光伏储能控制系统节能环保技术在加油站的应用

光伏储能控制系统节能环保技术在加油站的应用

孙旭

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摘要：“十四五”期间，作为国有重要骨干能源企业，为中国石油积极响应“一基两翼三新”战略部署，着眼打造绿色洁净亮丽形象，全面提升环境保护水平。大力推动加氢、充电、分布式光伏发电示范工程建设，为实施绿色洁净战略保驾护航。和传统能源发电相比，光伏发电能够增加储能的功能，对于平衡电力电价、安全保电有非常重要的意义。当市电断电时，储能系统能够支撑电力正常运行。

关键词：光伏储能控制系统；节能环保；技术；加油站应用

1光伏发电储能控制存在的问题

1.1大量蓄电池对环境造成的污染是不可逆转的

电池严重污染环境。一个电池可以污染几十立方米的水。一些人甚至说，将废电池与生活垃圾一起处理可能会造成危害，比如日本的水俣病。一段5号废电池可以浪费一平方米的土地。如前所述，太阳能光伏发电的储能需要大量的存储介质，最常用的存储介质是锂电池。当然，锂电池储能非常方便，可以降低一定的能量损耗率。然而，不可忽视的问题是锂电池造成的环境污染。通过相关科研发现，锂电池的使用寿命不高，一旦使用和消耗，就不能再使用。此外，在现阶段，许多发电企业没有做好电池回收工作，导致大量化学电池流失到环境中，这将给自然环境带来不可逆转的破坏。

1.2光伏发电材料和高经济成本

首先是成本。事实上，光伏的成本仍然很高，而且使用寿命也很长。目前，光伏的使用寿命为25年。为了解决这两个问题，光伏基本上可以生存。我们来谈谈光伏未来的发展方向。我认为核心应该是新材料和新工艺。如果有一天有一种新的光伏材料，它可以取代外墙砖、屋顶瓦或人类屋顶的刚性层，具有良好的美观性，那么它的使用寿命可以延长到50年甚至更长。它可以成为建筑本身的一部分，不仅可以降低建筑本身的成本，还可以缓解国家能源危机，或者解决光伏道路的耐久性问题。这是目前的技术突破，光伏发电发展前景的根本问题是使用新型建筑材料，降低储能介质材料的制造成本。

2光伏储能控制系统建设组成方案

2.1基本原理

由储能系统、光伏发电系统和负载组成的多电源系统统一接入，采用快速开关实现快速切换和远程控制。

以加油站为例：

加油站屋顶面积780平方米，光伏板施工段利用面积400平方米，可铺设16块标准光伏板，光伏功率30千瓦，预计发电量2.9万千瓦时/年，推荐采用40千瓦光伏逆变器。

考虑到光伏逆变器产生的电能直接送至电网，脱硫价格为0.3元/kWh，自用峰价为1.4元/kWh，光伏发电应尽可能自用。

1）光伏发电量大于当地负荷。当储能电池容量小于90%时，储能系统吸收的光伏发电量与当地负荷之差；当储能电池充满时，光伏发电中超过当地负载的部分将被输送到电网。

2）当光伏功率小于当地负载功率时。当储能电池的容量超过20%时，储能系统提供本地负载和光伏发电之间的差异；当储能电池的容量小于20%时，电网提供本地负载和光伏发电之间的差额。

3）储能系统可针对峰谷差价设置“削峰填谷”功能。

设计和建设方案为采用一套储能系统、30KWp光伏发电系统、电能质量控制、能效监测和多电源系统能源管理系统组成的多电源系统，并随着负荷的增加扩大光伏和储能容量；系统可以灵活地关闭网络；通过平台实现远程数据显示、数据分析和报告；采用可视化触摸屏设计，界面友好，人机交互方便。它可以设置运行参数，实时显示系统状态和故障信息。设备支持ModbusRTU、ModbusTCP/IP等通信协议，可实现与后台的可靠通信，接收电网调度指令。

目前，多电源系统可以实现光伏、储能系统、模拟负载（预留功能接口）和柴油发电机（预留功能接口）等一次设备的互联。每台设备可单独控制，实现四个遥控。多电源系统能量管理系统可以实现多电源系统和节点的功率控制，快速平滑光伏和负荷变化引起的功率波动。接入电网的各种设备都能检测和记录多电源系统的工作状态。

多电源系统结构灵活，可实现不同分布式能源的组合，运行方式也可灵活设置。它可以用来研究不同类型的分布式电源的特性。

2.2多电源系统

2.2.1光伏部分

光伏部分以太阳能光伏发电为基础，满足光伏发电与建筑一体化的要求。基于可操作性和实用性原则，光伏发电主要考虑自用，剩余电量可用于互联网接入。光伏组件布局计划采用固定安装方式，并与建筑整合。这样可以确保建筑的整体美观。由于前期负荷较小，光伏可以逐步安装和实施。一期光伏组件可安装总功率约400kWp的装置，并采用高效双面发电单晶组件。1）对于分布式光伏系统，考虑到现有彩钢瓦雨棚的承重原因，结合北京石油的战略部署，将现有雨棚逐步改造为钢结构，使安装方式更加灵活安全。当雨棚下有埋地油箱时，油箱的通风管一般穿过雨棚，受防爆距离限制，不适合安装光伏组件。太阳能电池板的倾斜角度约为15°（根据实际测量进行调整）。2）构件支架采用热浸镀锌薄壁卷钢支架，并采用配重方案，不会损坏屋面防水。3）支架主体采用热浸镀锌薄壁卷钢，必须保证其结构强度高、抗风性强，可使用25年以上。主框架全部标准化、工业化生产（包括小型连接器和附件），采用不锈钢螺栓连接。4）光伏发电通过数据接口将设备运行状态、发电量等信息上传至供电系统和能源管理系统。5）为便于后期测试和监测，预留了辐照度、温度、风速、图像等数据监测接口。

2.2.2储能系统

建设一套10千瓦/30千瓦时的储能系统。储能电池单元由电池组（BP）、电池管理系统（BMS）、储能双向转换器（PCS）和主监控单元组成。储能电池采用高密度锂电池，具有安全可靠、循环寿命长、性价比高等特点。

2.3电池管理系统

“自动运行模式”的控制策略如下：

1）开机sbcu数量检测

sbau通电以检测到位的sbcu数量。当一组sbcu就位时，sbau允许全功率充电和放电。

2）通电总压差检测

sbau测试到位后，判断总压差。当电池组的最大总压和最小总压之间的压差小于“允许拉入电池组的最大总压差”时，BMS认为所有就地电池组的压差都很小，并且满足拉入继电器的条件，它将关闭所有sbcu主继电器和负极继电器，并进入预充电均衡过程。

当sbau检测到当前的总压差超过允许值时，sbau报告一个大的总压差故障，需要手动干预，关闭故障电池组或启用维护模式，并手动平衡电池组。

3）上电预充电均衡控制

当sbau执行预充电均衡控制时，首先控制所有sbcu并关闭预充电继电器。当sbcu检测到预充电电流小于1A，预充电时间大于5s，预充电前后的电压小于5V时，sbcu报告预充电完成。此时，在sbau检测到所有预充电完成后，它控制拉入主正极并断开预充电。

4）充放电管理

系统运行时，实时监控每个单元的电压和电池组的温度。根据电池系统状态评估可充放电的最大电流，并通过信息发送至PC。PCs根据最大充放电电流执行充放电操作（PCs控制充放电电流不能超过BMS要求的最大值）。

结论

传统能源和清洁能源的布局不仅是未来传统能源转型的基础，也是对绿色能源和环境保护的关注。在加油站上建设光伏发电，可以通过分布式光伏发电有效地提供清洁可再生的电能，同时减少二氧化碳排放。深化“光伏+储能”应用，可以优化能源结构。未来，按照集团“尽可能多装车、适度超前”的原则，加快光储一体化建设，使越来越多的加油站转型升级为“油、气、氢、电、非”综合能源服务商，践行新的发展理念，为更美好的生活注入绿色环保的新力量。

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