分布式能源電站在大慶油田的應用前景分析

柴清瑤

大慶油田設計院有限公司

目前我國的光伏產業正進入高速發展階段，截至2019 年，我國光伏電站累計裝機容量超過204.3 GWp，新增裝機已經連續六年全球第一[1]。2019 年中國分散式風電新增裝機容量為300 MW，同比增長114.8%，累計裝機容量達到935 MW，同比增長47.8%。

2018 年3 月23 日，國家能源局綜合司發布了關于征求《可再生能源電力配額及考核辦法(征求意見稿)》意見的函，可再生能源配額制正式走入電力發展中，成為可再生能源戰略發展的政策要求和重要支持。黑龍江省2020 年非水可再生能源消納和配額預期指標為22%[2]。同時，鼓勵清潔能源發電。

2019年5月，國家發改委及能源局印發的《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》中指出，黑龍江省至2020 年可再生能源電力總量消納責任權重需大于26%，對不達標的省市進行年度考核。

大慶油田作為產能大戶，同時又是耗能大戶[3]。2019 年大慶地區總用能1 060×104t(標煤)。大慶油田電網是全國最大的企業電網，電力供應需求總量大，且主要負責油田生產用電，負荷相對平穩，日間波動很小，最大供電負荷出現在年初和年末時間段（冬季）。2019年用電量為141×108kWh，其中生產用電119×108kWh，負荷使用情況如圖1所示。從圖1可以看出，油田的節能減排工作十分重要，因此利用閑置土地、廢棄站場、閑置井場建設小型分布式能源電站十分必要，可以為油田提供安全、穩定、可靠的電力能源保障，具有較好的經濟效益和社會效益。

圖1 2019年生產用電負荷示意圖Fig.1 Schematic diagram of prodaction power consumption in 2019

1 大慶油田的資源條件

大慶市位于黑龍江省西部，太陽能資源分布較為均勻。太陽能總輻射量為4 800～5 000 MJ/m2，全市各地區輻射量基本相同。太陽能直接輻射量在3 000 MJ/m2以上，東北部地區相對較低，在2 600～2 800 MJ/m2；其他地區相對較高，為2 800～3 000 MJ/m2。年日照小時數為2 700～2 842 h，市區附近最高，為2 700～2 842 h ；其次為市區周邊區域，為2 600～2 700 h；東北部區域較少，為2 400～2 500 h。年日照分布與太陽輻射分布基本一致，全年日照小時數為2 730.6 h，夏季最多，冬季最少[4]。

大慶地處敖古拉大風口，春秋風速偏大，冬夏風速較小，呈季風特征。年有效風速持續時間長，年平均風速3.8 m/s，個別地區在7 m/s 以上，年大于6級風日數為30天。全市可供開發風電資源總量在500×104kWh 以上，風能蘊藏量居黑龍江省西部首位。

大慶油田具有豐富的土地資源，既是油田生產建設的基本保障，也為新能源開發利用奠定了用地基礎。

大慶油田擁有分布廣闊的企業電網。供電范圍包括大慶油田、煉化企業生產區及所轄油田地區的工商業用戶與部分市政單位，用電設備分布較為分散，適合分散式風電和分布式光電的開發，具備新能源電力接入條件。

大慶油田每年的用電負荷穩定，預計到“十四五”末年生產用電將達到135×108kWh。穩定的用電負荷具備綠電就地消納的負荷條件。

2 應用場景分析

分布式能源電站依托于油田110 kV 變電站，利用油田自有閑置土地建設。電站以“自發自用，就地消納”為原則，其建設規模按照規范GB/T 33593—2017 《分布式電源并網技術要求》執行，發電容量不大于接入變電站（110 kV 變電站）的最小運行負荷[5]。以某作業區為例進行分析，其上級變電所2019 年最低運行負荷8.3 MW，暫定分布式光伏電站裝機規模為2.3 MW，分布式風電場裝機規模為6 MW。

2.1 分布式光伏電站

光伏電站系統設計電壓為1 500 V，選用某組件廠的540 Wp 單晶光伏組件、某逆變器廠的225 kW 組串式逆變器[6]，按太陽輻射的最佳傾角42°、方位角0°進行組件布置。利用PVsyst軟件模擬能量流圖，根據當地太陽能資源特點和氣候特征，并結合已有的經驗，測算出電站運營后的總體效率為82%。

在不考慮電池組件衰減時，年發電量約為356.1×104kWh。由于太陽電池組件的轉換效率呈逐年遞減狀態，因此隨著時間的推移，實際發電量不斷減少。依據“國家能源局、工業和信息化部、國家認監委關于提高主要光伏產品技術指標并加強監管工作的通知”：自2018 年1 月1 日起，新投產并網運行的光伏發電項目的光伏產品供應商應滿足《光伏制造行業規范條件》要求，即單晶組件一年內衰減率不高于3%，后續年內衰減率不高于0.7%，可計算出本項目20年平均年發電量為321.7×104kWh（表1）。

表1 20年發電量計算結果Tab.1 Calculation results of power generation in 20 years

2.2 分散式風電場

風電場采用目前主流風機，2 臺單機容量為3 MW 的風力發電機組，總容量為6 MW。

根據風電場測風資料和風機廠家提供的功率曲線，以及選定的機型和位置，采用WASP軟件計算理論發電量為2 963×104kWh/a。并針對尾流損失、空氣密度、湍流強度、葉片污染、風力發電機組利用率折減、功率曲線、線路損耗、氣候等因素作出修正后，綜合折減系數為74%。2臺風機預計年上網電量為2 195×104kWh。

2.3 消納分析

對該作業區供電一次變2019 年的用電數據進行分析，該變電站最小月平均負荷為8.3 MW。根據自發自用原則，確定裝機容量不大于該變電站的最小月平均負荷8.3 MW。

本著消納該變電站最低負荷的原則，本次風力發電站接入35 kV 側可以就地平衡35 kV 側負荷，不會返送至110 kV 側以增加變壓器損耗；光伏發電站接入該變電所6 kV 側可以就地平衡6 kV 側負荷。

本次新能源發電站所發電量可以完全在該變電站供電區域內進行消納，不會有盈余電力外送，符合電力就地平衡的經濟性要求，減少了電力遠距離輸送的線路損耗；且該變電站屬于終端變電站，此次新能源發電項目的接入使其有了一個可靠的電源支撐，在線路發生故障或者變壓器發生故障退出運行的情況下，可通過倒閘操作利用新能源電站保證一部分重要負荷的安全可靠供電，增加了電力供應的可靠性[7]。

2.4 替代效果

本工程建成后年發電量為2 516.7×104kWh，占該區域總用電量的29%。

風力發電站年發電量為2 195×104kWh，節約標煤2 697.6 t，CO2減排5 707 t。

光伏發電站年發電量為321.7×104kWh，節約標煤395.4 t，CO2減排836.4 t。

根據該地區2019年7月份用電負荷以及現有建成的風電、光伏項目的發電資料，模擬了該地區7月份光伏、風電功率特性曲線與用電負荷的關系（圖2），并形成替代效果餅狀圖（圖3）。

圖2 7月份用電量與發電量對比Fig.2 Comparison of electricity consumption and power generation in July

圖3 替代效果餅圖（2019年用電負荷）Fig.3 Pie chart of substitution effect(electricity load in 2019)

3 結束語

分布式新能源電站在油田的推廣應用，可以有效減少生產過程中的化石能源消耗，降低操作成本，提高凈化能源產量，具有良好的經濟效益，對提高油田開發盈利能力，提質增效、高質量發展具有重要的意義[8]。減少二氧化碳排放，實現能源產業綠色轉型、低碳發展，提升本企業的清潔能源占比，完成國家下達的可再生能源電力消納責任權重；構建清潔低碳、安全高效的能源體系，具有巨大的社會效益。

分布式電源電站的建設順應油田“十四五”新能源開發安排，其充分依托風、光等優勢綠色能源基礎，積極發展新能源業務，依托油田電網，形成分層、分布式格局，可實現大慶油田的高質量發展。