低壓鋁合金電纜應(yīng)用于分布式光伏項目的經(jīng)濟性分析

趙曉冬，張丹婷，袁銀春，陳輝，劉學(xué)成

（浙江正泰新能源開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310000）

分布式光伏電站須要選擇經(jīng)濟合理的電力電纜，這也是建筑工程和輸配電網(wǎng)設(shè)計經(jīng)濟性的重要考察因素。隨著鋁合金電纜技術(shù)的不斷發(fā)展進步，優(yōu)質(zhì)的鋁合金電纜，其電氣性能與純鋁相當(dāng)，機械性能優(yōu)于銅，完全可以滿足分布式光伏項目中低壓電纜的使用要求。且相比銅芯電纜，其運輸、施工費用和被盜風(fēng)險等都將大大降低。本文將結(jié)合實際光伏發(fā)電項目，在滿足電氣性能條件下，從電纜采購成本及所影響橋架成本，分析比較鋁合金低壓電纜與銅芯電纜在分布式光伏電站中所占的經(jīng)濟優(yōu)勢。

1 電纜選型對比

低壓交直流電纜的選型受壓降控制、載流量約束。由于鋁合金電纜的導(dǎo)電率比銅導(dǎo)體低，因而須要通過增加截面積、擴大導(dǎo)體的載流量，以實現(xiàn)鋁合金電纜與銅芯電纜擁有相同的電氣性能，所以相同載流量下的電纜選型，鋁芯電纜的線徑一般要比銅芯電纜大10%～20%，這是鋁合金電纜的一大缺點。但針對光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，不管是設(shè)備的連接還是電纜的布局，這種尺寸差異仍然在設(shè)計的可控范圍之內(nèi)。而在電壓損失這一方面，要以兩個實際項目為數(shù)據(jù)模型，分析比較兩種電纜在滿足壓降條件下的選型。

以國內(nèi)某使用集中逆變器方案的分布式光伏發(fā)電項目為數(shù)據(jù)模型：該項目采用295 Wp光伏組件，以20塊組件為一串，直流匯流箱按16匯1出（最大輸送容量），分別計算不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%的極限直流壓降值下的最遠輸送距離。

本項目分析中銅芯電纜的電阻率按電阻率按GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》取值，鋁合金的電阻率按AA8000系列鋁合金（某公司）產(chǎn)品手冊取值。不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%直流極限壓降值下的最遠輸送距離如表1所示。

表1 鋁合金電纜和銅芯電纜壓降計算對比表（直流電纜）

20 kV及以下三相供電電壓的偏差為標(biāo)稱電壓的±7%，考慮到實際項目中低壓交流電纜一般分2級（假設(shè)逆變器至交流匯流箱段1%，交流匯流箱至低壓柜段4%）。本次僅對交流匯流箱出線段進行分析。以國內(nèi)某使用組串逆變器方案的分布式光伏發(fā)電項目為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型：該項目采用295 Wp組件，30 kW組串逆變器，交流匯流箱按4/6匯1出（標(biāo)準(zhǔn)型號），分別計算不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足4%的交流極限壓降值下的最遠輸送距離。

本項目分析中銅芯電纜的電阻率按《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》取值，鋁合金的電阻率按AA8000系列鋁合金（某公司）產(chǎn)品手冊取值。不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%的直流極限壓降值下的最遠輸送距離如表2所示。

由表2可知，低壓交直流電纜限制因素主要為壓降控制影響，鋁合金的電纜規(guī)格會同比增大二、三檔不等。特別注意的是：在交流匯流箱輸送容量較小，且線路距離較短時，可根據(jù)具體項目情況具體分析，適當(dāng)考慮升一檔/兩檔替換。

表2 鋁合金電纜和銅芯電纜壓降計算對比表（交流電纜）

在保證一定的載流量、壓降的前提下，計算在不同的長度范圍內(nèi)因電纜替換造成的電纜規(guī)格升級選型的差異性，如表3所示。

表3 不同長度范圍電纜選型對比

2 電纜采購成本對比

2.1 低壓直流電纜選型經(jīng)濟性對比

選擇一個10 kV并網(wǎng)使用集中逆變器方案的項目，以蘭溪雙燈2.0 MWp項目為例，該項目以直流16入?yún)R流箱為主，匯流箱傳輸距離從50～350 m不等。

在同樣的電氣性能下，載流量和直流壓降均滿足要求的情況下，鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規(guī)格大一、二、三檔不等，各型號對比統(tǒng)計如表4所示。

表4 項目低壓直流電纜選型對比表

該項目各電纜型號數(shù)量統(tǒng)計及成本對比如表5所示（電纜均為阻燃鎧裝電纜，價格來源為某廠家）。

由表5可得，僅就低壓直流電纜替換為使用鋁合金電纜一項，可使電纜成本節(jié)省33.56萬元，折算至節(jié)省0.168元/W。

表5 項目低壓直流電纜成本對比表

2.2 低壓交流電纜選型經(jīng)濟性對比

選擇一個0.4 kV并網(wǎng)使用組串逆變器方案項目，以寧波羚佑漁具475.2 kWp項目為例，該項目以30 kW組串式逆變器和4/2進交流匯流箱為主，逆變器到交流匯流箱的傳輸距離在10 m以內(nèi)，交流匯流箱到并網(wǎng)柜的距離在30～250 m不等。

在同樣的電氣性能下，載流量和交流壓降均滿足要求的情況下，鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規(guī)格大一檔或平檔不等，各型號對比統(tǒng)計如表6所示。

表6 低壓交流電纜選型對比表

該項目各電纜型號數(shù)量統(tǒng)計及成本對比如表7所示(電纜均為阻燃鎧裝電纜，價格來源為某廠家)。

由表7可得，僅就低壓交流電纜替換使用鋁合金電纜一項，可使電纜成本節(jié)省7.31萬元，折算節(jié)省0.154元/W。

表7 低壓交流電纜成本對比表

3 不同電纜類型選擇對橋架選型的影響和成本變化的對比

在分布式光伏系統(tǒng)中，屋面直流電纜的敷設(shè)通常采用橋架敷設(shè)。鋁合金電纜的轉(zhuǎn)彎半徑比銅芯電纜小，相同條件下可減小橋架安裝布局的空間，更易于敷設(shè)。可是同樣的應(yīng)用場景下，在同時滿足載流量和壓降的要求時，直流鋁合金電纜的選型規(guī)格或比銅芯電纜高1～2個檔位，交流鋁芯電纜的選型規(guī)格或比銅芯電纜高1～3個檔位，因此須要在橋架的經(jīng)濟選擇上綜合考慮轉(zhuǎn)彎半徑和電纜直徑兩個問題。低壓直流電纜目前的常規(guī)選型為銅芯70/95/120 mm2，如替換使用鋁合金電纜，在滿足技術(shù)性能條件下與選用銅芯電纜時橋架的選型進行對比（設(shè)一段橋架內(nèi)須要敷設(shè)10根阻燃鎧裝電纜，橋架填充率按不大于40%）。對比數(shù)據(jù)如表8、表9所示。

由表8、表9可知，低壓直流鋁合金電纜在升一檔時，橋架的選型可基本與銅芯時保持一致，價格影響很小；低壓直流鋁合金電纜在升兩檔時，橋架的選型除在70檔升至120檔有一定的差值外（成本增加44%），其余規(guī)格均與銅芯時價格相差不大。

表8 直流鋁合金電纜比銅芯電纜高一檔時的橋架選型對比

表9 直流鋁合金電纜比銅芯電纜高二檔時的橋架選型對比

低壓交流電纜目前的常規(guī)選型為銅芯95/120/150 mm2，如替換使用鋁合金電纜，在滿足技術(shù)性能條件下與選用銅芯電纜時橋架的選型進行對比（設(shè)一段橋架內(nèi)須要敷設(shè)10根阻燃鎧裝電纜，橋架填充率按不大于40%）。對比數(shù)據(jù)如表10、表11、表12所示。

表10 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高一檔時的橋架選型對比

表11 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高二檔時的橋架選型對比

表12 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高三檔時的橋架選型對比

由表10、表11、表12可知，低壓交流鋁合金電纜在升一檔時，橋架的選型規(guī)格平均可降低一個規(guī)格，單位成本價格下降約25%；低壓直流鋁合金電纜在升兩、三檔時，橋架的選型影響均不大，價格也基本與銅芯時持平。

低壓直流、交流電纜替換使用鋁合金電纜對橋架的規(guī)格選型、安裝費用整體影響很小，不是電纜替換的關(guān)鍵影響因素，酌情考慮即可。

4 結(jié)束語

分布式光伏發(fā)電項目中，在滿足電氣性能條件下，低壓交直流鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規(guī)格大一、二、三檔不等，但由于鋁合金與銅芯電纜的單價成本差異，鋁合金電纜依舊占有一定成本優(yōu)勢。而由電纜截面增大所引起的橋架成本變化對于整個光伏系統(tǒng)影響不大，且結(jié)合鋁合金材料自身強大的抗腐蝕能力，更輕更柔韌的特性，能彌補傳統(tǒng)銅芯電纜具有記憶效應(yīng)和高反彈性能等的不足，極大地方便了工程的運輸和施工的安裝。綜合考慮各種因素，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中鋁合金電纜的發(fā)展空間還是很大的。針對具體的工程項目，鋁合金電纜則還須要從成本、安裝、施工費用等各個方面做進一步的研究。相信隨著科技的發(fā)展，鋁合金的工藝水平不斷提高，它的應(yīng)用必將更加完善，進而能推進光伏發(fā)電行業(yè)的進一步發(fā)展。