淺談海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

安科瑞 陳聰

摘要：介紹了某油田群電網(wǎng)儲能電站示范項目建設(shè)情況，作為國內(nèi)*個海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站，建設(shè)過程不僅實現(xiàn)多項技術(shù)創(chuàng)新，同時具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有助于中海油響應(yīng)*家的雙碳發(fā)展目標(biāo)，加快能源轉(zhuǎn)型步伐，踐行綠色低碳戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：儲能電站 電網(wǎng) 安裝 調(diào)試

0引言

當(dāng)前中海油積*響應(yīng)*家的雙碳發(fā)展目標(biāo)，加快能源轉(zhuǎn)型步伐，踐行綠色低碳戰(zhàn)略。正在大力推進(jìn)清潔能源與傳統(tǒng)油氣業(yè)務(wù)的協(xié)同發(fā)展，推動燃?xì)獍l(fā)電和風(fēng)電、光伏等可再生電力一體化發(fā)展，探索發(fā)展海上風(fēng)電為海上油氣生產(chǎn)供電的開發(fā)模式，打造多能互補的綜合能源體系。

中海油積*貫徹集團(tuán)公司的發(fā)展要求，計劃在某油田群打造國內(nèi)*個集風(fēng)光儲一體綜合能源示范海上油田，到2025年實現(xiàn)“海上風(fēng)場+光伏+儲能+岸電”的全新供電模式，建成國內(nèi)外*個海上“零碳”供電示范油田，同時使油氣田細(xì)致用上綠色清潔電力[1]。2022年該油田陸地終端廠建設(shè)4.5MW光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)投用，邁出了綠色低碳發(fā)展的*一步，并且計劃2025年在油田新建2臺10MW分散式風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)光發(fā)電具有波動性，間歇性和隨機(jī)性的特點，對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此考慮通過配套儲能系統(tǒng)，平抑風(fēng)光發(fā)電出力，調(diào)節(jié)用電峰谷差，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1分布式儲能電站介紹

該油田群電網(wǎng)屬于孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過對油氣田用電負(fù)荷、光伏發(fā)電容量及未來接入的分散式風(fēng)機(jī)容量進(jìn)行校核分析，儲能電站容量建議采用5MW/10MWh，儲能電站作為一個獨立電站，由電網(wǎng)EMS系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。電網(wǎng)儲能電站的作用應(yīng)*先滿足終端光伏消納，同時兼做電網(wǎng)調(diào)頻電源，在事故狀態(tài)為電網(wǎng)提供電源支撐，在電網(wǎng)全黑工況時為電網(wǎng)提供黑啟動電源。

儲能電站容量采用5MW/10MWh，根據(jù)目前PCS設(shè)備技術(shù)發(fā)展水平，采用兩套2.5MW/5MWh功率單元并聯(lián)組合成5MW/10MW.h，功率單元升壓后并聯(lián)接入油氣田電網(wǎng)，儲能單元拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。采用功率單元并聯(lián)也有利于未來隨著油田電網(wǎng)的發(fā)展，裝機(jī)容量提高，系統(tǒng)熱備容量要求提高后，通過進(jìn)一步并聯(lián)功率單元，實現(xiàn)儲能電站的擴(kuò)容。

電網(wǎng)儲能電站*薦采用磷酸鐵鋰電池，充放電倍率0.5C。電池單體采用寧德時代3.2V280Ah磷酸鐵鋰電芯，每個電池艙共有5600個電芯。每16個電芯串聯(lián)組成一個電池模組（PACK），每個電池模組容量為14.3kWh，25個電池模組（PACK）串聯(lián)組成1個電池簇（RACK），每個電池簇容量為358.4kWh，電池艙內(nèi)共14個電池簇，每7個電池簇組串1個電池組（BMS），這7個電池簇（RACK）并聯(lián)后接入對應(yīng)逆變升壓艙的一臺1375kW儲能變流器（PCS）直流輸入端。

2儲能電站建設(shè)過程

2.1土建工程建設(shè)

本項目土建結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計內(nèi)容為兩個儲能電池集裝箱基礎(chǔ)和兩個儲能變流升壓一體機(jī)基礎(chǔ)及一個鋼結(jié)構(gòu)罩棚，罩棚結(jié)構(gòu)形式為輕型門式剛架。

罩棚基礎(chǔ)、儲能電池集裝箱基礎(chǔ)、儲能變流升壓一體機(jī)基礎(chǔ)單位面積荷載較小擬采用淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2m，基礎(chǔ)高出現(xiàn)有地坪面200mm，持力層為棕褐粉質(zhì)黏土，承載力特征值按190kPa考慮。集裝箱基礎(chǔ)采用C30混凝土，HRB400級鋼筋現(xiàn)澆；素混凝土設(shè)備基礎(chǔ)采用C40混凝土現(xiàn)澆；設(shè)備基礎(chǔ)外露部分抹20mm厚水泥砂漿面層；墊層采用100mm厚C15混凝土；土建工程結(jié)構(gòu)施工流程圖如圖2所示，現(xiàn)場施工圖片如圖3所示。

2.2儲能設(shè)備安裝及調(diào)試

2.2.1儲能設(shè)備運輸及吊裝

使用運輸車對需要安裝的儲能變流升壓模塊、箱式儲能電池模塊設(shè)備進(jìn)行拖運；廠區(qū)內(nèi)速度不得超過20km/h；拖運的設(shè)備需固定牢靠。

儲能變流升壓模塊、箱式儲能電池模塊等設(shè)備拖運到安裝位置后；將吊車開往既定地點，從水泥路往草地途中需要鋪上16mm厚的鋼板防止地基下沉；吊車就位后需要在4個支腿位置處墊上木方，避免起吊時過重導(dǎo)致支腿下沉；因箱式儲能電池模塊*重，達(dá)到56t，需要1臺200t吊車，作業(yè)半徑需要至少15m，可滿足要求，見圖4。

2.2.2儲能設(shè)備現(xiàn)場安裝及連接

提前清理基座及螺栓孔，按基礎(chǔ)上的安裝基準(zhǔn)線（*心標(biāo)記、水平標(biāo)記）對應(yīng)設(shè)備上的基準(zhǔn)測點進(jìn)行調(diào)整和測量及找正與找平，安裝前需確認(rèn)好安裝設(shè)備的方向，確保安裝方向正確。

儲能變流升壓模塊和箱式儲能電池模塊之間通過240V直流電纜進(jìn)行連接，儲能電站通過35kV高壓電纜連接到終端35kV系統(tǒng)開關(guān)柜并入潿洲電網(wǎng)，提前預(yù)鋪35kV主電纜并完成電纜打壓及絕緣測試，然后連接至儲能集裝箱設(shè)備。

2.2.3調(diào)試及試運行

配合廠家完成儲能電池集裝箱及變流升壓模塊單機(jī)調(diào)試，連接完成后，進(jìn)行儲能電站整體調(diào)試及驗收。

調(diào)試驗收標(biāo)準(zhǔn)：儲能電站以額定功率進(jìn)行三次充放電，連續(xù)并網(wǎng)試運行72小時[2]。

2.3配套工程

2.3.1安防監(jiān)控

在儲能電站罩棚周圍設(shè)置兩個*用監(jiān)控攝像頭，監(jiān)控信號接入終端廠區(qū)安防系統(tǒng)，將儲能電站納入廠區(qū)集中監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)置有匯集箱，監(jiān)控視頻探頭均接入現(xiàn)場匯集箱。新增攝像頭電纜通過埋地方式走線，穿過路段使用Φ50mm的鍍鋅鋼管保護(hù)。

2.3.2消防工程

儲能電站集裝箱設(shè)置獨立的火災(zāi)探測控制器，箱體內(nèi)安裝煙熱探測器，與氣體滅火系統(tǒng)聯(lián)動。箱體外設(shè)手動火災(zāi)報警按鈕和手動氣體釋放按鈕。

每個鋰電池集裝箱外放置一個1m3的消防砂池，按照嚴(yán)重危險等級還配置4具M(jìn)FT/ABC50（推車式磷酸銨鹽干粉滅火器）和4具M(jìn)F/ABC8（手提式磷酸銨鹽干粉滅火器）進(jìn)行消防保護(hù)。

2.3.3照明

儲能電站用電負(fù)荷包括集裝箱內(nèi)負(fù)荷和場地負(fù)荷。場地負(fù)荷包括場地上的照明負(fù)荷。儲能電站罩棚內(nèi)擬采用LED工作燈吊裝方式。燈具采用時鐘、光控等自動控制方式。儲能電站輔助用電總

負(fù)荷預(yù)估為50kW，采用380/220V，供電系統(tǒng)的接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)。

2.3.4防雷接地及絕緣配合

對所有要求接地部分（如交流升壓模塊箱、電池集裝箱、35kV開關(guān)柜及其他電氣設(shè)備）均應(yīng)可靠地接地，電池集裝箱及變流升壓模塊箱均為金屬外殼，利用其金屬殼體作為防雷接閃器并將其外殼與接地網(wǎng)可靠焊接，形成直擊雷保護(hù)。本次在儲能站區(qū)域建設(shè)以水平接地體為主，輔以垂直接地體的人工復(fù)合接地網(wǎng)，埋深為0.8m。新建接地網(wǎng)與汽輪機(jī)廠區(qū)設(shè)備房接地網(wǎng)相連，保證本站地網(wǎng)接地電阻小于4歐。

3儲能電站運行效果評估

潿洲電網(wǎng)儲能電站建設(shè)成功后，在擺脫光伏“靠天吃飯”，為電網(wǎng)削峰填谷、度夏保供的同時，電網(wǎng)可以減少1~2臺在線透平發(fā)電機(jī)組數(shù)量，通過“削峰填谷”實現(xiàn)在網(wǎng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)帶載率提高5%至10%，每年將節(jié)省9200噸標(biāo)準(zhǔn)煤能耗，減少二氧化碳排放18400噸。儲能電站的投用可有效平抑潿洲終端分布式光伏電站波動，提升電網(wǎng)調(diào)峰能力和新能源消納能力，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支撐，也是該油田群電網(wǎng)構(gòu)建綠色多能互補電網(wǎng)、智慧電網(wǎng)的重要組成部分。

3.1海上油田群微電網(wǎng)儲能控制及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

儲能電站根據(jù)運行實時工況，全自動化進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)電網(wǎng)觸發(fā)機(jī)組故障跳機(jī)時滿功率釋放電網(wǎng)，避免設(shè)備脫扣停電，同時能夠根據(jù)電網(wǎng)熱備情況進(jìn)行有功、無功、頻率等控制，提升海上油田群微電網(wǎng)運行的可靠性。

3.2 儲能電站海上微電網(wǎng)黑啟動控制技術(shù)

配置了虛擬同步機(jī)技術(shù)，具備獨立建網(wǎng)功能，實現(xiàn)零壓構(gòu)網(wǎng)，能通過儲能實現(xiàn)潿洲電網(wǎng)的黑啟動功能。

該電站取代了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)，可配合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)實現(xiàn)黑啟動，有效避免柴油發(fā)電機(jī)組工作時產(chǎn)生的溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色供電。

4安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視細(xì)致化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益*大化。

4.1主要功能

實時監(jiān)測；

能耗分析；

智能預(yù)測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟(jì)調(diào)度；

需求響應(yīng)。

4.2系統(tǒng)特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟(jì)性；

降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷*高匹配效能。

4.3相關(guān)控制策略

1）削峰填谷：配合儲能設(shè)備、低充高放

2）需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

3）備用電源

4）柔性擴(kuò)容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負(fù)載用能要求

4.4核心功能

1）多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：ModbusTCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、*三方協(xié)議定制等。

2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設(shè)定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

4）智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴(kuò)容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護(hù)等策略，保障用戶的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

5）全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護(hù)等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入。

4.5系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

光伏預(yù)測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預(yù)報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預(yù)測精度＞90%

短期未來72h預(yù)測精度＞80%

短期光伏功率預(yù)測

超短期光伏功率預(yù)測

數(shù)值天氣預(yù)報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預(yù)測數(shù)據(jù)人機(jī)界面

風(fēng)電監(jiān)控

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風(fēng)力/風(fēng)速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進(jìn)行故障告警；

根據(jù)用電負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測。

4.6設(shè)備選型

5結(jié)語

光儲充一體化充電站應(yīng)用綜合能源服務(wù)建設(shè)模式意義重大。清潔、*效、可靠的能源服務(wù)可以通過對電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的細(xì)致優(yōu)化來實現(xiàn)。未來,綜合能源服務(wù)將隨著清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新而進(jìn)一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達(dá)到碳中和目標(biāo),促進(jìn)新能源運輸?shù)钠占啊Ｒ惑w化的能源服務(wù)建設(shè)模式將成為為建設(shè)綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)：

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