工業(yè)類型建筑分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及消納分析

摘要： 通過PVsyst軟件分析了本項(xiàng)目各單體屋面光伏組件的分布情況，根據(jù)系統(tǒng)裝機(jī)容量確定系統(tǒng)逆變器配置及驗(yàn)算容配比，對(duì)系統(tǒng)并網(wǎng)方案做了技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性比選，得出低壓并網(wǎng)方案更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)比分析園區(qū)工作日、休息日各時(shí)段耗電量，橫向分析全年總發(fā)電量及自發(fā)自用電量等數(shù)據(jù)，整體消納占比高達(dá)80%以上，經(jīng)濟(jì)效益可觀且對(duì)節(jié)能減碳具有積極意義。關(guān)鍵詞： 分布式光伏發(fā)電; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 發(fā)電量計(jì)算; 消納分析

中圖分類號(hào)： TU852文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1674-8417（2024）08-0011-06

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.08.003

0引言

能源短缺、環(huán)境污染和氣候短缺已成為困擾世界各國(guó)的難題，太陽能因蘊(yùn)藏量大、清潔環(huán)保、分布廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)被人類寄予厚望，我國(guó)制定和發(fā)布了《中華人民共和國(guó)可再生能源法》等一系列政策法規(guī)，高度重視太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的發(fā)展。本文以某工業(yè)園區(qū)為例，采用廠房屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)所發(fā)電力供園區(qū)內(nèi)負(fù)荷使用，多余電力并入公共電網(wǎng)，系統(tǒng)采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的方式。分析10 kV高壓并網(wǎng)與0.4 kV低壓并網(wǎng)的差異，通過對(duì)園區(qū)用電特性、工作模式分析，嚴(yán)格計(jì)算光伏發(fā)電系統(tǒng)的消納情況，驗(yàn)證項(xiàng)目可行性及經(jīng)濟(jì)性。

1項(xiàng)目概況及用電特性

園區(qū)位于江西省贛州市章貢區(qū)，項(xiàng)目總用地面積171 992.00 m2，總建筑面積152 029.20 m2，最高建筑高度為31.90 m，最高建筑層數(shù)為7層。建筑功能主要為單高層廠房、單層倉(cāng)庫(kù)、多層研發(fā)廠房、多層宿舍，以及多層食堂等。地上共13棟建筑以及門衛(wèi)、垃圾收集點(diǎn)等配套，其中4棟生產(chǎn)廠房，2#廠房為單層戊類廠房，1#、3#廠房為單層丁類廠房，9#廠房為高層戊類廠房，4#廠房為多層研發(fā)戊類廠房，5#食堂為2層配套公建，6#～8#宿舍為多層配套宿舍，10#～13#為單層倉(cāng)庫(kù)，其中10#倉(cāng)庫(kù)為丙二類，11#、12#為甲二類倉(cāng)庫(kù)，13#為戊類倉(cāng)庫(kù)。

本項(xiàng)目為分期（共三期）開發(fā)項(xiàng)目，一、二期裝機(jī)總?cè)萘繛? 350 kVA，因工藝設(shè)備供電可靠性要求較高，擬向當(dāng)?shù)毓╇娋稚暾?qǐng)兩路獨(dú)立10 kV高壓專線供電，接入位于2#廠房首層的開閉所，由開閉所引至各變配電房高壓柜。1#變配電房設(shè)于1#廠房首層，內(nèi)設(shè)1臺(tái)1 250 kVA變壓器供1#廠房用電;2#變配電房設(shè)于2#廠房首層，內(nèi)設(shè)1臺(tái)1 600 kVA變壓器，供2#廠房及倉(cāng)庫(kù)用電;3#變配電房設(shè)于3#廠房首層，內(nèi)設(shè)1臺(tái)1 250 kVA變壓器，供3#廠房及倉(cāng)庫(kù)用電;4#變配電房設(shè)于6#宿舍首層附近，內(nèi)設(shè)1臺(tái)1 250 kVA變壓器，供宿舍、研發(fā)廠房、食堂等用電。

本項(xiàng)目1#～3#廠房生產(chǎn)用途分別為鈑金加工、噴涂、精工鋼構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)部門提供工藝設(shè)備用電功率，鋁板生產(chǎn)車間設(shè)備總功率為1 375 kW，噴涂車間設(shè)備總功率為1 050 kW，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)車間設(shè)備總功率為1 085 kW，污水和廢氣處理系統(tǒng)總功率為776 kW，鋁型材加工設(shè)備總功率為147 kW，同時(shí)配置其他照明、空調(diào)、消防設(shè)備等。工業(yè)園區(qū)工作日工作時(shí)間段為8∶00～17∶00、18∶00～3∶00，工作日休息時(shí)間段為0∶00～8∶00、12∶00～13∶00、17∶00～18∶00、23∶00～24∶00，節(jié)假日全天休息。

2裝機(jī)規(guī)模及發(fā)電量

本項(xiàng)目在1#廠房、2#廠房屋面鋪設(shè)光伏組件，屋面結(jié)構(gòu)形式為彩鋼瓦屋面，為不破壞建筑原有的防水及結(jié)構(gòu)，采用彩鋼瓦專用鋁合金夾具通過不銹鋼螺栓鎖緊的形式，使夾具與彩鋼瓦的瓦楞固定在一起，然后在夾具的上部安裝鋁合金導(dǎo)軌，光伏組件通過不銹鋼螺栓與鋁合金導(dǎo)軌固定在一起。光伏組件分布情況如表1所示。

項(xiàng)目點(diǎn)地理位置東經(jīng)114°55′，北緯25°52′。查Meteonorm數(shù)據(jù)庫(kù)獲取江西省贛州市章貢區(qū)年總輻照度為1 270.50 kWh/m2，根據(jù)GB/T 37526—2019《太陽能資源評(píng)估方法》劃定的等級(jí)，可知項(xiàng)目所在地屬于太陽能資源豐富地區(qū)，適合開發(fā)太陽能的利用，日照輻射量滿足［1］。

本項(xiàng)目共采用560 Wp 單晶硅光伏組件5 544塊，總裝機(jī)容量為3 104.64 kWp。根據(jù)GB 50797—2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.6.2條，光伏發(fā)電站發(fā)電量可按下式計(jì)算：

E_p=H_A×P_AZ／E_S×K

式中： E_P——光伏發(fā)電站發(fā)電量;

H_A——水平面太陽能總輻射量;

E_S——標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度（常數(shù)=1 kWh/m²）;

P_AZ——光伏電站的安裝容量;

K——綜合效率系數(shù)。

綜合效率系數(shù)K包括：光伏組件類型修正系數(shù)、光伏方陣的傾角、方位角修正系數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)可用率、光照利用率、逆變器效率、集電線路損耗、升壓變壓器損耗、光伏組件表面污染修正系數(shù)、光伏組件轉(zhuǎn)換效率修正系數(shù)［2］。

利用PVsyst軟件對(duì)本項(xiàng)目建設(shè)情況進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示系統(tǒng)效率約為85.6%，故理論發(fā)電量EP為337.64萬kWh。按GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》第5.2.9條，系統(tǒng)中多晶硅、單晶硅、薄膜電池組件自系統(tǒng)運(yùn)行之日起，一年內(nèi)的衰減率應(yīng)分別低于2.5%、3%、5%，之后每年衰減應(yīng)低于0.7%［3］，該項(xiàng)目首年衰減率為2%，之后每年衰減0.55%，經(jīng)計(jì)算首年發(fā)電量330.89萬kWh，25 a累計(jì)發(fā)電量7 748.66萬kWh，25 a平均發(fā)電量309.95萬kWh。

3系統(tǒng)并網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目光伏組件裝機(jī)容量3 104.64 kWp，系統(tǒng)配置28臺(tái)100 kW逆變器，容配比R=3 104.64（kWp）/2 800（kW）=1.11。原變配電系統(tǒng)供電總?cè)萘繛? 350 kVA，光伏發(fā)電系統(tǒng)可選10 kV或0.4 kV并網(wǎng)。

按照南方電網(wǎng)的要求，光伏并網(wǎng)點(diǎn)裝機(jī)容量不宜超過上級(jí)變壓器容量的25%;國(guó)家電網(wǎng)要求，光伏并網(wǎng)點(diǎn)裝機(jī)容量按照不超過對(duì)應(yīng)受電總負(fù)荷80%的原則設(shè)置。分布式光伏并網(wǎng)應(yīng)以簡(jiǎn)化接入技術(shù)要求、節(jié)省項(xiàng)目總投資，提高經(jīng)濟(jì)性為原則［4］。本項(xiàng)目高低壓接入條件均具備，就兩種并網(wǎng)方式進(jìn)行探討。

3.1系統(tǒng)10 kV并網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

太陽電池方陣將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤（MPPT）技術(shù)最大限度將直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC），輸出符合電網(wǎng)要求的交流電能，再經(jīng)過交流升壓變壓器將0.4 kV升壓至10 kV、通過并網(wǎng)柜與電網(wǎng)連接。系統(tǒng)共設(shè)2個(gè)高壓并網(wǎng)點(diǎn)，通過2個(gè)2臺(tái)2 000 kVA升壓變壓器接入公共電網(wǎng)。主要設(shè)備包括光伏組件陣列、并網(wǎng)逆變器、交流匯流箱、升壓變壓器、高壓并網(wǎng)柜、交直流電纜等。10 kV并網(wǎng)方案拓?fù)鋱D如圖1所示。

3.2系統(tǒng)0.4 kV并網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電能，再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的符合國(guó)家電能質(zhì)量要求的正弦波電流并入電網(wǎng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入考慮系統(tǒng)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)工程光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量和周邊電網(wǎng)實(shí)際接線情況，本項(xiàng)目可采用低壓0.4 kV并網(wǎng)方案，光伏系統(tǒng)分別接入廠區(qū)內(nèi)1#、2#、3#變壓器的0.4 kV低壓母線共3個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最大程度的光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電就地消納，經(jīng)濟(jì)效益最佳。主要設(shè)備包括光伏組件陣列、并網(wǎng)逆變器、交流匯流箱、低壓并網(wǎng)柜、交直流電纜等。0.4 kV并網(wǎng)方案拓?fù)鋱D如圖2所示。

3.3兩種并網(wǎng)方案比選

本文對(duì)高低壓兩種并網(wǎng)方案進(jìn)行分析對(duì)比。高低壓并網(wǎng)方案對(duì)比如表2所示。

對(duì)比兩種并網(wǎng)方案，10 kV高壓并網(wǎng)較0.4 kV低壓并網(wǎng)工程復(fù)雜，需要在變電所內(nèi)增加設(shè)置匯流設(shè)備室、變壓器室等機(jī)房，存在較大的實(shí)施難度。由于10 kV高壓并網(wǎng)為升壓后并入10 kV公共母線再經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)化為用電設(shè)備所需的電能，高壓并網(wǎng)存在升壓變壓器，消耗的無功占比較低壓并網(wǎng)大，此過程存在較多的損耗，不利于光伏發(fā)電系統(tǒng)的就地消納。經(jīng)測(cè)算，10 kV高壓并網(wǎng)較0.4 kV低壓并網(wǎng)成本增加18%，按照“就近接入、就地消納”原則，本項(xiàng)目最終采用0.4 kV低壓并網(wǎng)方案。

4消納分析

基于園區(qū)工作日、休息日各時(shí)段耗電量，查Meteonorm數(shù)據(jù)庫(kù)獲取江西省贛州市章貢區(qū)每月月輻照度，1月份月輻照度最低為57.10 kWh/m2，7月份月輻照度最高為171.10 kWh/m2，累計(jì)年總輻照度為1 270.50 kWh/mm2，模擬光伏出力情況，園區(qū)日負(fù)荷曲線，分析就地消納情況。其中以1月、7月為例，分析工作日及休息日的消納情況。1月工作日平均消納情況如圖3所示。7月工作日平均消納情況如圖4所示。1月休息日平均消納情況如圖5所示。7月休息日平均消納情況如圖6所示。

同理，由月輻照度，光伏出力情況，園區(qū)日負(fù)荷曲線模擬1—12月其余月份光伏發(fā)電及消納情況。光伏系統(tǒng)月發(fā)電量及就地消納統(tǒng)計(jì)如表3所示。

光伏系統(tǒng)節(jié)能減排效益如表4所示。

該光伏系統(tǒng)年總發(fā)電量達(dá)330.89萬kWh，其中自發(fā)自用電量285.94萬kWh，剩余44.95萬kWh上網(wǎng)，消納比例達(dá)86.42%，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

本項(xiàng)目不僅經(jīng)濟(jì)效益可觀，在節(jié)省燃煤、減少CO2、SO2、NOx、煙塵、灰渣等污染物排放效果上，也起到積極的示范作用。按照發(fā)電耗煤平均326 g標(biāo)煤/kWh，可計(jì)算1—25 a節(jié)能減排效益。

5結(jié)語

分布式光伏發(fā)電對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，本項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)江西乃至贛州地區(qū)的環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)，在能源利用上升級(jí)，打造成綠色生態(tài)工廠，并起到很好的標(biāo)桿示范作用。

綜上所述，本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)收益，有助于企業(yè)完成節(jié)能降耗指標(biāo)，每年能給企業(yè)帶來穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收益，具有較高可行性。本項(xiàng)目建設(shè)于太陽能資源較豐富的贛州市，具備良好的前期基礎(chǔ)條件和技術(shù)支撐，符合國(guó)家節(jié)能減排發(fā)展新能源的政策，有利于保護(hù)贛州優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和完成“十三五”節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)具有積極的意義。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50797—2012［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 50865—2013［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

［3］國(guó)家能源局.光伏發(fā)電系統(tǒng)效能規(guī)范：NB/T 10394—2020［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2020.

［4］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范：GB 55015—2021［S］.北京：中國(guó)建筑出版?zhèn)髅接邢薰荆?021.

［5］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.建筑光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51368—2019［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

［6］中國(guó)氣象局.太陽能資源評(píng)估方法：GB/T 37526—2019［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2019.

收稿日期： 20240313

Design and Consumption Analysis of Distributed Photovoltaic

Power Generation System for Industrial Buildings

GUAN Baofeng

（Shenzhen Yizhou Architects amp; Engineers Co.， Ltd.， Shenzhen 518000， China）

Abstract： Through PVsyst software，the distribution of photovoltaic modules on the single roof of this project is analyzed，and the inverter configuration and checking capacity ratio of the system are determined according to the installed capacity of the system.The grid-connected scheme of the system is technically and economically necessary，and it is concluded that the low-voltage grid-connected scheme has more advantages.Comparative analysis of the park’s power consumption in working days and rest days，horizontal analysis of the annual total power generation and spontaneous self-use electricity consumption and other data，the overall consumption accounted for more than 80%，with considerable economic benefits and significance for energy saving and carbon reduction.

Key words： distributed photovoltaic power generation; system design; calculation of power generation; consumption analysis