淺談智慧供電系統在加油站建設中的應用

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 技術原理

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

系統由標準的電力綜合柜組成。由交流輸入總開關、ATS雙電源切換系統、防雷系統、光伏供電系統、電池儲能系統、直流供電系統、電力載波系統、直流變頻供電系統、總系統控制采用7英寸觸摸彩屏監控模塊，全面監測和顯示系統運行狀態，故障自動告警和系統后臺連接[1]。

2 可行性研究

2.1 安全可行性

采用直流供電最大的優點在于提高了供電的可靠性。這點可以從以下三個方面體現：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯在負載端，當停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統結構簡單很多，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定，也能并聯輸出電能。

（1）根據我公司加油站用電現狀可知：一般加油站4～8臺加油機，自吸泵為每油品＊臺一個三相電機功率約1.1KW，潛油泵為每油品＊罐一個單項電機功率約1.3KW。合計感性負載約5～8KW。視頻監控、電腦、路由器等輔助設備約4KW。標準便利店、網架標識、照明燈等8～12KW。空調、微波爐、熱水器等生活電器約10KW。

（2）現加油站用電存在如下常見問題：初始線路連接不平衡，導致三相電流差過大，從加油站負荷狀況能夠看出只有三相電動機才使三相電流相等。而站級電器多數屬于單相用電設備，要靠設計、施工時合理安排各相上的用電器功率，達到三相負荷基本相等。即使這樣，不同用電設備開啟和工作持續時間不同，多數情況下，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.因各種原因出現接地電阻變大時容易出現“零點漂移”，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備。

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

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

d.線路老化后經常出現漏電跳閘等現象。

e.大棚燈、檐面LOG等一開全開、一關全關，不能根據時間和營業狀況及時調整，造成用電效率不高。

f.費用核定，加油站越是在高溫天氣反而不敢開空調，員工工作環境差。

g.小功率UPS工作可靠性低，計算機等信息化設備保障差，故障率高。

（3）將加油站用電改為直流供電后，經一段時間運營及測試，達到了如下效果：

a.從電流表反映交流側三相電流數值基本相等，杜絕了三相不平衡、接地不佳導致的“零點漂移”， 直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，無需再費時費力去解決“零地”電壓的問題；

b.蓄電池直接并聯在負載端，當停電時確保供電的不間斷，不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統結構簡單很多，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%，效率也可以達到91%。

杜絕感應電、雜串電流；

c.高達40KA輸入端口的防雷設計，大大降低雷擊的是效率，與大地“全隔離”杜絕單項觸電；

d.寬電壓260-530V的輸入范圍，減少“膚集效應”線路安全系數提升。

2.2 技術可行性

（1）加油站電氣設備及用電發展趨勢：

①電腦、空調、電視機等電器內部供電都是低壓直流。隨著電子技術的發展，多數電器已經淘汰了體積龐大、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技術為代表的高效光源推廣迅速，而LED需要的是直流恒流驅動電源。

③以太陽能為代表的新能源技術突破，價格已經降低到經濟實用，2013年8月26日，國家發改委明確了全國范圍內分布式光伏補貼標準為0.42元/千瓦時，另外各地方也別推出了各地的補貼政策。國家對分布式電站的裝機補貼和上網補貼旨在提倡新能源，節能減排，創造可持續發展的生態環境[2]。

（2）加油站采用并離網式智慧太陽能電站，具備以下基礎功能：

①正常模式：太陽能電站滿足油站負荷，并向電池組供電；

②補充模式：太陽能不能滿足需要，市電同時補充；

③市電模式：夜間或連續無太陽的陰雨天，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設備保障供電不低于3小時（時間可根據需要增加儲能量）。

（3）國內諸多企業已對直流供電投入試驗及使用：

中國電信：2007年開始建設240V高壓直流供電試驗局，2010 年開始推廣擴大試點，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，相繼進行直流供電試點，截至2010年底已建成110套直流供電系統，特別是江蘇電信已有多個IDC機房、多套核心IT系統和業務平臺改用直流系統進行供電。

中國移動：2009年開始直流供電系統試驗局建設，先后在深圳、內蒙古等地進行了高壓直流供電的測試，目前江蘇、浙江、內蒙、遼寧、天津也在進行運用

中國聯通：2010年開始建設240V直流供電試驗局，已在江蘇南通、鄭州等多地開展試驗測試，現已應用直流供電系統。

2.3 節能環?？尚行?/h3>

安徽屬于三類地區，具有利用太陽能發電，建設分布式光伏發電項目的客觀條件。15KWp的并網型太陽能光伏發電系統的25年年平均年發電量約23607度。

直流供電系統比交流供電系統節能10%～30%

3 經濟測算

3.1 工程成本

以15KW加油站光伏供電項目為例進行測算：

由表可知，單站裝機成本約為29.88萬元，可替代加油站現行用電系統各項設備金額合計18.873萬元，最終單站成本較現狀約需增加11萬元。如大面積投入使用，整體造價可降低20%，成本可控制在9萬以內。

序號 項目名稱 規格型號 數量 金額 替代項 價格 功能增減一、太陽能供電部分1總裝機容量 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并離網逆變器 EA15KLPV 1臺 4.38 5監控裝置 PC機（觸摸屏） 1套 1.8 6防雷、接地裝置 - 1套 0.35 7土建及配電基礎配套 - 1套 0.3 8配套電纜及防護材料 - 足量 0.88 A小計： 16.43 10 中石油一體化供電系統柜2 1AP 1.3245 11 直流DC220/20KW 線路 4 12 交流輸出控制回路13 中央控制系統軟件發電機 2.35 14 變頻節能系統 3AP 0.5987 15 配電輸出系統UPS 0.2自發自用余電上網，滿足四種運行狀態：1、自發自用，不用外電；2、自發不足，網電補充；3、自發有余，補給電網；4、電網故障，自發儲能續航。實現供用電本質安全。SGGW-10000 1套 5.5 16 2KVA不間斷電源系統17 儲能電池柜 SGGW-10000/A16 1套 1.4 B小計： 6.9 18 載波中心控制系統 Rs485/7寸 1套 0.18 支持聲、光、磁等十八種傳感器接入，節約線路60%以上，實現智能化故障診斷。19 載波視頻控制模塊 500MB/S 6套 0.72 20 載波開關控制模塊 9600K 12個 0.96 線路 6 C小計： 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 4.72 交流泵 4.4 變頻三相泵，無故障，壽命長，能耗低，節能30%以上D小計： 4.72系統整體調試費（A+B+C+D）×12% 3.5892 18.873總計（萬元）： 33.4992最終折扣價： 29.88 11.007

3.2 太陽能光伏發電系統效率分析

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。全年光照時間平均在2280小時左右，其中春季占10%，夏季占60%，秋季占20%，冬季占10%。

3.3 發電利用率計算

（1）光伏溫度因子。光伏電池的效率會隨著其工作時的溫度變化而變化。當它們的溫度升高時，不同類型的大多數光電池效率呈現出降低趨勢。折減因子區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，經統計經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。本項目綜合考慮折減系數取3%，即污染的折減因子取97%。

（3）逆變器的平均效率。目前并網光伏逆變器的平均效率為97.5%左右。

（4）光伏電站內用電、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為97%。

（5）機組的可利用率。雖然太陽能電池的故障率極低，但定期檢修及電網故障依然造成一定損失，損失系數取1%，光伏發電系統的可利用率為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，固定式多晶硅電池陣列系統的綜合效率為80%。

3.4 年理論發電量計算

考慮系統20年輸出衰減15.2%，即第20年發電量為1.53萬kwh。由此可以計算出本工程20年平均利用小時數為1165.55h，平均年發電量1.36萬kwh。假設項目裝機容量為15kw。采用10kv接入電網，所發電量余額上網運行，分布式光伏綜合電價為1.0元/kw。經測算，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：站房建設時屋面預留光伏板基座，線路采用直流供電方式敷設，線路敷設結束后，屋面安裝光伏板，配電房內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，無需重新敷設線路，同時延長了線路使用壽命，更換配電柜，其它無需改動。

儲能柜容量可根據目標站停電頻次，停電時間，所需續航時間來隨意增加儲能柜容量。

5 結論

太陽能光伏發電是國家鼓勵開發和利用的可再生資源之一，加油站智慧供電系統將光伏發電、智慧控制與加油站現狀融為一體，在解決了加油站用電問題及隱患的前提下，實現了節能、環保、智慧的用電環境。為我公司實現降本增效做出貢獻，綜上，本項目具備較高的可行性。