浅谈智慧供电系统在加油站建设中的应用

蒋洪君

中国石油天然气股份有限公司安徽亳州销售分公司 安徽亳州 236800

1 技术原理

太阳能光伏并网发电系统是利用太阳电池板将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50赫兹、AC380V的三相交流电，经升压变升至10kv。所发电量供设备使用，余额送至公共电网。整站采取直流供电方式，电气线路大大简化。

系统由标准的电力综合柜组成。由交流输入总开关、ATS双电源切换系统、防雷系统、光伏供电系统、电池储能系统、直流供电系统、电力载波系统、直流变频供电系统、总系统控制采用7英寸触摸彩屏监控模块，全面监测和显示系统运行状态，故障自动告警和系统后台连接[1]。

2 可行性研究

2.1 安全可行性

采用直流供电最大的优点在于提高了供电的可靠性。这点可以从以下三个方面体现：一是采用直流供电，蓄电池可以作为电源直接并联在负载端，当停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，确保供电的不间断。二是直流供电只有电压幅值一个参数，各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题，系统结构简单很多，可靠性大大提高。三是直流模块即使脱离控制模块，只要保持输出电压稳定，也能并联输出电能。

（1）根据我公司加油站用电现状可知：一般加油站4～8台加油机，自吸泵为每油品＊台一个三相电机功率约1.1KW，潜油泵为每油品＊罐一个单项电机功率约1.3KW。合计感性负载约5～8KW。视频监控、电脑、路由器等辅助设备约4KW。标准便利店、网架标识、照明灯等8～12KW。空调、微波炉、热水器等生活电器约10KW。

（2）现加油站用电存在如下常见问题：初始线路连接不平衡，导致三相电流差过大，从加油站负荷状况能够看出只有三相电动机才使三相电流相等。而站级电器多数属于单相用电设备，要靠设计、施工时合理安排各相上的用电器功率，达到三相负荷基本相等。即使这样，不同用电设备开启和工作持续时间不同，多数情况下，油站三相之间电流相差很大。带来的危害主要有以下方面：

a.因各种原因出现接地电阻变大时容易出现“零点漂移”，用电器外壳莫名其妙带电，电流小的一相电压升高烧坏用电设备。

b.电流大的一相容易过载，负载能力降低，中性线上产生过大电流，电路和变压器损耗和老化加剧。

c.由于交流电中性点接地，因此每一路相线与大地都构成回路，人员一旦触摸到相线或产生“零点漂移”的中性线即可导致触电。近年，发生多次因施工改造打电钻时碰到埋墙或埋地线路引起的触电亡人事故。

d.线路老化后经常出现漏电跳闸等现象。

e.大棚灯、檐面LOG等一开全开、一关全关，不能根据时间和营业状况及时调整，造成用电效率不高。

f.费用核定，加油站越是在高温天气反而不敢开空调，员工工作环境差。

g.小功率UPS工作可靠性低，计算机等信息化设备保障差，故障率高。

（3）将加油站用电改为直流供电后，经一段时间运营及测试，达到了如下效果：

a.从电流表反映交流侧三相电流数值基本相等，杜绝了三相不平衡、接地不佳导致的“零点漂移”， 直流输入没有零线，因此，也就不存在“零地”电压，无需再费时费力去解决“零地”电压的问题；

b.蓄电池直接并联在负载端，当停电时确保供电的不间断，不存在相位、相序、频率需同步的问题，系统结构简单很多，可靠性大大提高。 直流电源模块的效率一般都在92%以上，即使模块使用率在40%，效率也可以达到91%。

杜绝感应电、杂串电流；

c.高达40KA输入端口的防雷设计，大大降低雷击的是效率，与大地“全隔离”杜绝单项触电；

d.宽电压260-530V的输入范围，减少“肤集效应”线路安全系数提升。

2.2 技术可行性

（1）加油站电气设备及用电发展趋势：

①电脑、空调、电视机等电器内部供电都是低压直流。随着电子技术的发展，多数电器已经淘汰了体积庞大、效率低下的变压器降压，采用集成IC对交流市电直接整流降压。

②以LED技术为代表的高效光源推广迅速，而LED需要的是直流恒流驱动电源。

③以太阳能为代表的新能源技术突破，价格已经降低到经济实用，2013年8月26日，国家发改委明确了全国范围内分布式光伏补贴标准为0.42元/千瓦时，另外各地方也别推出了各地的补贴政策。国家对分布式电站的装机补贴和上网补贴旨在提倡新能源，节能减排，创造可持续发展的生态环境[2]。

（2）加油站采用并离网式智慧太阳能电站，具备以下基础功能：

①正常模式：太阳能电站满足油站负荷，并向电池组供电；

②补充模式：太阳能不能满足需要，市电同时补充；

③市电模式：夜间或连续无太阳的阴雨天，市电作为主供电源；

④紧急模式：太阳不足，或夜间，市电停电，后备电池组向最小化生产设备保障供电不低于3小时（时间可根据需要增加储能量）。

（3）国内诸多企业已对直流供电投入试验及使用：

中国电信：2007年开始建设240V高压直流供电试验局，2010 年开始推广扩大试点，在江苏、北京、吉林、上海、浙江、安徽、江西、湖北、广西、重庆、四川、贵州、广东地区，相继进行直流供电试点，截至2010年底已建成110套直流供电系统，特别是江苏电信已有多个IDC机房、多套核心IT系统和业务平台改用直流系统进行供电。

中国移动：2009年开始直流供电系统试验局建设，先后在深圳、内蒙古等地进行了高压直流供电的测试，目前江苏、浙江、内蒙、辽宁、天津也在进行运用

中国联通：2010年开始建设240V直流供电试验局，已在江苏南通、郑州等多地开展试验测试，现已应用直流供电系统。

2.3 节能环保可行性

安徽属于三类地区，具有利用太阳能发电，建设分布式光伏发电项目的客观条件。15KWp的并网型太阳能光伏发电系统的25年年平均年发电量约23607度。

直流供电系统比交流供电系统节能10%～30%

3 经济测算

3.1 工程成本

以15KW加油站光伏供电项目为例进行测算：

由表可知，单站装机成本约为29.88万元，可替代加油站现行用电系统各项设备金额合计18.873万元，最终单站成本较现状约需增加11万元。如大面积投入使用，整体造价可降低20%，成本可控制在9万以内。

序号 项目名称 规格型号 数量 金额 替代项 价格 功能增减一、太阳能供电部分1总装机容量 15kw太阳能光伏组件 多晶250Wp 60片 7.42 3太阳能光伏组件支架 镀锌角钢 足量 1.3 4并离网逆变器 EA15KLPV 1台 4.38 5监控装置 PC机（触摸屏） 1套 1.8 6防雷、接地装置 - 1套 0.35 7土建及配电基础配套 - 1套 0.3 8配套电缆及防护材料 - 足量 0.88 A小计： 16.43 10 中石油一体化供电系统柜2 1AP 1.3245 11 直流DC220/20KW 线路 4 12 交流输出控制回路13 中央控制系统软件发电机 2.35 14 变频节能系统 3AP 0.5987 15 配电输出系统UPS 0.2自发自用余电上网，满足四种运行状态：1、自发自用，不用外电；2、自发不足，网电补充；3、自发有余，补给电网；4、电网故障，自发储能续航。实现供用电本质安全。SGGW-10000 1套 5.5 16 2KVA不间断电源系统17 储能电池柜 SGGW-10000/A16 1套 1.4 B小计： 6.9 18 载波中心控制系统 Rs485/7寸 1套 0.18 支持声、光、磁等十八种传感器接入，节约线路60%以上，实现智能化故障诊断。19 载波视频控制模块 500MB/S 6套 0.72 20 载波开关控制模块 9600K 12个 0.96 线路 6 C小计： 1.86 21 潜油泵（泵头、泵体、立管、输油管、出油管短接） YQYB-160-20-1.1 4台 4.72 交流泵 4.4 变频三相泵，无故障，寿命长，能耗低，节能30%以上D小计： 4.72系统整体调试费（A+B+C+D）×12% 3.5892 18.873总计（万元）： 33.4992最终折扣价： 29.88 11.007

3.2 太阳能光伏发电系统效率分析

安徽所在地属亚热带气候带。安徽各地太阳年平均辐射总量约为5000MJ/m2，一年当中以6、7、8、9、10月为最多，1、2、3、4、5、11、12为最少。全年光照时间平均在2280小时左右，其中春季占10%，夏季占60%，秋季占20%，冬季占10%。

3.3 发电利用率计算

（1）光伏温度因子。光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。当它们的温度升高时，不同类型的大多数光电池效率呈现出降低趋势。折减因子区96%。

（2）光伏阵列的灰尘损耗。由于光伏组件上灰尘或积水造成的污染，经统计经常受雨水冲洗的光伏组件其影响平均在2-4%之间，无雨水冲洗较脏的光伏组件其影响平均在8-10%之间。本项目综合考虑折减系数取3%，即污染的折减因子取97%。

（3）逆变器的平均效率。目前并网光伏逆变器的平均效率为97.5%左右。

（4）光伏电站内用电、线损等能量损失。初步估算光伏阵列直流配电损耗约为3%。其配电综合损耗系数为97%。

（5）机组的可利用率。虽然太阳能电池的故障率极低，但定期检修及电网故障依然造成一定损失，损失系数取1%，光伏发电系统的可利用率为99%。

（6）太阳能电池板异性损耗3%，利用率97%。

（7）早晚不可利用辐射损失3%，利用率97%。

综合以上各折减系数，固定式多晶硅电池阵列系统的综合效率为80%。

3.4 年理论发电量计算

考虑系统20年输出衰减15.2%，即第20年发电量为1.53万kwh。由此可以计算出本工程20年平均利用小时数为1165.55h，平均年发电量1.36万kwh。假设项目装机容量为15kw。采用10kv接入电网，所发电量余额上网运行，分布式光伏综合电价为1.0元/kw。经测算，投资回收期为6.5年。

4 施工工艺

加油站安装工艺。

新建站安装工艺：站房建设时屋面预留光伏板基座，线路采用直流供电方式敷设，线路敷设结束后，屋面安装光伏板，配电房内安装配电柜及电池柜[3]。

存量站安装工艺：屋面新建光伏板基座，安装光伏板，合并原有线路，即可满足使用条件，无需重新敷设线路，同时延长了线路使用寿命，更换配电柜，其它无需改动。

储能柜容量可根据目标站停电频次，停电时间，所需续航时间来随意增加储能柜容量。

5 结论

太阳能光伏发电是国家鼓励开发和利用的可再生资源之一，加油站智慧供电系统将光伏发电、智慧控制与加油站现状融为一体，在解决了加油站用电问题及隐患的前提下，实现了节能、环保、智慧的用电环境。为我公司实现降本增效做出贡献，综上，本项目具备较高的可行性。