太陽能分布式發(fā)電技術在通風中的運用初探—以麗江市某商場機械通風前期方案為例

李躍文

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太陽能分布式發(fā)電技術在通風中的運用初探—以麗江市某商場機械通風前期方案為例

李躍文

（云南藝科工程設計有限公司 昆明 650051）

節(jié)能減排國策的落實和生態(tài)文明建設的推進對暖通專業(yè)提出了更高的要求。太陽能分布式發(fā)電技術作為新興的可再生能源利用技術，具有重大的推廣意義，結合云南省普遍豐富的太陽能資源分布情況，通過麗江市某商業(yè)項目方案設計階段與業(yè)主的方案技術交流實例，介紹了太陽能分布式發(fā)電技術用于機械通風系統(tǒng)在云南地區(qū)的可行性、經濟性和良好的節(jié)能、環(huán)保效益，從一個側面展示了該技術在云南地區(qū)的廣闊應用前景。

太陽能；分布式發(fā)電；機械通風；經濟效益；應用前景

0 引言

太陽能分布式發(fā)電技術作為新興的可再生能源利用技術，在國家能源政策中占有重要地位，從國家到地方再到電網運行企業(yè)為落實新能源的產業(yè)化及規(guī)模化做出了多方面的努力，展現(xiàn)了實施新能源戰(zhàn)略的決心，為以分布式發(fā)電技術為代表的新能源發(fā)展提供了政策上的支持，也為新能源在設計領域提供了舞臺。傳統(tǒng)暖通專業(yè)變更為“建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)”也對暖通專業(yè)人員關注新能源利用提出了更高的要求。

1 云南省太陽能資源概況

云南地處高原，空氣稀薄、清新，大氣層密度小，陽光透過率高，經年太陽高角度大，日照射數長，太陽能資源僅次于西藏、內蒙、青海等省區(qū)，為國內較豐富的省份之一。全省太陽能資源地區(qū)分布特點是西多東少，豐富區(qū)在楚雄州、大理州、麗江市、昆明市、紅河州的中北部、德宏州、保山市等地。欠豐富區(qū)在昭通市北部、怒江州北部、滇東南邊境地區(qū)。全省年日照時數1000～2800小時，全省年平均日照時數2200小時，太陽能年輻射總量為3615.7～6667.1MJ/m2，且干濕季節(jié)分明，夏季多雨，冬季干旱，太陽能季節(jié)分布充足等優(yōu)越自然條件，使云南省成為太陽能開發(fā)利用的理想地區(qū)。

全省日照時數超過2000小時的縣高達94個，占全省國土資源面積的90%，占全省縣級城市總數的74.6%，太陽輻照度大于5000MJ/m2。全年平均接收到的太陽輻射能相當于714億噸標準煤。其中：麗江地區(qū)位于北緯26°87′，東經100°02′，海拔2393.2m，平均海拔高，太陽輻射強且全年均衡，屬于太陽能輻射資源利用的最豐富區(qū)，太陽能資源季節(jié)分布特點是春夏大、秋冬季小，春季是全年日照時數最多、太陽總輻射量最大季節(jié)，冬季是太陽能總輻射量最少季節(jié)。干季（11月～次年4月），日照時數多，太陽總輻射量大。太陽能年輻照量大于6000MJ/m2，全年日照時數大于2500小時，日照率達57%。

2 太陽能光伏發(fā)電原理

光伏發(fā)電的基本原理是根據光生伏打效應原理轉化為電能。太陽能光伏發(fā)電分為獨立光伏發(fā)電與并網光伏發(fā)電。

圖1 太陽能光伏發(fā)電示意圖

圖2 太陽能光-電轉換板屋面示意圖

（1）獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫離網光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。

（2）并網光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電后直接接入公共電網。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網光伏電站，一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網，由電網統(tǒng)一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，發(fā)展難度相對較大。而分散式小型并網光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網光伏發(fā)電的主流。

3 國家對光伏發(fā)電上網電價的有關政策

國家電網公司2012年發(fā)布《關于做好分布式光伏發(fā)電并網服務工作的意見》明確：分布式光伏發(fā)電分散接入低壓配電網，允許富余電力上網，電網企業(yè)按國家政策全額收購富余電力；由分布式光伏發(fā)電接入電網引起的公共電網改造，以及接入公共電網的接網工程全部由電網企業(yè)投資。上、下網電量分開結算。分布式光伏發(fā)電項目免收系統(tǒng)備用費。限定了并網關鍵節(jié)點時間，全部并網流程辦理周期約45個工作日（不含工程建設時間）；隨時提供并網相關問題咨詢服務。

圖3 分布式光伏發(fā)電并網流程

圖4 并網發(fā)電示意圖

國家發(fā)改委《關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的通知》發(fā)改價格[2013]1638號明確，云南省的光伏發(fā)電項目執(zhí)行0.95元/kWh的標桿上網電價。對分布式光伏發(fā)電實行按照全電量補貼的政策，電價補貼標準為0.42元/kWh（含稅），通過國家可再生能源發(fā)展基金予以支付，由電網企業(yè)轉付。

4 麗江地區(qū)電網商業(yè)用電價格情況

（1）云南省“云價價格[2011]135號”峰、谷電價于2011年12月1日開始實施，我省的峰、谷電價如下表1（元/kWh）。

表1 云南省豐谷電價表

（2）經加權平均計算：豐水期日（9～22時）平均電價為0.789元/kWh，平水期日（9～22時）平均電價為0.919元/kWh，枯水期日（9～22時）平均電價為1.096元/kWh。

5 太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)經濟效益分析

5.1 項目簡介

麗江某商業(yè)項目，呈規(guī)則矩形，窄邊南北向，地上四層，地上總建筑面積約80000平方米，屋面（平屋面）面積約20000平方米，因麗江地區(qū)城市規(guī)劃限高，周邊無高大建筑遮擋。

屋面可考慮裝設太陽能電池板面積約12000平方米，考慮太陽能電池板安裝傾斜角度36°～37°，則實際太陽能電池板敷設面積為12000/Cos36°=14212平方米。

設計考慮經營特點及氣候特點，會同業(yè)主確定采用機械通風措施，機械通風設備采用雙速風機，經機械通風系統(tǒng)統(tǒng)計：機械通風最大總配電功率755kW，最小配電功率435kW。機械通風系統(tǒng)運行模式為簡化以下討論和比較，豐水期（6～10月，共122天）按最大風量運行，平水期（5、11月，共61天）、枯水期（12月和次年1～4月，共182天）按最小風量運行模式，每天運行9～22時，共13小時。

5.2 太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)初投資回收期分析

為保證項目用電可靠性，本項目太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行模式為發(fā)電量全部輸送至電網，并從電網購電使用。

以國內某廠提供多晶硅電池產品一組60片，156mm×156mm電池片，輸出功率270W/組，屋面理論裝機輸出功率9700組×0.27kW/組=2619kW。根據國內已有項目的投資情況，初投資約1.0萬元/kW，系統(tǒng)初投資：2619kW×1.0萬元/kW=2619 萬元。

太陽能光伏發(fā)電效率與諸多因素有關，光伏發(fā)電量評估據《光能雜志》袁曉輝等人通過對國內某公司光伏發(fā)電項目的實地考察得出以下結論：“經與青島、上海、武漢三個實際工程統(tǒng)計數據分析，與當地日照時數相比，實際發(fā)電綜合效率在65%左右。文章作者親自到四川樂山某項目采集第一手數據驗證，實際總效率為64%，因此，用當地日照時數的65%乘以裝機功率計算發(fā)電量最接近真實情況?！?/p>

據此估算本項目裝機實際發(fā)電量：2619×2500×0.65=4255875kWh，發(fā)電銷售收入：4255875×0.95=4013081.25元。電價補貼收入：4255875×0.42=1787467.5元，總收入：5800548.75元。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)初投資回收期：2619/580=4.52年。考慮系統(tǒng)10～15年的正常運行周期，在系統(tǒng)壽命期間經濟效益較好。

項目機械通風系統(tǒng)年耗電量：122×13×755+243×13×435=2571595kWh。

系統(tǒng)年電費：0.789×122×13×755+0.919×61×13×435+1.096×182×13×435=2389800元。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用于機械通風系統(tǒng)利潤：5800548.75-2389800=3410748.75元，經濟效益明顯。

6 太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益分析

（1）太陽能作為綠色環(huán)?？稍偕茉?，發(fā)電系統(tǒng)碳排放基本為零，在滿足業(yè)主通過電網用電需求的同時生產電力，通過分布式發(fā)電系統(tǒng)對電網的電能彌補效益，優(yōu)化了電力企業(yè)供電的一次能源使用效率。

（2）以本項目分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電4255875kWh，根據《建筑碳排放計量標準》（CECS 374：2014）南方區(qū)域電網碳排放因子為0.714kgCO2/kWh，則全年可減少碳排放：4255875× 0.714=3038694.75 kgCO2=3038噸，環(huán)境效益明顯。

7 結論及體會

（1）經以上初步分析，單純從投資回報角度，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)投資回報較好，對本項目而言，投資回收期4.52年，對于商業(yè)投資者具有較大吸引力。設計項目組根據項目建筑特點及功能特點，在設計方案階段聯(lián)合建筑電氣專業(yè)提出建設分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的建議，遺憾的是受限于業(yè)主目前的投資壓力，該建議暫時未能實施，但良好的經濟性及節(jié)能、環(huán)保效益仍然具有巨大的吸引力。特別是業(yè)主認可了“屋面也是資源”的概念，為業(yè)主下一步的招商及投資提供了一個較好的基礎。

（2）云南地區(qū)具有多年利用太陽能的傳統(tǒng)，但多用于太陽能衛(wèi)生熱水制備的利用方式（光-熱應用），本項目提出分布式太陽能光伏發(fā)電（光-電應用）的建議以暖通專業(yè)用電量巨大為切入點，但該系統(tǒng)的應用又并非僅為暖通專業(yè)服務，可為整個項目機電專業(yè)服務，對于大型公共商業(yè)場所等衛(wèi)生熱水使用量較少而屋面又較大的建筑，結合云南省普遍較豐富的太陽能資源，加之國家對分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)強力的推動、電網企業(yè)的積極配合，該系統(tǒng)的應用已經是一種極有前途的再生能源利用途徑。為業(yè)主在追求項目合理利潤的價值驅動下提供了一種可以較好兼顧社會效益、環(huán)保效益的技術途徑。

（3）云南省區(qū)域主要以溫和地區(qū)為主，建筑使用能耗相對較低，隨著《云南省綠色建筑評價標準》DBJ53/T-49-2013的實施，對再生能源利用也提出了“或可再生能源發(fā)電量不低于建筑用電量的2%”的要求，本文修改時適逢《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2015發(fā)布并將于2015年10月1日起實施，其中“可再生能源應用”章節(jié)為新增獨立章節(jié)，足見國家對于可再生能源的重視，同時對項目在設計階段的要求在不斷提高，這為社會清潔綠色能源的利用指出了明確方向和目標，必將進一步推動分布式太陽能光伏發(fā)電技術的應用，前景廣闊，同時設計人員責任也將更加重大。

（4）“節(jié)能減排”國策的落實、“碧水藍天”夢想的實現(xiàn)，暖通設計師義不容辭，通過對本項目的初步探討，體會到只要設計師謹記“節(jié)能減排、綠色環(huán)?！钡睦砟?，面對條件具備的項目時盡可能為業(yè)主提出既滿足業(yè)主現(xiàn)實需求又兼顧社會、環(huán)保效益的方案。經過合理的技術途徑，設計師綠色、節(jié)能、環(huán)保的技術理想和現(xiàn)實情況是可以通過合理的技術方案得以相對和諧的兼顧。

[1] GB50787-2012,民用建筑太陽能空調工程技術規(guī)范[J].北京:中國計劃出版社,2012.

[2] CECS 374:2014,建筑碳排放計量標準[J].北京:中國計劃出版社,2014.

[3] DBJ53-18-2007,太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計施工技術規(guī)程[J].昆明:云南省出版集團公司云南科技出版社,2008.

[4] DBJ53/T-49-2013,云南省綠色建筑評價標準[J].昆明:云南省出版集團公司云南科技出版社,2013.

[5] 國家發(fā)改委.關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的通知[Z].發(fā)改價格[2013]1638號.

[6] 國家電網公司.關于做好分布式光伏發(fā)電并網服務工作的意見[Z].2012.

[7] 云南省物價局.關于調整云南電網電價的通知[Z].云價價格[2011]135號.

[8] DBJ53/T-39-2011,云南省民用建筑節(jié)能設計標準[J].昆明:云南省出版集團公司云南科技出版社,2012.

[9] GB50189-2015,公共建筑節(jié)能設計標準[J].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

Solar Energy Distributed Generation Technology in the Application of Ventilation System -in a Shopping Mall in Lijiang Mechanical Ventilation Scheme Phase as an Example

Li Yuewen

( Arts and sciences of Yunnan construction engineering design Co., Ltd, Kunming, 650051 )

Energy conservation and emissions reduction policy implementation and the construction of ecological civilization advance of hvac professional higher requirements are put forward. Solar distributed power generation technology as a new renewable energy utilization technology, is of great significance, this paper generally abundant solar energy resources distribution of Yunnan province, through Lijiang city commercial project scheme design stage and the owner of the technology as an example, introduces the solar distributed power generation technology used in mechanical ventilation system in Yunnan region of feasibility, economy and good energy saving and environmental protection benefits, from one side shows a broad application prospect of this technology in Yunnan.

Solar energy; Distributed generation; Ventilation; Economic benefit; Prospect

1671-6612（2016）05-660-04

TU831

B

李躍文（1979.11-），男，本科，高級工程師，E-mail：27150347@qq.com

2015-08-10