分布式光伏在上海國家會展中心節(jié)能改造中的應(yīng)用

高文偉，李慶來，賀青龍，邱慧芳[.上海東浩蘭生國際服務(wù)貿(mào)易（集團(tuán)）有限公司，上?！?0040；.上海東浩諾蘭生智慧科技有限公司，上?！?007]

近年來，中國光伏裝機(jī)容量逐年增長，見圖1。截至2016 年底，上海市光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量已突破 30萬kW，項(xiàng)目涵蓋工廠、商業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校、家庭等。在上海開展太陽能光伏工程項(xiàng)目過程中，也經(jīng)常受到以下一些條件限制：土地資源緊張；高樓林立，空間條件限制；擁有屋頂產(chǎn)權(quán)的業(yè)主積極性不高；光伏項(xiàng)目合同期長，容易發(fā)生業(yè)主變更等情況；項(xiàng)目建設(shè)投資方融資困難。盡管受種種因素限制，但考慮到上海國家會展中心屋頂面積大、周邊遮擋少、平均電價貴、節(jié)能服務(wù)公司資金雄厚等眾多優(yōu)勢，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目必將為后續(xù)節(jié)能減排工作起到示范作用。

圖1　中國光伏裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)

1　光伏系統(tǒng)分類、構(gòu)成及運(yùn)行方式

1.1　光伏發(fā)電工程分類

目前上網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電工程的形式主要有：光伏建筑一體化(BIPV)、地面太陽能發(fā)電場、屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)(BAPV)。

(1) 光伏建筑一體化。光伏發(fā)電系統(tǒng)以建筑材料的形式作為建筑的一部分，通常為建筑屋頂和光照條件較好的建筑立面，發(fā)電多為建筑自用。

(2) 地面太陽能發(fā)電場。利用地面專門的場地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

(3) 屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)。利用現(xiàn)有建筑的閑置屋頂，一般需要較大面積且朝向較好的建筑物屋頂。與其他光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有不占專門用地面積、可選光伏組件多、組件安裝方式比較自由、維護(hù)方便等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在工商業(yè)發(fā)達(dá)，缺乏可供開發(fā)利用空地的地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

1.2　光伏系統(tǒng)構(gòu)成

(1) 太陽能電池是把太陽能轉(zhuǎn)化成電能的最主要組件。商用的太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、碲化鎘電池、銅銦鎵硒電池等，各類型主要性能參數(shù)見表1。

表1　太陽能電池性能參數(shù)比較

(2) 蓄電池的作用是儲存太陽能電池方針受光照時所發(fā)出的電能，向負(fù)荷供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、深放電能力強(qiáng)、充電效率高、少維護(hù)或免維護(hù)、工作溫度范圍寬、價格低廉。目前我國與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。

(3) 充放電控制器用以防止蓄電池過充電或過放電，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。充放電控制器一般應(yīng)具有如下功能：信號檢測、蓄電池最優(yōu)充電控制、蓄電池放電管理、設(shè)備保護(hù)、故障診斷定位、運(yùn)行狀態(tài)指示等。

(4) 并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，與獨(dú)立逆變器不同，它不僅要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，而且要對交流電的頻率、電壓、電流、相位、同步等進(jìn)行控制。還必須具備以下功能：自適應(yīng)調(diào)節(jié)電能質(zhì)量、最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)、防止“孤島效應(yīng)”、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能、較高工作效率及可靠性等。

1.3　光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式分為獨(dú)立運(yùn)行方式和并網(wǎng)運(yùn)行方式，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)又分為分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是所發(fā)的電能直接分配到用電負(fù)荷上，多余或不足的電力通過連接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。分散式又可分為可逆流和不可逆流兩大類。可逆流系統(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電能時將該電能送入電網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等于用戶的用電量，電能不夠時由電網(wǎng)提供。這種系統(tǒng)不會出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)送電的情況。

集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力通過逆變器并入公用電網(wǎng)，把公用電網(wǎng)作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的載體，與公用電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的電能傳輸。

2　國家會展中心光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.1　屋面光伏布置

上海國家會展中心總建筑面積 147 萬 m2，其中擁有18 萬 m2辦公設(shè)施，本光伏發(fā)電項(xiàng)目只利用了部分辦公樓屋頂面積，共計(jì) 3 萬 m2左右。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況綜合考慮光伏組件效率、技術(shù)成熟性、綜合性價比以及采購訂貨周期等，本工程推薦選用多晶硅光伏組件規(guī)格 265 Wp，尺寸為1 650 mm×882 mm×35 mm。

考慮盡可能小地影響建筑視覺效果，本項(xiàng)目光伏組件擬采用 10°傾角固定式安裝。單個屋面的光伏組件數(shù)量總計(jì)為 2 728 塊，整個項(xiàng)目光伏總裝機(jī)容量 2 168 kW。

2.2　運(yùn)行方式及接入方案

上海國家會展中心當(dāng)前電力供應(yīng)來自上海電網(wǎng)，配備110 kV 降壓站，在各建筑單體內(nèi)設(shè)置有 10 kV 變電站，設(shè)有 UPS 不間斷供應(yīng)。3 個辦公單體內(nèi)設(shè)置 8 MVA 10/0.4 kV 降壓變壓器。

本次光伏發(fā)電項(xiàng)目采用分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機(jī)容量 2 168 kW，每個區(qū)域選用組串式并網(wǎng)逆變器將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鳎又猎搮^(qū)域 10 kV 變壓站的400 V 母線，總共設(shè)置 400 V 接入點(diǎn) 6 個，每個接入容量為 361.46 kW，光伏發(fā)電量基本能自行消納。組串式并網(wǎng)逆變器在室外掛墻安裝，額定容量為 50 kW，最大轉(zhuǎn)換效率≥99%，根據(jù)低壓總開關(guān)柜額定電流計(jì)算 361.46/(1.732×0.4)=521.74 A，選用 MNS 型低壓抽出式開關(guān)柜，其額定電流 630 A。

2.3　發(fā)電量及項(xiàng)目投資概算

2.3.1發(fā)電量估算

影響光伏發(fā)電量的關(guān)鍵因素是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率主要考慮的因素有：灰塵、雨水遮擋的功率損耗、直流交流部分線纜功率損耗、變壓器功率損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度等，設(shè)定光伏發(fā)電系統(tǒng)整體效率 80%。

根據(jù)上海市全年太陽總輻射量 4 570 MJ/m2計(jì)算，折合標(biāo)準(zhǔn)日照條件(1 000 W/m2)下的日照峰值小時數(shù)總計(jì)為1 270 h。

(1) 年發(fā)電利用小時數(shù)(發(fā)電當(dāng)量小時數(shù))初始值為：1 270×80%(系統(tǒng)效率)＝1 016 h ；

(2) 本工程系統(tǒng)構(gòu)成：2.168 MWp 晶體硅組件固定安裝；

(3) 光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率逐年衰減，整個光伏發(fā)電系統(tǒng) 25 a 壽命期內(nèi)平均年有效利用小時數(shù)也隨之逐年降低；

(4) 本項(xiàng)目擬采用的光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率衰減速率為：首年衰減不超過 2.5%，10 a 衰減不超過 10%，25 a衰減不超過 20%；

(5) 第 N 年發(fā)電量=初始年發(fā)電量×(1-N×組件衰減率)。

計(jì)算可知，25 a 總發(fā)電量達(dá) 4 883 萬 kW·h，該項(xiàng)目年平均發(fā)電量 195.3 萬 kW·h，每年可為電網(wǎng)節(jié)省標(biāo)煤約 595 t，減排 CO2約 1 590 t，減排大氣污染物 SO2約12.1 t， NOx約 4.1 t。

2.3.2項(xiàng)目投資概算

項(xiàng)目投資概算具體情況見表2。

表2　總概算表

2.4　發(fā)電效益計(jì)算

光伏發(fā)電時間按照 9 點(diǎn)至 15 點(diǎn)考慮，光伏發(fā)電全部自用，對應(yīng)企業(yè)電價為峰值電價和平段電價，取其平均值 0.9元/kW·h 電作為計(jì)算基準(zhǔn)，前 20 a 發(fā)電電價享受國家 0.42元/kW·h 的補(bǔ)貼。前 20 a 自發(fā)自用電價為 0.9+0.42=1.32元/kW·h，第 21～25 a 自發(fā)自用電價為 0.9 元/kW·h。

本項(xiàng)目應(yīng)交納的稅金包括所得稅，所得稅按應(yīng)納稅所得額計(jì)算，本項(xiàng)目的應(yīng)納稅所得額為發(fā)電收入扣除成本后的余額，所得稅按 25% 征收。根據(jù)《中華人民共和國企業(yè)所得稅法實(shí)施條例》及《公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目企業(yè)所得稅優(yōu)惠目錄》規(guī)定，太陽能發(fā)電新建項(xiàng)目可以享受“三免三減半”的企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策。通過對上述光伏發(fā)電量及發(fā)電收入計(jì)算，以工程建設(shè)(EPC)模式執(zhí)行，預(yù)計(jì)本項(xiàng)目靜態(tài)投資回報(bào)期為 7 a左右。

3　結(jié)　語

(1) 分布式光伏發(fā)電作為既有建筑節(jié)能減排的有效途徑之一，在國家及上海市相關(guān)政策及資金支持下，在上海市已經(jīng)取得了廣泛的推廣。

(2) 公共建筑一般的用電高峰與太陽能光伏輸出的清潔能源同步，同時可以自行消納，因此在上海國家會展中心推廣實(shí)施光伏發(fā)電工程項(xiàng)目，不僅具有實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)收益，更起到了示范引領(lǐng)的作用。

(3) 本項(xiàng)目由上海電氣建筑節(jié)能有限公司于 2016 年 11月完成施工圖設(shè)計(jì)，2017 年 2 月項(xiàng)目施工完成。

(4) 2017 年 4 月，6 個并網(wǎng)接入點(diǎn)全部完成電力公司計(jì)量表計(jì)安裝。截至當(dāng)前，2.168 MW 光伏發(fā)電項(xiàng)目已累計(jì)為上海國家會展中心提供了 20 萬 kW·h 綠色能源。