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)，故障自動告警和系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)在于提高了供電的可靠性。這點(diǎn)可以從以下三個方面體現(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，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參數(shù)，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(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臺加油機(jī)，自吸泵為每油品＊臺一個三相電機(jī)功率約1.1KW，潛油泵為每油品＊罐一個單項(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、照明燈等8～12KW?？照{(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)時間和營業(yè)狀況及時調(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)動電源。

③以太陽能為代表的新能源技術(shù)突破，價格已經(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，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（時間可根據(jù)需要增加儲能量）。

（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IDC機(jī)房、多套核心IT系統(tǒng)和業(yè)務(wù)平臺改用直流系統(tǒng)進(jìn)行供電。

中國移動：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，整體造價可降低20%，成本可控制在9萬以內(nèi)。

序號 項(xiàng)目名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 金額 替代項(xiàng) 價格 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 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 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 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： 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(fā)電利用率計(jì)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(dāng)它們的溫度升高時，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(jù)目標(biāo)站停電頻次，停電時間，所需續(xù)航時間來隨意增加儲能柜容量。

5 結(jié)論

太陽能光伏發(fā)電是國家鼓勵開發(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。