分布式光伏在與發(fā)電廠節(jié)能降耗聯(lián)動的研究應(yīng)用

朱文杰

（徐礦集團新疆阿克蘇熱電有限公司，新疆 阿克蘇 843000）

1 發(fā)電廠情況介紹

阿克蘇熱電公司是響應(yīng)國家西部大開發(fā)號召，以庫拜煤田開發(fā)建設(shè)俄霍布拉克煤礦為基礎(chǔ)的煤電聯(lián)動項目，是集環(huán)保、供熱為一體的熱電聯(lián)產(chǎn)項目。

阿克蘇熱電有限公司2×200 MW中間再熱凝汽式汽輪發(fā)電機組于2011年12月實現(xiàn)雙機投產(chǎn)，至今已運行11年。隨著機組運行年限的上升，機組效率逐步下降，供電標(biāo)煤耗和廠用電率等主要生產(chǎn)指標(biāo)逐漸落后于主流大型發(fā)電機組[1]。

2 分布式光伏項目

為響應(yīng)國家綠色轉(zhuǎn)型號召，同時為降低供電標(biāo)煤耗及廠用電率，將分布式光伏項目與火力發(fā)電相結(jié)合，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1 光伏選址

阿克蘇熱電公司分布式光伏發(fā)電項目位于新疆阿克蘇地區(qū)阿克蘇市西工業(yè)園內(nèi)，利用徐礦新疆阿克蘇熱電廠公司內(nèi)翻車機房、輸煤綜合樓、籃球場、中水深度處理車間處等5個建筑屋面、籃球場及部分綠化區(qū)域安裝光伏組件，既產(chǎn)生了經(jīng)濟效益，又能與周圍景觀環(huán)境融為一體，形成場內(nèi)另一道風(fēng)景。

項目屬于“自發(fā)自用”的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，項目統(tǒng)一規(guī)劃，北側(cè)廠前區(qū)與南側(cè)生產(chǎn)區(qū)分步實施。

2.2 光照分析

通過氣象站資料結(jié)合Meteonorm專業(yè)氣象信息數(shù)據(jù)查詢，獲得本項目所在地月平均日照輻射量如表1所示。

表1 阿克蘇市西工業(yè)園各月平均太陽水平面總輻射量變化

通過表1可以看出阿克蘇地區(qū)月均日照輻射量變化較大，各月太陽輻射值在55～197.1 kW·h·m-2之間波動，年總輻射量在 1 559.1 kW·h·m-2。月平均輻射量自 3 月份開始上升，在7月份到達(dá)峰值，從10月份開始下降，12 月達(dá)到最低值 55 kW·h·m-2。

2.3 電氣設(shè)計

根據(jù)光伏單元的實際分布情況，結(jié)合變壓器容量、安裝位置及變壓器的實際負(fù)荷情況，并網(wǎng)方式為“400 V低壓并網(wǎng)”，運行模式為“自發(fā)自用”。

（1）接入點1（翻車機室配電室）光伏接入方案。接入點1總計接入容量為380.05 kW翻車機院內(nèi)地面（東側(cè)）布置228.8 kW光伏組件（2臺100 kW 組串式逆變器）、翻車機院內(nèi)地面（西側(cè)）布置151.25 kW 光伏組件（1臺 100 kW、1臺 40 kW 組串式逆變器）。通過組串式逆變器轉(zhuǎn)換至400 V，4臺逆變器匯集至1臺并網(wǎng)柜，后接入配電室400 V系統(tǒng)母線。

（2）接入點2（輸煤綜合樓配電室）光伏接入方案。接入點2總計接入容量為237.05 kW。輸煤綜合樓屋頂布置44 kW光伏組件（1臺40 kW組串式逆變器）、輸煤宿舍樓屋頂布置47.3 kW光伏組件（1臺40 kW組串式逆變器）、材料庫屋頂布置97.9 kW光伏組件（1臺60 kW、1臺30 kW組串式逆變器）、工業(yè)廢水處理間屋頂布置47.85 kW光伏組件（1臺40 kW組串式逆變器）。通過組串式逆變器轉(zhuǎn)換至400 V，5臺逆變器匯集至1臺并網(wǎng)柜，后接入配電室400 V系統(tǒng)母線[2]。

（3）接入點3（中水深度處理車間配電室）光伏接入方案。接入點3總計接入容量為337.7 kW?；@球場地面布置165 kW光伏組件（1臺100 kW組串式逆變器、1臺40 kW組串式逆變器），中水深度處理車間屋頂布置86.9 kW光伏組件（2臺40 kW組串式逆變器），蓄水池地面布置85.8 kW光伏組件（2臺40 kW組串式逆變器）。通過組串式逆變器轉(zhuǎn)換至400 V，6臺逆變器匯集至1臺并網(wǎng)柜，后接入配電室400 V系統(tǒng)母線。

（4）接入點4（一樓化學(xué)配電室）光伏接入方案。接入點4總計接入容量為 151.8 kW。220 kV配電裝置南側(cè)地面布置151.8 kW光伏組件（1臺100 kW組串式逆變器、1臺40 kW組串式逆變器）,通過組串式逆變器轉(zhuǎn)換至400 V，2臺逆變器匯集至1臺并網(wǎng)柜，后接入配電室400 V系統(tǒng)母線。

主要電氣設(shè)備選擇如下文所述。

（1）并網(wǎng)逆變器：組串式逆變器，容量為15 kW、30 kW、40 kW、60 kW 以及 100 kW。

（2）交流并網(wǎng)柜：選用配電箱。

（3）光伏發(fā)電監(jiān)控部分：逆變器采用GPRS通信，每臺逆變器配置1套通信棒，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，通過手機App或用戶電腦實時監(jiān)控站內(nèi)信息。

（4）計量部分：本項目在每個智能配電箱內(nèi)配置1塊電能表，共計8塊。

2.4 土建設(shè)計

對于彩鋼板屋面，光伏組件沿著屋面坡度平鋪鋪設(shè)，光伏組件采用光伏專用支架固定于屋面上。擬采用鋁合金導(dǎo)軌直接受力，廠房結(jié)構(gòu)間接受力的方案。

混凝土屋面組件安裝傾角10°，支架形式為碳鋼固定支架，基礎(chǔ)形式為預(yù)制混凝土配重。

地面部分的基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，支架采用碳鋼支架，地面部分安裝傾角33°，方位角0°。

2.5 組件選擇及并網(wǎng)方式

（1）太陽能電池類型的確定。目前光伏組件分為晶硅型和和非晶硅型，其中晶硅型組件又可分為單晶硅和多晶硅2類。晶硅型組件的價格和非晶硅組件價格差距不多，非晶硅組件的效率為晶硅組件的40%～50%，效率相差較多，并且非晶硅組件施工占地面積、支架及輔材量為晶硅的2～2.5倍，所以目前在建工程多以晶硅型組件為主材。晶硅型組件中的單晶硅和多晶硅組件相比，單晶硅組件的光電轉(zhuǎn)化效率高于多晶硅組件，對同等容量的光伏工程，使用單晶硅組件效率更高[3]。

綜合所述，通過對比組件效率、占地、光轉(zhuǎn)化率、市場份額等因素，本工程光伏組件選用單晶硅形式。

（2）太陽能電池組件規(guī)格的選擇。目前國內(nèi)單晶硅市場，組件規(guī)格多為440 W、540 W、650 W。綜合考慮組件效率、價格及市場現(xiàn)貨等因素，本工程采用用單晶高效半片540 W組件。

分布式光伏項目建設(shè)規(guī)模約1.1 MW，設(shè)計安裝550 W單晶硅光伏組件共計2 010塊。固定式布置方式接入公司內(nèi)并網(wǎng)點，并網(wǎng)方案根據(jù)電網(wǎng)公司批復(fù)，采用400 V電壓等級，4個并網(wǎng)點。由光伏組件組串所發(fā)電力→經(jīng)逆變器→低壓并網(wǎng)柜→接入廠用電配電系統(tǒng)400 V母線并網(wǎng)。

2.6 發(fā)電量估算及消納分析

光伏組件年系統(tǒng)效率衰減情況為第1年衰減2%，后續(xù)24年每年光伏組件功率衰減0.55%，25年不低84.8%輸出功率。根據(jù)年平均年輻射總量及光伏組件選型，對分布式光伏工程的年發(fā)電量進行估算，詳見表2。

表2 光伏電站全壽命上網(wǎng)電量計算表

依據(jù)衰減率算出本工程25年運行壽命內(nèi)，發(fā)電量共計約3 340.18萬kW·h，年平均發(fā)電量約為133.61萬kW·h，25年年均可利用小時數(shù)約1 208.57 h。

2.7 發(fā)電量估算及消納分析

（1）廠用電情況。每小時用電量為2.25萬kW·h，日平均用電量為54萬kW·h。

（2）光伏系統(tǒng)發(fā)電量。光伏發(fā)電時間主要集中在上午09:00至下午15:00，全天發(fā)電時間約6 h。對比廠用電與光伏系統(tǒng)發(fā)電情況，光伏系統(tǒng)發(fā)電量占廠用電比值約0.68%，光伏系統(tǒng)發(fā)電量可完全消納。

3 節(jié)能降耗效果

分布式光伏項目容量1.1 MW，年平均上網(wǎng)發(fā)電量133.61萬kW·h，年節(jié)約標(biāo)煤約403.41 t（供電標(biāo)煤耗以 330 g/（kW·h）計算，煤炭熱值按照 5 000 Kcal，供熱比按照25%估算），降低廠用電約0.68%。減少煤炭消耗的同時可以減少污染氣體的排放總量，年減少排放 SO210.56 t、NOx11.38 t、粉塵 0.95 t，CO21320 t，爐渣 157.73 t。

由此可見，本分布式光伏項目與發(fā)電廠聯(lián)動具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

4 結(jié) 論

阿克蘇熱電公司“碳達(dá)峰”“碳中和”舉措充分利用公司內(nèi)閑置地面和建筑物屋面安裝光伏發(fā)電組件，推進綠色能源發(fā)電系統(tǒng)的安裝，采用“自發(fā)自用”模式建設(shè)光伏發(fā)電項目，通過建設(shè)光伏發(fā)電新能源項目的形式實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)。這種新能源發(fā)電項目模式可借鑒可復(fù)制，實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的有機結(jié)合。

本分布式光伏項目可以為阿克蘇熱電公司降低生產(chǎn)消耗，同時減少污染物排放，改善空氣質(zhì)量，具有明顯的社會意義，符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策要求，符合國家關(guān)于“碳達(dá)峰”“碳中和”長遠(yuǎn)規(guī)劃，符合新疆對煤電企業(yè)優(yōu)化升級高質(zhì)量發(fā)展的總體要求。