淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲(chǔ)能電站建設(shè)解決方案

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 隨著海上油氣田的不斷開發(fā)，其電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性面臨著諸多挑戰(zhàn)。分布式儲(chǔ)能電站的建設(shè)為解決這些問題提供了有效途徑。本文分析了海上油氣田電網(wǎng)的特點(diǎn)及對(duì)儲(chǔ)能的需求，探討了分布式儲(chǔ)能電站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，包括儲(chǔ)能技術(shù)選型、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、能量管理系統(tǒng)等方面，并提出了一套可行的建設(shè)解決方案，旨在提升海上油氣田電網(wǎng)的運(yùn)行性能，保障油氣生產(chǎn)的高效穩(wěn)定進(jìn)行。

2.1.1負(fù)荷特性復(fù)雜：海上油氣田的生產(chǎn)過程包括鉆井、采油、油氣處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)的設(shè)備運(yùn)行規(guī)律不同，導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)頻繁且幅度較大。例如，鉆井作業(yè)時(shí)大功率設(shè)備的啟動(dòng)會(huì)造成瞬間的高負(fù)荷沖擊。

2.1.2供電可靠性要求高：油氣生產(chǎn)一旦中斷，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能引發(fā)安全事故。因此，電網(wǎng)必須具備高度的可靠性，能夠在各種故障情況下持續(xù)穩(wěn)定供電。

2.1.3空間有限：海上平臺(tái)空間局促，這就要求電網(wǎng)及相關(guān)設(shè)備在滿足功能需求的同時(shí)，盡可能地節(jié)省空間。

2.2.1削峰填谷：通過儲(chǔ)能系統(tǒng)在負(fù)荷低谷時(shí)充電，負(fù)荷高峰時(shí)放電，平滑負(fù)荷曲線，減輕電網(wǎng)的供電壓力，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率。

2.2.2應(yīng)急備用電源：在電網(wǎng)發(fā)生故障或主電源中斷時(shí)，儲(chǔ)能電站能夠迅速提供電力，保障關(guān)鍵設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行，確保油氣生產(chǎn)的安全。

2.2.3可再生能源消納：隨著海上風(fēng)電等可再生能源在油氣田的應(yīng)用逐漸增加，儲(chǔ)能可有效解決可再生能源的間歇性和波動(dòng)性問題，促進(jìn)其穩(wěn)定接入電網(wǎng)。

3.1.1鋰離子電池：具有能量密度高、充放電效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適合海上油氣田的儲(chǔ)能需求。但其對(duì)溫度較為敏感，需要配備完善的熱管理系統(tǒng)。3.1.2鉛酸電池：技術(shù)成熟，成本相對(duì)較低，但能量密度較低，體積較大，在空間有限的海上平臺(tái)應(yīng)用有一定局限性。

3.1.2液流電池：具有功率和能量可獨(dú)立設(shè)計(jì)、壽命長等特點(diǎn)，但目前成本較高，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。綜合考慮，鋰離子電池在海上油氣田分布式儲(chǔ)能電站建設(shè)中具有較大優(yōu)勢(shì)，但需針對(duì)海上環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2.1儲(chǔ)能單元設(shè)計(jì)：根據(jù)所需儲(chǔ)能容量和功率，合理確定儲(chǔ)能單元的數(shù)量和規(guī)格。同時(shí)要考慮單元之間的連接方式，確保能量的高效傳遞和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2.2功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）：PCS 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間的電能轉(zhuǎn)換，其性能直接影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電效率和響應(yīng)速度。應(yīng)選擇高效、可靠的 PCS 設(shè)備，并進(jìn)行合理的參數(shù)配置。

3.2.3電池管理系統(tǒng)（BMS）：BMS 對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，包括電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，以確保電池的安全、可靠運(yùn)行，延長電池的使用壽命

3.3.1數(shù)據(jù)采集與分析：EMS 要能夠?qū)崟r(shí)采集儲(chǔ)能電站、電網(wǎng)以及負(fù)荷的相關(guān)數(shù)據(jù)，如功率、電量、電壓等，并進(jìn)行深入分析，為能量調(diào)度提供依據(jù)。

3.3.2能量調(diào)度策略：根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷情況、儲(chǔ)能狀態(tài)以及可再生能源的接入情況等，制定合理的能量調(diào)度策略，如削峰填谷策略、應(yīng)急備用策略等，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.3.3遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制：EMS 應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，使得操作人員在海上平臺(tái)或陸地控制中心能夠?qū)崟r(shí)掌握儲(chǔ)能電站的運(yùn)行情況，并進(jìn)行必要的操作和調(diào)整。

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(chǔ)能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級(jí)控制，滿足微電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

能耗分析；

智能預(yù)測(cè)；

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(diǎn)

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(duì)局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實(shí)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(chǔ)能設(shè)備、低充高放

（2）需量控制：能量儲(chǔ)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(shí)，儲(chǔ)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(yùn)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(bào)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(dòng)態(tài)擴(kuò)容、后備電源、平抑波動(dòng)、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(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計(jì)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(chǔ)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(chǔ)能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲(chǔ)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(yùn)行模式：峰谷模式、計(jì)劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計(jì)電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲(chǔ)能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對(duì)比圖，實(shí)時(shí)掌握儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)，識(shí)別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)(補(bǔ)貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及分析

光伏預(yù)測(cè)

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(bào)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(cè)方法。

時(shí)間分辨率：15min

超短期未來4h預(yù)測(cè)精度＞90%

短期未來72h預(yù)測(cè)精度＞80%

短期光伏功率預(yù)測(cè)

超短期光伏功率預(yù)測(cè)

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)管理

誤差統(tǒng)計(jì)計(jì)算

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預(yù)測(cè)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)，識(shí)別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)(補(bǔ)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(cè)

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及分析

充電樁系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運(yùn)行狀態(tài)；

統(tǒng)計(jì)各充電樁充電量、電費(fèi)等；

針對(duì)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(duì)整個(gè)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(cè)。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(cè)分析及錄波展示，并對(duì)電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.6設(shè)備選型

5結(jié)語

光儲(chǔ)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(duì)電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的細(xì)致優(yōu)化來實(shí)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(yùn)輸?shù)钠占?。一體化的能源服務(wù)建設(shè)模式將成為為建設(shè)綠色智能社會(huì)提供堅(jiān)實(shí)支撐的新能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)：

【1】《“十四五”科技創(chuàng)新與發(fā)展規(guī)劃》[R].中國海洋石油集團(tuán)有限公司，2020.7.

【2】GB/T51048-2014《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].中國計(jì)劃出版社，2018.

【3】GB/T42288-2022《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》[S].*家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.

【4】喻志友、勞景水、葉海賓、楊季平、徐偉.海上油氣田電網(wǎng)分布式儲(chǔ)能電站建設(shè)

【6】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版

作者簡介

張繼冬，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。