庫(kù)房屋頂分布式光伏發(fā)電工程應(yīng)用前景的探討與思考

樊紅濤　邵文彬　丁　巍　上海鐵路局上海機(jī)車檢修段

1　引　言

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，利用光伏技術(shù)而產(chǎn)生的電能屬于可再生的清潔能源，符合國(guó)家的能源政策和產(chǎn)業(yè)政策，可以減少溫室氣體排放，減少成本支出，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

2　概況

上海機(jī)車檢修段（以下簡(jiǎn)稱“檢修段”）于2014年12月29日正式成立,是鐵路總公司在全國(guó)規(guī)劃布局新建的七大和諧型大功率機(jī)車檢修基地之一，也是全國(guó)鐵路和諧型大功率機(jī)車運(yùn)用維修網(wǎng)之一。主要負(fù)責(zé)和諧大功率電力機(jī)車C4、C5修。目前，已經(jīng)具備 HXD2B、HXD3C、HXD3、HXD1B 和 HXD1D 等5種和諧型機(jī)型、7種修程的“多機(jī)型、多修程”檢修能力。2016年，檢修段年用電量為382.2萬(wàn)kWh，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤占用能總量的58.3%。從用能結(jié)構(gòu)而言，檢修段電能消耗是單位用能主體，如實(shí)施分布式光伏發(fā)電（自發(fā)自用，余量上網(wǎng)）項(xiàng)目，不僅可以大幅降低電能消耗，節(jié)約電費(fèi)支出，而且還可以享受國(guó)家及地方政府的政策性補(bǔ)貼收入，對(duì)于企業(yè)經(jīng)營(yíng)的“增收節(jié)支，提質(zhì)增效”方面具有一定的實(shí)際意義。

3　光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施的必要性

3.1　積極響應(yīng)國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)政策

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種清潔可再生能源，符合國(guó)家的能源政策和產(chǎn)業(yè)政策，具有產(chǎn)品運(yùn)行周期長(zhǎng)（壽命周期25y），系統(tǒng)建成后自動(dòng)運(yùn)行安全可靠、保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單方便，光電轉(zhuǎn)換的過程中不向環(huán)境排放任何污染物，國(guó)家、地方政府根據(jù)光伏發(fā)電量多少進(jìn)行補(bǔ)貼，余電可回供電網(wǎng)出售，投資回收期適中等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，而且有利于提升企業(yè)形象。

3.2　節(jié)能環(huán)保效益顯著

檢修段年用電一直居高不下，隨著檢修工作量的不斷增加，電力消耗有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)；而另一方面，大量的屋頂資源卻被閑置（上海機(jī)車檢修段轉(zhuǎn)向架庫(kù)屋面面積19781m2，二年檢庫(kù)屋面面積26907m2。開發(fā)檢修段太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目正是利用既有的屋頂資源，建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，從而減少檢修段每年的電費(fèi)支出，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

根據(jù)國(guó)際能源署 (IEA)研究，我國(guó)的CO2排放指數(shù)為：0.814kg/kwh，同時(shí)，我國(guó)火電廠每發(fā)電上網(wǎng)1kWh，需消耗標(biāo)準(zhǔn)煤305g，排放6.2g的硫氧化物(SOx)（脫硫前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）和2.1g的氮氧化物(NOx)（脫硝前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。如檢修段光伏發(fā)電每年平均發(fā)電260×104kwh，可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤793t，減排硫氧化物(SOx)16.1t，減排氮氧化物(NOx)5.5t(按火電廠同等發(fā)電量所消耗的能耗及污染物排放測(cè)算)。

4　光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施的可行性

4.1　工程實(shí)施技術(shù)分析

4.1.1空間條件

圖1　庫(kù)房屋面現(xiàn)狀圖

檢修段擁有大面積的機(jī)車檢修庫(kù)房（如圖1所示），在光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用方面具有一定的先天條件，轉(zhuǎn)向架庫(kù)屋面面積19781m2，二年檢庫(kù)屋面面積 26907m2，總面積 46688m2，去除采光帶、通風(fēng)口、女兒墻等地方后，實(shí)際可安裝光伏面積在20000m2左右，可安裝總裝機(jī)容量：2215.84kWp，采用南北向安裝的智能雙組件光伏系統(tǒng)、7.2kW微型逆變器組，通過10kV高壓并網(wǎng)。光伏發(fā)電項(xiàng)目效果圖詳見圖2。

圖2　智能雙組件光伏系統(tǒng)設(shè)置效果圖

表1　檢修段光伏發(fā)電能力測(cè)算表

4.1.2發(fā)電利用率

檢修工作時(shí)間主要在上午8：00到下午16：00，光伏發(fā)電時(shí)間在上午7：00到下午17：00，與段用電時(shí)間基本吻合，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量90%可以被段生產(chǎn)、辦公及時(shí)利用（自發(fā)自用經(jīng)濟(jì)效益最好），10%電力上網(wǎng)外送。因此機(jī)車檢修段光伏發(fā)電項(xiàng)目從段自身利用率較高來(lái)看，適合實(shí)施光伏發(fā)電項(xiàng)目。

4.2　工程經(jīng)濟(jì)效益分析

4.2.1政策性補(bǔ)貼

國(guó)家補(bǔ)貼：每發(fā)一度電，補(bǔ)貼0.3元，補(bǔ)貼時(shí)間為建成并網(wǎng)后20y。

地方政府補(bǔ)貼：上海市每度補(bǔ)貼0.25元，補(bǔ)貼時(shí)間5y；江蘇省每度0.15元，補(bǔ)貼時(shí)間5y，省內(nèi)各市還有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)；浙江省每度0.1元，補(bǔ)貼時(shí)間5y，省內(nèi)各市還有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)；安徽省目前沒有省級(jí)補(bǔ)貼，省內(nèi)各市有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，如合肥市每度0.25元，補(bǔ)貼時(shí)間5y等。

4.2.2發(fā)電效益分析

檢修段二年檢、轉(zhuǎn)向架庫(kù)2處共可安裝5036塊440Wp多晶硅電池組件，總裝機(jī)容量為2215.84kWp，設(shè)備壽命周期平均為25y，投資估算為2156.2萬(wàn)元。根據(jù)測(cè)算，年發(fā)電量平均約260萬(wàn)度，項(xiàng)目竣工后的前5y，每年可取得340萬(wàn)收益，第6y～20y，每年可取得271萬(wàn)元收益，按照國(guó)家和上海市補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間，第21y～25y，因國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼取消，每年收益為190萬(wàn)元，投資回收期約7y。具體詳見表1。

上海全年平均輻射量1391kWh/m2，傾斜面上輻射為1491kWh/m2，系統(tǒng)效率約 82%，檢修段將安裝容量共2215.84 kW。因此，首年估算年發(fā)電量為：1491×82%×2215.84×97.5%=264.26萬(wàn)kWh。

綜上所述，檢修段庫(kù)屋頂光伏電站工程，充分合理的利用既有資源，積極響應(yīng)國(guó)家新能源戰(zhàn)略，符合環(huán)保綠色發(fā)展的方向，充分體現(xiàn)了上海鐵路局作為央企回報(bào)社會(huì)的責(zé)任感。同時(shí)，利用既有檢修庫(kù)的閑置屋面設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本工程有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，具備實(shí)施條件。

5　光伏項(xiàng)目實(shí)施時(shí)注意事項(xiàng)

5.1　對(duì)既有庫(kù)房建筑核算結(jié)構(gòu)安全

光伏發(fā)電工程是利用既有機(jī)車檢修庫(kù)房屋頂，因此需要原工程設(shè)計(jì)單位在考慮到不同廠家的設(shè)備重量及房屋結(jié)構(gòu)安全富余的情況下，以光伏發(fā)電荷載20kg/m2為核算結(jié)構(gòu)安全，對(duì)既有轉(zhuǎn)向架庫(kù)和二年檢庫(kù)檁條、屋面桁架、柱子以及樁基礎(chǔ)進(jìn)行了核算，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

5.2　抗風(fēng)掀試驗(yàn)印證

由于增設(shè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)與屋面為柔性連接，光伏發(fā)電系統(tǒng)自身及與屋面的連接的防風(fēng)掀性能需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.3　對(duì)既有庫(kù)房屋面漏雨情況進(jìn)行整治

檢修段二年檢、轉(zhuǎn)向架庫(kù)頂有部分區(qū)域有漏雨、滲水現(xiàn)象，在實(shí)施屋頂分布式光伏發(fā)電工程之前需要進(jìn)行屋面整體整治，全面布設(shè)防水卷材，徹底解決漏水問題，避免實(shí)施光伏發(fā)電工程后無(wú)法再進(jìn)行防水漏雨整治工作的尷尬局面。

5.4　研制并網(wǎng)方案，并報(bào)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T審批

由于檢修段擬采用90%光伏發(fā)電量自用，10%的發(fā)電量上網(wǎng)。因此，對(duì)于光伏發(fā)電產(chǎn)生的短路電流、電壓波動(dòng)、電能質(zhì)量、網(wǎng)點(diǎn)處功率因素、異常響應(yīng)等方面對(duì)于地方電網(wǎng)的影響均有所要求和考慮，需要研究光伏發(fā)電并網(wǎng)方案，并報(bào)當(dāng)?shù)仉娏芾聿块T進(jìn)行審批。

6　后續(xù)建議

6.1　推行試點(diǎn)，積極落實(shí)

光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)為國(guó)家重點(diǎn)支持的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，且局內(nèi)可以開發(fā)用于光伏發(fā)電的屋頂資源非常廣闊，具有較大的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景，但一次性投入較大，建議由路局統(tǒng)籌安排，或者由路外單位以合同能源管理合作方式進(jìn)行參與。

6.2　強(qiáng)化運(yùn)維，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目建成后，建議由多經(jīng)專業(yè)公司負(fù)責(zé)對(duì)用電費(fèi)用、政府補(bǔ)貼進(jìn)行清算落實(shí)，并制定和完善養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，監(jiān)督計(jì)劃的落實(shí)。也可由該單位承擔(dān)運(yùn)維工作，在局內(nèi)按地區(qū)建立屬地化的維保隊(duì)伍，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，摸索出一套集設(shè)計(jì)施工、運(yùn)維、多元?jiǎng)?chuàng)效的樣板工程管理模式，為路局創(chuàng)造更大的效益。

[1]中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.《上海機(jī)車檢修段屋頂光伏發(fā)電可行性研究》.2016.06.