燃?xì)怆姀S建設(shè)屋頂光伏設(shè)計和環(huán)保經(jīng)濟(jì)分析

王艷青

鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司 河南鄭州 450001

燃?xì)怆姀S與燃煤發(fā)電相比，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，其主要污染物的排放強(qiáng)度也遠(yuǎn)低于燃煤電機(jī)組，按單位發(fā)電量計算，燃?xì)怆姀S氮氧化物、二氧化碳排放量僅為燃煤機(jī)組的50%和40%，而且二氧化硫和粉塵顆粒的排放量不到十分之一。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)。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器、逆變器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。太陽光可以無成本持續(xù)獲得，安全可靠，只受到光照時間和強(qiáng)度限制，而且發(fā)電過程完全沒有氮氧化物、二氧化碳和粉塵等污染物排放，無噪聲。是一種環(huán)保、清潔的可再生能源。建造方面，光伏發(fā)電項目受區(qū)域限制小，可安裝于山地、屋頂、海上等，建設(shè)周期短。近年，受國家環(huán)保補(bǔ)貼政策影響，太陽能光伏元器件成本持續(xù)下降，光伏發(fā)電正由獨(dú)立式向并網(wǎng)光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電轉(zhuǎn)變。集中式光伏發(fā)電和屋頂光伏項目得到大力推廣，這也進(jìn)一步提高了非化石能源的發(fā)電比例，有利于改善大氣空氣質(zhì)量。它對于優(yōu)化能源戰(zhàn)略、改善電源結(jié)構(gòu)、提高電源保障、節(jié)能減排、提高環(huán)境質(zhì)量是非常有利的。

1 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)

屋頂光伏發(fā)電是利用建筑頂上閑置空間，安裝太陽能電池板的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)。因安裝的設(shè)備較輕，不會對建筑物本體造成影響。系統(tǒng)產(chǎn)生的電能主要供給建筑自身負(fù)載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。整體不占用土地，減少了土地成本。發(fā)電廠區(qū)一般占地面積較大，主要建筑物包括辦公樓、服務(wù)樓、化學(xué)制水車間、備件倉庫等，建筑物屋頂都較大面積的空間，可以用來裝設(shè)太陽能電池板，主廠房頂若為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也可以裝設(shè)太陽能電池板。其產(chǎn)生的電能可以經(jīng)聯(lián)接設(shè)備接入廠區(qū)配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，整體上減少了土地成本和升壓設(shè)備等支出，有效降低了初期成本。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)靠近用戶側(cè)，避免了遠(yuǎn)距離傳輸線和變壓等損耗問題。

2 燃?xì)怆姀S屋頂光伏發(fā)電項目

2.1 項目介紹

該光伏發(fā)電項目是在廠區(qū)內(nèi)包括辦公樓、服務(wù)樓、化學(xué)制水車間、備件倉庫等10個建筑物的屋頂空閑區(qū)域分別安裝太陽能電池組，總共安裝單個功率為290Wp太陽能電池板1700余塊。太陽能電池板全部采用單晶硅結(jié)構(gòu)太陽能電池組，固定式設(shè)計，5°的固定傾角安裝。所有太陽能電池組經(jīng)相關(guān)電氣元件聯(lián)接組成兩個相對獨(dú)立發(fā)電單元，總裝機(jī)容量為0.6MWp。

2.2 設(shè)計要求

光伏發(fā)電規(guī)劃容量時需要先對其所供用戶有準(zhǔn)確的負(fù)荷計算，設(shè)計容量應(yīng)不高于所供電段白天的最低負(fù)荷，保證光伏全天的所發(fā)電能被全部利用，避免棄光棄電而降低整體經(jīng)濟(jì)性。另外，為保證原電廠系統(tǒng)主設(shè)備和重要負(fù)荷的安全，光伏發(fā)電接入段為非生產(chǎn)重要負(fù)荷，避免了其投退或故障可能對配電系統(tǒng)造成影響。本配套光伏發(fā)電項目采用的是目前太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的單晶硅電池組件，其具有堅固耐用，使用壽命長的特點(diǎn)。

2.3 設(shè)備和配置介紹

本屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備主要包括太陽能電池組件、逆變器、交流匯流箱、并網(wǎng)開關(guān)、電能計量裝置等。安裝的單晶硅太陽能電池組件，其電性能參數(shù)：單片最大輸出功率為290Wp；最大工作電壓31.8V；最大工作電流9.1A；組件轉(zhuǎn)換效率為17.75%；輸出衰減不大于20%（25年壽命期內(nèi)）。每兩塊光伏電池組件豎拼成一排，22塊光伏組件組串后并入組串式逆變器。總計14個逆變器再分組并入三臺交流匯流箱，之后接入兩路并網(wǎng)開關(guān)分別并入廠內(nèi)380V配電系統(tǒng)。其中一部分供給廠前段，其負(fù)荷包括服務(wù)樓、辦公樓、倉庫的辦公、空調(diào)、照明和各類生活用電，另一部分供給公用段升壓水泵、空壓機(jī)、輔機(jī)房風(fēng)機(jī)等經(jīng)常性負(fù)荷用電。根據(jù)實(shí)際供入用電情況，將10臺逆變器的容量光伏模塊一接入廠前段，剩余部分接入公用段。其控制系統(tǒng)根據(jù)在光伏發(fā)電時自動并網(wǎng)，將光伏產(chǎn)生的電能供入配電系統(tǒng)內(nèi)。光伏發(fā)電作為接入配電段上的一路補(bǔ)充電源，其主電源仍有其上一級供電段供給，從而保證了供電安全和穩(wěn)定性。

2.4 運(yùn)行維護(hù)

該光伏發(fā)電與配電系統(tǒng)采取自動并網(wǎng)解列控制方式，當(dāng)逆變器轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式后，自動并網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)整相關(guān)電壓、頻率參數(shù)，經(jīng)光伏并網(wǎng)開關(guān)與系統(tǒng)并聯(lián)。逆變器具有自動開機(jī)功能，在初始待機(jī)模式下通過間斷檢測光伏陣列是否有足夠的能量，當(dāng)達(dá)到并網(wǎng)條件后，逆變器轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式。而當(dāng)逆變器額定功率超過最大需求后，部分模塊轉(zhuǎn)入待機(jī)休眠模式，以降低系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)效率。同時，為防止接入的配電系統(tǒng)反送電至光伏發(fā)電組件，對設(shè)備造成傷害，其并網(wǎng)系統(tǒng)還設(shè)置有雙路功率測量和逆功率保護(hù)功能，按需切換并網(wǎng)開關(guān)，保證光伏系統(tǒng)安全。光伏發(fā)電系統(tǒng)較簡單，日常檢查主要對匯流柜、逆變器、并網(wǎng)設(shè)備等主要設(shè)備進(jìn)行巡檢即可，而且設(shè)備與廠內(nèi)的電氣設(shè)備大多相同，其日常運(yùn)行和維護(hù)可以分別由電廠運(yùn)行人員和電氣維護(hù)人員兼顧，其運(yùn)維成本幾乎可以忽略，這也是電廠內(nèi)建設(shè)該項目的一個優(yōu)勢。

3 屋頂光伏的效益分析

該工程總投資約220萬元，主要包括：電纜、電網(wǎng)接入設(shè)備、光伏組件及支架、匯流箱、逆變器、并網(wǎng)開關(guān)等主要電氣設(shè)備費(fèi)用，安裝調(diào)試費(fèi)用等。因利用空閑屋頂，土地成本忽略不計。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，其日常運(yùn)行和維護(hù)可以分別由電廠運(yùn)行人員和電氣維護(hù)人員兼顧，其運(yùn)維成本幾乎可以忽略。本地區(qū)分布式光伏發(fā)電按發(fā)電補(bǔ)貼方式，自發(fā)自用為每千瓦時補(bǔ)貼0.42元，年發(fā)電量約50萬千瓦時，電價有保證，經(jīng)濟(jì)效益較好，對原廠供電系統(tǒng)來說，按年發(fā)電量15億計算，可以間接降低廠用電率約0.03個百分點(diǎn)，每年將減少氮氧化物、二氧化硫、粉塵等污染物排放，對區(qū)域環(huán)境質(zhì)量改善有益。

4 結(jié)語

燃?xì)怆姀S屋頂光伏發(fā)電項目是在響應(yīng)節(jié)能環(huán)保要求和新能源政策影響下建設(shè)的項目，在保持原有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢同時為提高新能源發(fā)電比重而做出的努力，其環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益良好，值得在同類型電廠內(nèi)推廣。