光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)在客運(yùn)碼頭的應(yīng)用

張光偉　徐施翮

摘 要：客運(yùn)旅游碼頭最大的耗電項(xiàng)目是夜間照明及景觀亮化，利用光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)可有效降低碼頭建造及運(yùn)營成本，同時(shí)顯著提高節(jié)能減排效率。

關(guān)鍵詞：光伏供電 并網(wǎng) 客運(yùn)碼頭 太陽能 節(jié)能減排

武漢國博中心是中西部最大、全國第三大的展覽場(chǎng)館。武漢國博客運(yùn)碼頭位于國博中心后方江灘，主要功能是為日常輪渡客運(yùn)、大型展會(huì)期間游客疏散及水上旅游觀光。該碼頭采用浮碼頭結(jié)構(gòu)型式，前沿設(shè)兩艘靠泊躉船，通過活動(dòng)鋼引橋及固定架空觀景長(zhǎng)廊與國博中心平臺(tái)連接。因碼頭位于國博中心景觀帶，夜間照明及亮化要求均較高，照明及亮化用電負(fù)荷也較大，采用傳統(tǒng)岸電供電方式設(shè)備投資較大，碼頭長(zhǎng)期運(yùn)營成本也較高。

而武漢地區(qū)太陽能資源豐富，且太陽能在轉(zhuǎn)換過程中不會(huì)產(chǎn)生危及環(huán)境的污染，設(shè)備投資不高，運(yùn)營過程中轉(zhuǎn)換的電能在自用富余的情況下可外賣產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本碼頭照明及亮化采用了光伏并網(wǎng)供電。

光伏供電特點(diǎn)

美觀和諧。太陽能光伏組件安裝不會(huì)破壞躉船安全性能，與躉船建筑合為一體，不影響建筑外觀。安裝后躉船整體效果可視性強(qiáng)，使游客可直接感受到太陽能綠色照明的科技效果。

功能性強(qiáng)。太陽能光伏供電系統(tǒng)可為躉船照明亮化燈具、小功率電器供電，滿足日常照明用電需求，其景觀支架還可起到遮風(fēng)、遮陽或擋雨的作用。

安全可靠。此系統(tǒng)采用光、電互補(bǔ)供電方式：光、電互補(bǔ)系統(tǒng)可做到穩(wěn)定、正常的供電，在任何惡劣的天氣下都可以保證正常供電需求并且該系統(tǒng)具有良好的兼容性，整個(gè)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)全部自動(dòng)化控制，無需人員看管；保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

示范效果。躉船采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)既能展示太陽能光伏景觀一體化合理運(yùn)用，又能起到宣傳清潔能源、加強(qiáng)市民的環(huán)保意識(shí)的作用，體現(xiàn)兩型社會(huì)的發(fā)展需求，保證水上資源可持續(xù)性發(fā)展。

合理利用資源。風(fēng)力與太陽能同屬新能源開發(fā)的范疇，但長(zhǎng)江武漢段屬于風(fēng)力資源相對(duì)貧乏地區(qū)，投資回報(bào)率小。綜合考慮投資成本因素，不建議采用風(fēng)能發(fā)電，而采用投資回報(bào)率高的太陽能為當(dāng)前新能源發(fā)展的趨勢(shì)。水上環(huán)境建筑物遮擋較少，光電轉(zhuǎn)換利用效率大大提高。

光伏供電方案選擇

一般太陽能光伏供電系統(tǒng)可分為離網(wǎng)供電系統(tǒng)和并網(wǎng)供電系統(tǒng)。

光伏離網(wǎng)供電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池和充放電控制器以及離網(wǎng)逆變器組成，太陽能充放電控制器對(duì)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲(chǔ)存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池。

光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)是將光伏陣列產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲(chǔ)能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負(fù)載的電源，降低整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。同時(shí)，可再生能源并網(wǎng)系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。

為確定本項(xiàng)目選擇何種供電系統(tǒng)，我們從以下幾個(gè)方面對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析：①安裝及使用成本。與并網(wǎng)系統(tǒng)相比，離網(wǎng)系統(tǒng)中需增設(shè)蓄電池和充放電控制器，成本相對(duì)較高，一般同功率離網(wǎng)系統(tǒng)報(bào)價(jià)是并網(wǎng)系統(tǒng)報(bào)價(jià)的1.5倍以上。同時(shí)，蓄電池使用壽命較短，一般在3～5年左右，更換電池成本較高。另外離網(wǎng)系統(tǒng)日常維護(hù)工作量及費(fèi)用均較并網(wǎng)系統(tǒng)高。②發(fā)電及使用效率。離網(wǎng)系統(tǒng)的蓄電池在電量充滿后，電池板所發(fā)電力將會(huì)大部分被浪費(fèi)，既達(dá)不到節(jié)能的目的，又降低了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率。而并網(wǎng)系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器最大效率較高（可達(dá)到 97%），多余的電量可向電網(wǎng)傳輸產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；并網(wǎng)系統(tǒng)中省去了充放電控制器、蓄電池，從而也不用考慮其損失的效率。③系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。并網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命為25年，而離網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為8～10年。在較短的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，在可靠性方面也有所區(qū)別。離網(wǎng)系統(tǒng)部件較多，故障點(diǎn)相應(yīng)增加，降低了可靠性，且蓄電池的性能會(huì)隨著使用時(shí)間有所下降；市電互補(bǔ)系統(tǒng)雖然能夠提高系統(tǒng)在陰雨天氣或故障情況下的可靠性，但其切換時(shí)對(duì)負(fù)載及設(shè)備本身造成的沖擊也是系統(tǒng)故障的重要誘因。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)沒有任何儲(chǔ)能和切換單元，電力是由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)配，且設(shè)備始終自動(dòng)調(diào)控在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)行，性能穩(wěn)定，可靠性高。④環(huán)保性。相對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)而言，離網(wǎng)系統(tǒng)中需要使用蓄電池對(duì)產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，蓄電池大量使用原材料金屬鉛，蓄電池廢棄處理不當(dāng)時(shí)可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，而并網(wǎng)系統(tǒng)不存在這種污染風(fēng)險(xiǎn)。

綜合以上幾點(diǎn)，本項(xiàng)目選擇了光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)方案

在旅游觀光躉船上安裝一套獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，共安裝255Wp多晶硅光伏組件160塊，總裝機(jī)功率共計(jì)約40KWp，使用2臺(tái)20KW/AC380V并網(wǎng)逆變器，并配置相應(yīng)配套監(jiān)控系統(tǒng)。通過太陽能光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過并網(wǎng)控制系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為交流電并入躉船局域電網(wǎng)供給躉船負(fù)載使用，余電并網(wǎng)。光伏并網(wǎng)電氣主接線圖如圖1所示。

太陽能光伏組件通過支架安裝在躉船頂棚上，采用陣列式安裝，角度10～15°，支架地腳與躉船頂棚頂面直接焊接。躉船光伏建筑一體化既美觀大方又具有很好的防風(fēng)能力，十分適合躉船的自然環(huán)境。光伏陣列安裝布置如圖1所示。

節(jié)能減排效果

該工程躉船光伏系統(tǒng)使用太陽能電池板總功率為40000Wp，電費(fèi)按1.48元/度計(jì)算，其節(jié)能減排指標(biāo)如下：

由上表可以看出，與傳統(tǒng)岸電供電相比，本項(xiàng)目采用并網(wǎng)供電系統(tǒng)節(jié)能減排效果非常顯著。而系統(tǒng)投資成本也相對(duì)于傳統(tǒng)岸電供電更低。

結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境被破壞的代價(jià)，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，群眾對(duì)環(huán)境污染問題反應(yīng)尤為強(qiáng)烈。太陽能作為可再生新型能源，有“取之不盡、用之不竭”的優(yōu)勢(shì)，太陽能發(fā)電過程無任何有害物質(zhì)的排放、零噪聲，作為綠色安全型新能源，為國家倡行節(jié)能減排、新能源開發(fā)政策起到積極的推動(dòng)作用，太陽能光伏并網(wǎng)供電在水運(yùn)行業(yè)尤其是客運(yùn)碼頭領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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（作者單位：中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）endprint