概要:随着农村经济不断发展,边远山区居民回村翻耕,出现新的用电需求,普遍特点为负荷零散、用电量少、距离电源点远、新建线路难度大,如何更经济、有效地解决用电问题值得探讨,文章阐述了“光伏+储能+柴油发电机”供电的微电网方案,其具备投资小、工期短、经济节约的特点,有效解决边远山区居民用电需求。
随着国家精准扶贫及建设新农村政策的推进,越来越多的乡村居民到偏远地区发展种植业,但由于边远山区地广人稀,电力负荷分布不均,相对集中在圩镇以及几个较大的村,大片山地以及林地远离电源点。要把线路延伸至客户用电地址,往往需要2~5 km 的线路,且道路多为山间崎岖小路,交通极为不便。如果直接进行低压延伸,电能质量、线路和计量的运维等问题接踵而来;如果进行中压延伸,也会产生立项周期长、投资大、线路及计量运维压力大等问题,很可能会出现1 台变压器只供1户低压农业种植户用电的情况,“大马拉小车”影响线损。
清远市清新区石潭镇中和村委会单竹洞村,是较为典型的粤北山区居住村落,位于石潭镇偏远山区,地广人稀,大部分居民已外出居住,但随着经济水平发展以及国家精准扶贫政策的支持,出现村民返耕发展种养殖业的情况,单竹洞村有用电报装需求的返耕居民7 户,其中长期居住的2 户,间隙性居住的5 户,距离电源点远,新建线路供电难度极大。
1 供电方案探讨
清新供电局石潭供电所在接到用电报装需求后,便开始探讨供电方案,相关设计单位对供电方案进行现场勘察。经测量,单竹洞村距离最近的0.4 kV电源点有4 km远,距10 kV线路最近点则有3.5 km。若使用0.4 kV 低压导线架设的方式进行供电,则无法保证电压质量;若使用架设10 kV 线路建设,沿途山势崎岖,道路不通,且为岩石地质,施工难度极大,建设成本极高,也不能及时满足用户急盼的用电需求,因此,清新供电局对该村的供电方案进行研讨,寻求有效、经济实用的供电方案。
针对该类型用户的用电性质及特点,组织多次讨论、现场调查,决定使“光伏+ 储能”的微电网模式供电。以负荷预测及用电性质为导向,经调查,居民用电设备以普通照明、电饭煲、电热水壶等电阻性单相负载为主,负载功率小于5 kW,每天用电量约6 kWh,采用6 kW光伏板+8.8 kWh磷酸铁锂储能电池的配置方案,能满足负荷使用要求,电池容量能保证1 天左右的用电;光伏发电以1 h 能充满6 kWh 为目标,光伏板配置6 kW,占地面积60 m2 左右,太阳能板的输出开路电压为120 V, 峰值功率点电压为97.8 V, 峰值电流为55.2 A。技术论证后,方案能满足单竹洞村7 户电能表共18 人的生活用电需求,而且光伏微网设备具备可搬迁至其他地方循环利用的条件。
2 方案深化完善
微电网模式供电,建设时间短,一个星期时间便已完成投运,看到村里点点灯光,供电人心里露出些许欣慰。通过一段时间的运行,光伏设备及电池可以完全满足居民用电,然而,光伏发电存在不稳定性,发电量容易受天气影响,当电池电量不能及时补充的情况下,便会出现停电,因此,如何提高村民用电的可靠性,使追求高质量供电服务的清新供电人再次陷入思考。在清远供电局对清新局的微电网使用研讨会上,首次提出了使用“光伏+储能+发电机”供电模式,创新应用于边远山区的供电服务,在解决零散负荷用电的同时确保供电可靠性,并在单竹洞村进行尝试。
优化措施确定后,清新供电局开展发电机选型及配置,拟增加1 台可一键启动的柴油发电机与储能设备连接,作为储能设备的交流输入来补充电池能量。发电机由上位机通过Modbus 通信协议控制,在长期弱光或者光照不足的条件下,上位机监测到电池容量偏低时,自动发送指令让柴油机开启,利用柴油发电对电池充电,完成充电后自动关闭,整个过程不需要人工干预,有效减少运维人员工作量。发电机选择户外安装设计,可以防雨,安装点距离户外柜5 m左右。
3 主要设备及技术参数
项目的主要设备及技术参数如表1、表2 所示。功能设置情况:电池容量低于20%时,将自动切换到发电机启动充电;发电机对电池充电,电池容量达到50%时发电机停止充电。存在负荷使用、电池放电、发电机发电同时运行的情况下,若负荷和充电总功率超过发电机的最大功率2.5 kW时,则发电机输出电压会拉低,当电压低于198 V时,发电机系统自动切换到离网模式,由电池放电。
表1 光伏储能系统
4 系统供电情况
光伏发电情况(数据抽取时间为2019 年6 月15日)如图1~3 所示。
图1 光伏发电功率表2 柴油机发电机系统
图2 电池电压情况
图3 用户用电量
根据抽取数据分析,由于夏季光照充足,光伏发电良好,6 月电池充电电量维持在较高水平,暂未发生容量不足而采用柴油发电的情况。光伏发电时间为6:00—19:00,充电功率最大值一般发生上午9:00,电池电量补充完成后便自动控制发电功率。在居民用电在晚上19:00 后,且用电量不大,完全可满足用电需求。
5 效益对比
采用“光伏+储能+柴油发电机”的供电方案,比常规线路建设投资更为节约。该村若以常规手段立项,为确保电压质量需要进行中压延伸,经设计出具的预算为83 万元,现采用微电网加低压线路延伸新模式,费用为36.88 万元,节省投资47 万元,而且当用户撤场时,设备可以回收再利用,达到绿色、智能、节约的要求。
方案实施周期短,可快速为居民提供电源。中压项目立项所需施工工期将近3 个月,微电网建设耗时点主要在设备运输及组装,仅需要一周时间,相对中压而言建设周期大大缩短。供电可靠性相对较高。中压线路故障影响线路跳闸,影响停电范围较大,而且山区地带故障查找及抢修耗时较长,根据用户用电情况,使用“光伏+储能+柴油发电机”供电模式相对稳定。
线路设备更便于运维。架设中压架空线路须考虑对地距离、树障、地形等问题,基本上跨山越岭、道路不通,日常运维十分困难,而“光伏+储能+柴油发电机”设备集中,建设点在路边,运维及故障处理较为容易。
END.