分布式能源电站在大庆油田的应用前景分析

柴清瑶

大庆油田设计院有限公司

目前我国的光伏产业正进入高速发展阶段，截至2019 年，我国光伏电站累计装机容量超过204.3 GWp，新增装机已经连续六年全球第一[1]。2019 年中国分散式风电新增装机容量为300 MW，同比增长114.8%，累计装机容量达到935 MW，同比增长47.8%。

2018 年3 月23 日，国家能源局综合司发布了关于征求《可再生能源电力配额及考核办法(征求意见稿)》意见的函，可再生能源配额制正式走入电力发展中，成为可再生能源战略发展的政策要求和重要支持。黑龙江省2020 年非水可再生能源消纳和配额预期指标为22%[2]。同时，鼓励清洁能源发电。

2019年5月，国家发改委及能源局印发的《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》中指出，黑龙江省至2020 年可再生能源电力总量消纳责任权重需大于26%，对不达标的省市进行年度考核。

大庆油田作为产能大户，同时又是耗能大户[3]。2019 年大庆地区总用能1 060×104t(标煤)。大庆油田电网是全国最大的企业电网，电力供应需求总量大，且主要负责油田生产用电，负荷相对平稳，日间波动很小，最大供电负荷出现在年初和年末时间段（冬季）。2019年用电量为141×108kWh，其中生产用电119×108kWh，负荷使用情况如图1所示。从图1可以看出，油田的节能减排工作十分重要，因此利用闲置土地、废弃站场、闲置井场建设小型分布式能源电站十分必要，可以为油田提供安全、稳定、可靠的电力能源保障，具有较好的经济效益和社会效益。

图1 2019年生产用电负荷示意图Fig.1 Schematic diagram of prodaction power consumption in 2019

1 大庆油田的资源条件

大庆市位于黑龙江省西部，太阳能资源分布较为均匀。太阳能总辐射量为4 800～5 000 MJ/m2，全市各地区辐射量基本相同。太阳能直接辐射量在3 000 MJ/m2以上，东北部地区相对较低，在2 600～2 800 MJ/m2；其他地区相对较高，为2 800～3 000 MJ/m2。年日照小时数为2 700～2 842 h，市区附近最高，为2 700～2 842 h ；其次为市区周边区域，为2 600～2 700 h；东北部区域较少，为2 400～2 500 h。年日照分布与太阳辐射分布基本一致，全年日照小时数为2 730.6 h，夏季最多，冬季最少[4]。

大庆地处敖古拉大风口，春秋风速偏大，冬夏风速较小，呈季风特征。年有效风速持续时间长，年平均风速3.8 m/s，个别地区在7 m/s 以上，年大于6级风日数为30天。全市可供开发风电资源总量在500×104kWh 以上，风能蕴藏量居黑龙江省西部首位。

大庆油田具有丰富的土地资源，既是油田生产建设的基本保障，也为新能源开发利用奠定了用地基础。

大庆油田拥有分布广阔的企业电网。供电范围包括大庆油田、炼化企业生产区及所辖油田地区的工商业用户与部分市政单位，用电设备分布较为分散，适合分散式风电和分布式光电的开发，具备新能源电力接入条件。

大庆油田每年的用电负荷稳定，预计到“十四五”末年生产用电将达到135×108kWh。稳定的用电负荷具备绿电就地消纳的负荷条件。

2 应用场景分析

分布式能源电站依托于油田110 kV 变电站，利用油田自有闲置土地建设。电站以“自发自用，就地消纳”为原则，其建设规模按照规范GB/T 33593—2017 《分布式电源并网技术要求》执行，发电容量不大于接入变电站（110 kV 变电站）的最小运行负荷[5]。以某作业区为例进行分析，其上级变电所2019 年最低运行负荷8.3 MW，暂定分布式光伏电站装机规模为2.3 MW，分布式风电场装机规模为6 MW。

2.1 分布式光伏电站

光伏电站系统设计电压为1 500 V，选用某组件厂的540 Wp 单晶光伏组件、某逆变器厂的225 kW 组串式逆变器[6]，按太阳辐射的最佳倾角42°、方位角0°进行组件布置。利用PVsyst软件模拟能量流图，根据当地太阳能资源特点和气候特征，并结合已有的经验，测算出电站运营后的总体效率为82%。

在不考虑电池组件衰减时，年发电量约为356.1×104kWh。由于太阳电池组件的转换效率呈逐年递减状态，因此随着时间的推移，实际发电量不断减少。依据“国家能源局、工业和信息化部、国家认监委关于提高主要光伏产品技术指标并加强监管工作的通知”：自2018 年1 月1 日起，新投产并网运行的光伏发电项目的光伏产品供应商应满足《光伏制造行业规范条件》要求，即单晶组件一年内衰减率不高于3%，后续年内衰减率不高于0.7%，可计算出本项目20年平均年发电量为321.7×104kWh（表1）。

表1 20年发电量计算结果Tab.1 Calculation results of power generation in 20 years

2.2 分散式风电场

风电场采用目前主流风机，2 台单机容量为3 MW 的风力发电机组，总容量为6 MW。

根据风电场测风资料和风机厂家提供的功率曲线，以及选定的机型和位置，采用WASP软件计算理论发电量为2 963×104kWh/a。并针对尾流损失、空气密度、湍流强度、叶片污染、风力发电机组利用率折减、功率曲线、线路损耗、气候等因素作出修正后，综合折减系数为74%。2台风机预计年上网电量为2 195×104kWh。

2.3 消纳分析

对该作业区供电一次变2019 年的用电数据进行分析，该变电站最小月平均负荷为8.3 MW。根据自发自用原则，确定装机容量不大于该变电站的最小月平均负荷8.3 MW。

本着消纳该变电站最低负荷的原则，本次风力发电站接入35 kV 侧可以就地平衡35 kV 侧负荷，不会返送至110 kV 侧以增加变压器损耗；光伏发电站接入该变电所6 kV 侧可以就地平衡6 kV 侧负荷。

本次新能源发电站所发电量可以完全在该变电站供电区域内进行消纳，不会有盈余电力外送，符合电力就地平衡的经济性要求，减少了电力远距离输送的线路损耗；且该变电站属于终端变电站，此次新能源发电项目的接入使其有了一个可靠的电源支撑，在线路发生故障或者变压器发生故障退出运行的情况下，可通过倒闸操作利用新能源电站保证一部分重要负荷的安全可靠供电，增加了电力供应的可靠性[7]。

2.4 替代效果

本工程建成后年发电量为2 516.7×104kWh，占该区域总用电量的29%。

风力发电站年发电量为2 195×104kWh，节约标煤2 697.6 t，CO2减排5 707 t。

光伏发电站年发电量为321.7×104kWh，节约标煤395.4 t，CO2减排836.4 t。

根据该地区2019年7月份用电负荷以及现有建成的风电、光伏项目的发电资料，模拟了该地区7月份光伏、风电功率特性曲线与用电负荷的关系（图2），并形成替代效果饼状图（图3）。

图2 7月份用电量与发电量对比Fig.2 Comparison of electricity consumption and power generation in July

图3 替代效果饼图（2019年用电负荷）Fig.3 Pie chart of substitution effect(electricity load in 2019)

3 结束语

分布式新能源电站在油田的推广应用，可以有效减少生产过程中的化石能源消耗，降低操作成本，提高净化能源产量，具有良好的经济效益，对提高油田开发盈利能力，提质增效、高质量发展具有重要的意义[8]。减少二氧化碳排放，实现能源产业绿色转型、低碳发展，提升本企业的清洁能源占比，完成国家下达的可再生能源电力消纳责任权重；构建清洁低碳、安全高效的能源体系，具有巨大的社会效益。

分布式电源电站的建设顺应油田“十四五”新能源开发安排，其充分依托风、光等优势绿色能源基础，积极发展新能源业务，依托油田电网，形成分层、分布式格局，可实现大庆油田的高质量发展。