切斷蓄電池的輸出，防止電池因過分放電而造成損耗。

圖1 太陽能供電遠程流量計量系統原理圖Fig.1 Schematic of solar powered remote flow measurement system

2 數據傳輸電保溫供電

因該站有電伴熱的需要，太陽能電池和儲能用蓄電池的功率和容量都要大一些。該站電伴熱帶為10,m左右，非全天候，只供給調壓器及毛細管道，全天功耗≤600,Wh。數據傳輸功耗全天功耗≤350,Wh，冬日最大日功耗為950,Wh，夏日最大日功耗為350,Wh。

系統采用太陽能供電方式，太陽能電池板固定在院內空地上，角度上垂直于正午日照光線，并避免周圍遮擋。電池和控制單元單獨置于防爆箱體內部。

配置：①100,Ah鉛酸蓄電池2塊；②單晶體硅太陽能電池板1套；③控制器1套；④設備安裝支架1套。

3 數據傳輸低壓照明電伴熱供電

適用于遠離市電范圍的調壓計量站點，其功耗統計為：①儀表需外供24,V直流電源；②站區照明，滿足夜間維護照明需要；③柜內RTU、GPRS自控單元需供24,V直流電源；④撬內電伴熱常規需要220,V供電。

電伴熱帶為10,m左右，非全天候，只供給調壓器及毛細管道，全天功耗≤600,Wh。數據傳輸功耗全天功耗≤350,Wh，照明全天功耗≤300,Wh，冬日最大日功耗為1,250,Wh，夏日最大日功耗為650,Wh。

系統采用太陽能供電方式，太陽能電池板固定在院內空地上，角度上垂直于正午日照光線，并避免周圍遮擋。電池和控制單元單獨置于防爆箱體內部。

配置：①100,Ah鉛酸蓄電池2塊；②單晶體硅太陽能電池板1套；③控制器1套；④設備安裝支架1套。

4 數據上傳低功耗照明電伴熱加臭裝置供電

系統供電要求如下：①儀表需外供24,V直流電源；②加臭裝置需提供220,V交流電源；③站區照明滿足夜間維護照明需要；④柜內RTU、GPRS自控單元需供24,V直流電源；⑤撬內電伴熱常規需要220,V供電；⑥還應考慮供電及配電單元的內部損耗(見圖2)。

圖2 系統結構圖Fig.2 System structure

功耗統計：①RTU持續工作功耗為12,W，加上GPRS、I/O模塊、繼電器等設備，全天功耗≤350,Wh；②低功耗的照明(例如直流LED燈)設置兩組，全天功耗≤300,Wh；③加臭，以設計流量2,500,m3為標準，每次加藥量定為50,mg，每立方米加25,mg，則每分鐘需要加20次，則相當于功耗為60,W左右。目前日供氣規模為10,000,m3，小時流量為500,m3左右，全天功耗為≤600,Wh；④伴熱10,m左右，非全天候，只供給毛細管道，全天功耗≤600,Wh。

根據上述分析，冬日最大日功耗為1,800,Wh，夏日最大日功耗為1,200,Wh。

系統結構圖如圖2所示。

配置：①100,Ah鉛酸蓄電池2塊；②單晶體硅太陽能電池板1套；③控制器1套；④設備安裝支架1套。

安裝方式：系統采用太陽能供電方式，太陽能電池板固定在院內空地上，角度上垂直于正午日照光線，并避免周圍遮擋。電池和控制單元單獨置于防爆箱體內部(見圖3)。

圖3 太陽能電氣安裝結構圖Fig.3 Solar electrical installation structure

需要注意的是，太陽能電池板的安裝必須是正南方向45,°傾斜安裝，且要安裝牢固。

5 運行現狀

太陽能系統從2008年第4季度開始運行。我們從2009年8月開始對充電電壓和電池電壓進行科學監測，獲取了第一手資料。通過對歷史記錄的分析，可以看出每日充電時間集中在上午8點到下午5點左右，隨著季節不同，充電時間和充電電壓都會有所變化。

在日落之后，充電電壓基本消失，系統依靠電池電壓繼續工作。這期間，在目前功耗條件下，電池電壓下降0.7,V。

圖4為在陰天時的電壓情況。可以看出，雖然在8月，氣溫很高，但由于沒有陽光，充電電壓僅能維持在與電池電壓一致的水平上。

圖4 陰天電壓情況Fig.4 Voltage status under cloudy condition

圖5 為在晴天時的電壓情況。可以看出，在正午時分，陽光充足，可以實現4,h左右的充電時間。

圖5 晴天電壓情況Fig.5 Voltage status under sunny condition

6 維護措施

在春季、夏季、秋季，由于不需要伴熱，而自控系統耗電量極小，所以基本可實現免維護。

在冬季，電池板發電效能隨日照強度有所降低，在伴熱開啟后，需要對電池電壓進行持續監測。在極端氣候條件下，電池電壓降低至警戒線時，應到現場維護。此周期最小可達15,d。

7 總 結

采用太陽能供電存在著不可避免的矛盾，即冬季的太陽能采集能量最低，但因季節寒冷和用氣量大，導致加臭頻率增加以及伴熱開啟，用電量反而是全年最高的。為保證冬季系統的不間斷運行，除在設備啟閉上提出一些要求之外，也需要在系統中添加適用的節電功能，減少電量消耗，延長電池工作時間。目前，太陽能板供電遠程流量計量系統已經應用在京津計量站、逸仙園計量站、棲仙園和和平里計量站、中新生態城高調站、小無縫、師大二期、海河大廈、金灣廣場等計量站點。自投入使用以來，系統工作穩定、數據可靠、效果顯著，受到用戶的一致好評，相信在未來會有廣闊的應用前景。■

［1］ 王小強，歐陽駿，紀愛國. 無線傳感器網絡節點太陽能供電系統設計[J]. 單片機與嵌入式系統應用，2012(3)：56-58.

［2］ 周洪偉，羅建，吳英杰，等. 低電壓太陽能供電系統設計[J]. 電子測量技術，2011(2)：18-21.

［3］ 楊曉宇，王運濤. 通信基站太陽能供電系統設計[J].電力系統通信，2007(6)：47-50.

Application of Solar Energy Power Supply System in Pressure Regulating Metering Stations

PANG Hongjun
(Jin Burns Huarun Gas Third Sales Branch，Tianjin 300480，China)

In some remote areas，the construction of unmanned adjustable pressure metering stations is restricted by the condition of city electric supply. Powered by solar energy is an effective solution. This paper introduces the utilization of solar energy technologies in unattended station’s electricity supply to solve site data upload，lighting and heat tracing etc．

unattended station；solar energy；data transmission

TK513

A

1006-8945(2016)08-0062-03

2016-08-09