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淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

瀏覽次數(shù):165更新時間:2024-11-12

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)的特點及對儲能的需求,探討了分布式儲能電站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù),包括儲能技術(shù)選型、系統(tǒng)集成設(shè)計、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)的運行性能,保障油氣生產(chǎn)的高效穩(wěn)定進行。

1引言
海上油氣田在全球能源供應(yīng)中占據(jù)著重要地位。其電網(wǎng)系統(tǒng)負責為各類油氣生產(chǎn)設(shè)備、生活設(shè)施等提供電力支持。然而,海上油氣田電網(wǎng)面臨著諸如負荷波動大、供電可靠性要求高、可再生能源接入等問題。分布式儲能電站能夠在能量存儲與釋放方面發(fā)揮關(guān)鍵作用,有效改善電網(wǎng)的運行狀況,因此研究其建設(shè)解決方案具有重要的現(xiàn)實意義。
2海上油氣田電網(wǎng)特點及對儲能的需求
2.1電網(wǎng)特點

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

2.1.2供電可靠性要求高:油氣生產(chǎn)一旦中斷,不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失,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,盡可能地節(jié)省空間。

2.2對儲能的需求

2.2.1削峰填谷:通過儲能系統(tǒng)在負荷低谷時充電,負荷高峰時放電,平滑負荷曲線,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,儲能電站能夠迅速提供電力,保障關(guān)鍵設(shè)備的持續(xù)運行,確保油氣生產(chǎn)的安全。

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

3分布式儲能電站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)
3.1儲能技術(shù)選型

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,適合海上油氣田的儲能需求。但其對溫度較為敏感,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,成本相對較低,但能量密度較低,體積較大,在空間有限的海上平臺應(yīng)用有一定局限性。

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

3.2系統(tǒng)集成設(shè)計

3.2.1儲能單元設(shè)計:根據(jù)所需儲能容量和功率,合理確定儲能單元的數(shù)量和規(guī)格。同時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 負責實現(xiàn)儲能電池與電網(wǎng)之間的電能轉(zhuǎn)換,其性能直接影響儲能系統(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,并進行合理的參數(shù)配置。

3.2.3電池管理系統(tǒng)(BMS):BMS 對儲能電池進行實時監(jiān)測和管理,包括電池的電壓、電流、溫度等參數(shù),以確保電池的安全、可靠運行,延長電池的使用壽命

3.3能量管理系統(tǒng)(EMS)

3.3.1數(shù)據(jù)采集與分析:EMS 要能夠?qū)崟r采集儲能電站、電網(wǎng)以及負荷的相關(guān)數(shù)據(jù),如功率、電量、電壓等,并進行深入分析,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)的負荷情況、儲能狀態(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,實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的運行。

3.3.3遠程監(jiān)控與控制:EMS 應(yīng)具備遠程監(jiān)控和控制功能,使得操作人員在海上平臺或陸地控制中心能夠?qū)崟r掌握儲能電站的運行情況,并進行必要的操作和調(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、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(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,完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行,實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(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

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

(1)削峰填谷:配合儲能設(shè)備、低充高放

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

(2)需量控制:能量儲存、充放電功率跟蹤

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

(3)備用電源

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略,保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

(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、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況,體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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)人機界面

風電監(jiān)控

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

風力發(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)

風力/風速/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)

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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;

針對異常信息進行故障告警;

根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

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)進行監(jiān)測分析及錄波展示,并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

4.6設(shè)備選型

 

淺聊海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站建設(shè)解決方案

 

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)新而進一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達到碳中和目標,促進新能源運輸?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:

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

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

【3】GB/T42288-2022《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》[S].*家市場監(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)分布式儲能電站建設(shè)

【6】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.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。

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