分布式能源電站在大慶油田的應(yīng)用前景分析

柴清瑤

大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

目前我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入高速發(fā)展階段，截至2019 年，我國(guó)光伏電站累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)204.3 GWp，新增裝機(jī)已經(jīng)連續(xù)六年全球第一[1]。2019 年中國(guó)分散式風(fēng)電新增裝機(jī)容量為300 MW，同比增長(zhǎng)114.8%，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到935 MW，同比增長(zhǎng)47.8%。

2018 年3 月23 日，國(guó)家能源局綜合司發(fā)布了關(guān)于征求《可再生能源電力配額及考核辦法(征求意見(jiàn)稿)》意見(jiàn)的函，可再生能源配額制正式走入電力發(fā)展中，成為可再生能源戰(zhàn)略發(fā)展的政策要求和重要支持。黑龍江省2020 年非水可再生能源消納和配額預(yù)期指標(biāo)為22%[2]。同時(shí)，鼓勵(lì)清潔能源發(fā)電。

2019年5月，國(guó)家發(fā)改委及能源局印發(fā)的《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》中指出，黑龍江省至2020 年可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重需大于26%，對(duì)不達(dá)標(biāo)的省市進(jìn)行年度考核。

大慶油田作為產(chǎn)能大戶，同時(shí)又是耗能大戶[3]。2019 年大慶地區(qū)總用能1 060×104t(標(biāo)煤)。大慶油田電網(wǎng)是全國(guó)最大的企業(yè)電網(wǎng)，電力供應(yīng)需求總量大，且主要負(fù)責(zé)油田生產(chǎn)用電，負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)，日間波動(dòng)很小，最大供電負(fù)荷出現(xiàn)在年初和年末時(shí)間段（冬季）。2019年用電量為141×108kWh，其中生產(chǎn)用電119×108kWh，負(fù)荷使用情況如圖1所示。從圖1可以看出，油田的節(jié)能減排工作十分重要，因此利用閑置土地、廢棄站場(chǎng)、閑置井場(chǎng)建設(shè)小型分布式能源電站十分必要，可以為油田提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力能源保障，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖1 2019年生產(chǎn)用電負(fù)荷示意圖Fig.1 Schematic diagram of prodaction power consumption in 2019

1 大慶油田的資源條件

大慶市位于黑龍江省西部，太陽(yáng)能資源分布較為均勻。太陽(yáng)能總輻射量為4 800～5 000 MJ/m2，全市各地區(qū)輻射量基本相同。太陽(yáng)能直接輻射量在3 000 MJ/m2以上，東北部地區(qū)相對(duì)較低，在2 600～2 800 MJ/m2；其他地區(qū)相對(duì)較高，為2 800～3 000 MJ/m2。年日照小時(shí)數(shù)為2 700～2 842 h，市區(qū)附近最高，為2 700～2 842 h ；其次為市區(qū)周邊區(qū)域，為2 600～2 700 h；東北部區(qū)域較少，為2 400～2 500 h。年日照分布與太陽(yáng)輻射分布基本一致，全年日照小時(shí)數(shù)為2 730.6 h，夏季最多，冬季最少[4]。

大慶地處敖古拉大風(fēng)口，春秋風(fēng)速偏大，冬夏風(fēng)速較小，呈季風(fēng)特征。年有效風(fēng)速持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，年平均風(fēng)速3.8 m/s，個(gè)別地區(qū)在7 m/s 以上，年大于6級(jí)風(fēng)日數(shù)為30天。全市可供開(kāi)發(fā)風(fēng)電資源總量在500×104kWh 以上，風(fēng)能蘊(yùn)藏量居黑龍江省西部首位。

大慶油田具有豐富的土地資源，既是油田生產(chǎn)建設(shè)的基本保障，也為新能源開(kāi)發(fā)利用奠定了用地基礎(chǔ)。

大慶油田擁有分布廣闊的企業(yè)電網(wǎng)。供電范圍包括大慶油田、煉化企業(yè)生產(chǎn)區(qū)及所轄油田地區(qū)的工商業(yè)用戶與部分市政單位，用電設(shè)備分布較為分散，適合分散式風(fēng)電和分布式光電的開(kāi)發(fā)，具備新能源電力接入條件。

大慶油田每年的用電負(fù)荷穩(wěn)定，預(yù)計(jì)到“十四五”末年生產(chǎn)用電將達(dá)到135×108kWh。穩(wěn)定的用電負(fù)荷具備綠電就地消納的負(fù)荷條件。

2 應(yīng)用場(chǎng)景分析

分布式能源電站依托于油田110 kV 變電站，利用油田自有閑置土地建設(shè)。電站以“自發(fā)自用，就地消納”為原則，其建設(shè)規(guī)模按照規(guī)范GB/T 33593—2017 《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》執(zhí)行，發(fā)電容量不大于接入變電站（110 kV 變電站）的最小運(yùn)行負(fù)荷[5]。以某作業(yè)區(qū)為例進(jìn)行分析，其上級(jí)變電所2019 年最低運(yùn)行負(fù)荷8.3 MW，暫定分布式光伏電站裝機(jī)規(guī)模為2.3 MW，分布式風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模為6 MW。

2.1 分布式光伏電站

光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓為1 500 V，選用某組件廠的540 Wp 單晶光伏組件、某逆變器廠的225 kW 組串式逆變器[6]，按太陽(yáng)輻射的最佳傾角42°、方位角0°進(jìn)行組件布置。利用PVsyst軟件模擬能量流圖，根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源特點(diǎn)和氣候特征，并結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)，測(cè)算出電站運(yùn)營(yíng)后的總體效率為82%。

在不考慮電池組件衰減時(shí)，年發(fā)電量約為356.1×104kWh。由于太陽(yáng)電池組件的轉(zhuǎn)換效率呈逐年遞減狀態(tài)，因此隨著時(shí)間的推移，實(shí)際發(fā)電量不斷減少。依據(jù)“國(guó)家能源局、工業(yè)和信息化部、國(guó)家認(rèn)監(jiān)委關(guān)于提高主要光伏產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)并加強(qiáng)監(jiān)管工作的通知”：自2018 年1 月1 日起，新投產(chǎn)并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電項(xiàng)目的光伏產(chǎn)品供應(yīng)商應(yīng)滿足《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》要求，即單晶組件一年內(nèi)衰減率不高于3%，后續(xù)年內(nèi)衰減率不高于0.7%，可計(jì)算出本項(xiàng)目20年平均年發(fā)電量為321.7×104kWh（表1）。

表1 20年發(fā)電量計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of power generation in 20 years

2.2 分散式風(fēng)電場(chǎng)

風(fēng)電場(chǎng)采用目前主流風(fēng)機(jī)，2 臺(tái)單機(jī)容量為3 MW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛? MW。

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)資料和風(fēng)機(jī)廠家提供的功率曲線，以及選定的機(jī)型和位置，采用WASP軟件計(jì)算理論發(fā)電量為2 963×104kWh/a。并針對(duì)尾流損失、空氣密度、湍流強(qiáng)度、葉片污染、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組利用率折減、功率曲線、線路損耗、氣候等因素作出修正后，綜合折減系數(shù)為74%。2臺(tái)風(fēng)機(jī)預(yù)計(jì)年上網(wǎng)電量為2 195×104kWh。

2.3 消納分析

對(duì)該作業(yè)區(qū)供電一次變2019 年的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該變電站最小月平均負(fù)荷為8.3 MW。根據(jù)自發(fā)自用原則，確定裝機(jī)容量不大于該變電站的最小月平均負(fù)荷8.3 MW。

本著消納該變電站最低負(fù)荷的原則，本次風(fēng)力發(fā)電站接入35 kV 側(cè)可以就地平衡35 kV 側(cè)負(fù)荷，不會(huì)返送至110 kV 側(cè)以增加變壓器損耗；光伏發(fā)電站接入該變電所6 kV 側(cè)可以就地平衡6 kV 側(cè)負(fù)荷。

本次新能源發(fā)電站所發(fā)電量可以完全在該變電站供電區(qū)域內(nèi)進(jìn)行消納，不會(huì)有盈余電力外送，符合電力就地平衡的經(jīng)濟(jì)性要求，減少了電力遠(yuǎn)距離輸送的線路損耗；且該變電站屬于終端變電站，此次新能源發(fā)電項(xiàng)目的接入使其有了一個(gè)可靠的電源支撐，在線路發(fā)生故障或者變壓器發(fā)生故障退出運(yùn)行的情況下，可通過(guò)倒閘操作利用新能源電站保證一部分重要負(fù)荷的安全可靠供電，增加了電力供應(yīng)的可靠性[7]。

2.4 替代效果

本工程建成后年發(fā)電量為2 516.7×104kWh，占該區(qū)域總用電量的29%。

風(fēng)力發(fā)電站年發(fā)電量為2 195×104kWh，節(jié)約標(biāo)煤2 697.6 t，CO2減排5 707 t。

光伏發(fā)電站年發(fā)電量為321.7×104kWh，節(jié)約標(biāo)煤395.4 t，CO2減排836.4 t。

根據(jù)該地區(qū)2019年7月份用電負(fù)荷以及現(xiàn)有建成的風(fēng)電、光伏項(xiàng)目的發(fā)電資料，模擬了該地區(qū)7月份光伏、風(fēng)電功率特性曲線與用電負(fù)荷的關(guān)系（圖2），并形成替代效果餅狀圖（圖3）。

圖2 7月份用電量與發(fā)電量對(duì)比Fig.2 Comparison of electricity consumption and power generation in July

圖3 替代效果餅圖（2019年用電負(fù)荷）Fig.3 Pie chart of substitution effect(electricity load in 2019)

3 結(jié)束語(yǔ)

分布式新能源電站在油田的推廣應(yīng)用，可以有效減少生產(chǎn)過(guò)程中的化石能源消耗，降低操作成本，提高凈化能源產(chǎn)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提高油田開(kāi)發(fā)盈利能力，提質(zhì)增效、高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義[8]。減少二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、低碳發(fā)展，提升本企業(yè)的清潔能源占比，完成國(guó)家下達(dá)的可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重；構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，具有巨大的社會(huì)效益。

分布式電源電站的建設(shè)順應(yīng)油田“十四五”新能源開(kāi)發(fā)安排，其充分依托風(fēng)、光等優(yōu)勢(shì)綠色能源基礎(chǔ)，積極發(fā)展新能源業(yè)務(wù)，依托油田電網(wǎng)，形成分層、分布式格局，可實(shí)現(xiàn)大慶油田的高質(zhì)量發(fā)展。