探析海上油氣田電網分布式儲能電站建設解決方案

0引言

當前中海油積*響應*家的雙碳發展目標，加快能源轉型步伐，踐行綠色低碳戰略。正在大力推進清潔能源與傳統油氣業務的協同發展，推動燃氣發電和風電、光伏等可再生電力一體化發展，探索發展海上風電為海上油氣生產供電的開發模式，打造多能互補的綜合能源體系。

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

1分布式儲能電站介紹

該油田群電網屬于孤立微電網系統，通過對油氣田用電負荷、光伏發電容量及未來接入的分散式風機容量進行校核分析，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EMS系統統一協調控制。電網儲能電站的作用應*先滿足終端光伏消納，同時兼做電網調頻電源，在事故狀態為電網提供電源支撐，在電網全黑工況時為電網提供黑啟動電源。

儲能電站容量采用5MW/10MWh，根據目前PCS設備技術發展水平，采用兩套2.5MW/5MWh功率單元并聯組合成5MW/10MW.h，功率單元升壓后并聯接入油氣田電網，儲能單元拓撲示意圖如圖1所示。采用功率單元并聯也有利于未來隨著油田電網的發展，裝機容量提高，系統熱備容量要求提高后，通過進一步并聯功率單元，實現儲能電站的擴容。

電網儲能電站*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）串聯組成1個電池簇（RACK），每個電池簇容量為358.4kWh，電池艙內共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）并聯后接入對應逆變升壓艙的一臺1375kW儲能變流器（PCS）直流輸入端。

2儲能電站建設過程

2.1土建工程建設

本項目土建結構的主要設計內容為兩個儲能電池集裝箱基礎和兩個儲能變流升壓一體機基礎及一個鋼結構罩棚，罩棚結構形式為輕型門式剛架。

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

2.2儲能設備安裝及調試

2.2.1儲能設備運輸及吊裝

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備進行拖運；廠區內速度不得超過20km/h；拖運的設備需固定牢靠。

儲能變流升壓模塊、箱式儲能電池模塊等設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，避免起吊時過重導致支腿下沉；因箱式儲能電池模塊*重，達到56t，需要1臺200t吊車，作業半徑需要至少15m，可滿足要求，見圖4。

2.2.2儲能設備現場安裝及連接

提前清理基座及螺栓孔，按基礎上的安裝基準線（*心標記、水平標記）對應設備上的基準測點進行調整和測量及找正與找平，安裝前需確認好安裝設備的方向，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直流電纜進行連接，儲能電站通過35kV高壓電纜連接到終端35kV系統開關柜并入潿洲電網，提前預鋪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備。

2.2.3調試及試運行

配合廠家完成儲能電池集裝箱及變流升壓模塊單機調試，連接完成后，進行儲能電站整體調試及驗收。調試驗收標準：儲能電站以額定功率進行三次充放電，連續并網試運行72小時[2]。

2.3配套工程

2.3.1安防監控

在儲能電站罩棚周圍設置兩個*用監控攝像頭，監控信號接入終端廠區安防系統，將儲能電站納入廠區集中監控系統。監控系統在現場設置有匯集箱，監控視頻探頭均接入現場匯集箱。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。

2.3.2消防工程

儲能電站集裝箱設置獨立的火災探測控制器，箱體內安裝煙熱探測器，與氣體滅火系統聯動。箱體外設手動火災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，按照嚴重危險等級還配置4具MFT/ABC50（推車式磷酸銨鹽干粉滅火器）和4具MF/ABC8（手提式磷酸銨鹽干粉滅火器）進行消防保護。

2.3.3照明

儲能電站用電負荷包括集裝箱內負荷和場地負荷。場地負荷包括場地上的照明負荷。儲能電站罩棚內擬采用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荷預估為50kW，采用380/220V，供電系統的接地型式采用TN-C-S系統。

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開關柜及其他電氣設備）均應可靠地接地，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可靠焊接，形成直擊雷保護。本次在儲能站區域建設以水平接地體為主，輔以垂直接地體的人工復合接地網，埋深為0.8m。新建接地網與汽輪機廠區設備房接地網相連，保證本站地網接地電阻小于4歐。

3儲能電站運行效果評估

潿洲電網儲能電站建設成功后，在擺脫光伏“靠天吃飯”，為電網削峰填谷、度夏保供的同時，電網可以減少1~2臺在線透平發電機組數量，通過“削峰填谷”實現在網燃氣輪機發電機帶載率提高5%至10%，每年將節省9200噸標準煤能耗，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，提升電網調峰能力和新能源消納能力，是構建以新能源為主體的新型電力系統的重要支撐，也是該油田群電網構建綠色多能互補電網、智慧電網的重要組成部分。

3.1海上油田群微電網儲能控制及應用關鍵技術

儲能電站根據運行實時工況，全自動化進行響應，當電網觸發機組故障跳機時滿功率釋放電網，避免設備脫扣停電，同時能夠根據電網熱備情況進行有功、無功、頻率等控制，提升海上油田群微電網運行的可靠性。

3.2?儲能電站海上微電網黑啟動控制技術

配置了虛擬同步機技術，具備獨立建網功能，實現零壓構網，能通過儲能實現潿洲電網的黑啟動功能。該電站取代了傳統柴油發電機，可配合燃氣輪機發電機實現黑啟動，有效避免柴油發電機組工作時產生的溫室氣體排放，實現綠色供電。

4安科瑞微電網能量管理系統

Acrel-2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級控制，滿足微電網運行監視細致化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，實現能源效益、經濟效益和環境效益*大化。

4.1主要功能

實時監測；

能耗分析；

智能預測；

協調控制；

經濟調度；

需求響應。

4.2系統特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經濟性；

降低充電設備對局部電網的沖擊；

降低站內配電變壓器容量；

實現源荷*高匹配效能。

4.3相關控制策略

1）削峰填谷：配合儲能設備、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

4.4核心功能

1）多種協議

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

2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。

4）智能策略

系統支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經濟性與安全性。

5）全量監控

覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監制，實現環境、安防、消防、視頻監控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

4.5系統功能

系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環境等。

儲能監控

系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節能減排數據；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統計電量、收益等數據；

儲能系統功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統的整體運行水平。

光伏監控

光伏系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警

逆變器及電站發電量統計及分析

并網柜電力監測及發電量統計

電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；

發電收益統計(補貼收益、并網收益)

輻照度/風力/環境溫濕度監測

并網電能質量監測及分析

光伏預測

以海量發電和環境數據為根源，以高精度數值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質BP、LSTM神經網絡光功率預測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預測精度＞90%

短期未來72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數值天氣預報管理

誤差統計計算

實時數據管理

歷史數據管理

光伏功率預測數據人機界面

風電監控

風力發電系統總出力情況

逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警

逆變器及電站發電量統計及分析

并網柜電力監測及發電量統計

電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；

發電收益統計(補貼收益、并網收益)

風力/風速/氣壓/環境溫濕度監測

并網電能質量監測及分析

充電樁系統

實時監測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態；

統計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據用電負荷柔性調節充電功率。

電能質量

對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

4.6設備選型

5結語

光儲充一體化充電站應用綜合能源服務建設模式意義重大。清潔、*效、可靠的能源服務可以通過對電池、管理系統系統的細致優化來實現。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術的不斷創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,促進新能源運輸的普及。一體化的能源服務建設模式將成為為建設綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

參考文獻：

【1】《“十四五”科技創新與發展規劃》[R].中國海洋石油集團有限公司，2020.7.

【2】GB/T51048-2014《電化學儲能電站設計規范》[S].中國計劃出版社，2018.

【3】GB/T42288-2022《電化學儲能電站安全規程》[S].*家市場監督管理總局.

【4】喻志友、勞景水、葉海賓、楊季平、徐偉.海上油氣田電網分布式儲能電站建設

【6】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版