光伏發電在大灣區綠色校園建設中的應用

文_袁全紅 唐聯耀 張寧 廣東科技學院機電工程學院

1 校園光伏發電的意義

1.1 建設綠色校園的需要

2017年，《國家教育事業發展“十三五”規劃》，對綠色校園建設和美麗校園建設進行了部署，確立了建設“綠色校園、智慧校園、未來校園”在教育事業發展中的戰略地位。2019年10月1日，國家標準《GBT51356-2019綠色校園評價標準 》正式實施生效。而廣東省地方標準《DBJ/T15-166-2019廣東省綠色校園評價標準》也于2019年12月1日起實施。

1.2 建設科技校園的需要

近年來光伏發電成本快速下降。2017年至今，光伏系統建造成本在三年內降低約30%，目前低至4元/W，其中組件低至2元/W。平價光伏跑步到來，必然迎來推廣應用的新高潮。2018年，教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，提出構建智慧校園，包括校園智慧食堂、智慧教室、智慧超市等，要實現隨時隨地智能感知，這就需要無處不在的電源保障，這為校園分布式光伏的發展提供了廣闊前景,特別是近來無線充電技術、柔性薄膜太陽能電池技術的快速發展帶來許多新機遇。

1.3 引領綠色建筑的需要

據調查，我國建筑物耗電量占電力消費總量的50%以上，因此建筑物節能是關鍵。近幾十年來，我國大學校園的建設快速增長。大學人員密集，能源消耗大，大學人均能耗可達城市平均能耗水平的3～6倍，因此，校園節能是建筑物節能的重點。為貫徹國家綠色發展戰略，節約資源，保護環境，規范建筑行業的高質量發展，推進可持續發展，住房和城鄉建設部發布國家標準《GB/T50378-2019綠色建筑評價標準》自2019年8月1日起實施。

校園建筑建設光伏發電不僅不占土地、經濟性好，而且綠色環保、節能減排。作為分布式綠色能源，光伏發電可以節省輸電線路，實現能源就地使用。有效降低校園公共建筑物對常規能源的消耗，電力消耗降幅33%～50%。光伏產品與屋頂之間形成空間緩沖層，且屋頂近20%的太陽光被用于發電，起到良好的防熱降暑作用，夏季能有效降低課室內溫度2～6℃，間接減少空調風扇的耗電量；冬季也可以減少熱量的發散，起到保溫作用。

1.4 建設美麗廣東、美麗大灣區的需要

廣東省是我國改革開放的前沿陣地，1979～2017年，按可比價格計算，地區生產總值年均增長12.6%。使廣東成為中國最具競爭活力的區域之一和世界重要的制造業基地。然而經濟的長期快速增長，卻也產生了生態欠賬、環境赤字的隱憂。廣東省委在全面深入學習貫徹習近平生態文明思想和視察廣東發表的重要講話精神，在準確把握全省生態環境保護新形勢的情況下順勢而為。2016年《廣東省環境保護“十三五”規劃》印發。2017年《南粵水更清行動（修訂本）（2017-2020年）》等印發。2018年《廣東省打贏藍天保衛戰2018年工作方案》、《廣東省打好污染防治攻堅戰三年行動計劃（2018-2020年）》等印發。并明確提出到2020年，廣東要實現環境質量狀況、綠色發展水平、生態環境治理能力走在全國前列，在2035年基本建成美麗廣東的宏偉目標。

2019年初，中共中央、國務院印發《粵港澳大灣區發展規劃綱要》，作為我國重大發展戰略，粵港澳大灣區的發展舉世矚目。然而，粵港澳大灣區每1萬美元GDP用水量為214.47m3，比東京灣區高30%，單位GDP能耗是國際三大灣區的兩倍左右。粵港澳大灣區空氣質量與國際一流灣區水平差距明顯，PM2.5年均濃度是同期國際一流灣區水平的3倍左右。地表水黑臭水體占比8.9%，而國際三大灣區已不存在地表水黑臭水體問題。對標國際三大灣區，能耗大、能效低、污染重、環境差是粵港澳大灣區發展的最大短板。積極開發利用新能源，低碳環保謀發展，成為粵港澳大灣區發展的當務之急。

2 大灣區校園建設光伏發電現狀

廣東省屬于我國三類太陽能資源帶，全年日照時數為2200～3000h，熱當量相當于170～200kgce。據統計，廣東省可安裝光伏系統的建、構筑物屋頂面積 8000萬m2，每年新增可安裝光伏的建筑屋頂超過 28萬m2(按全部新增屋頂面積10%計算)。截止2015年底，廣東省分布式累計容量600MW，僅利用已有屋頂面積6%。因此，在廣東省推廣屋頂光伏發電前景廣闊，而大學校園建設光伏項目具有積極地示范推廣意義。近年來大灣區的高校在光伏電站建設方面積極行動（見表1）。實踐表明，這些光伏電站都具有良好的經濟效益、環保效益。

表1 大灣區部分校園并網光伏發電項目

3 廣東科技學院松山湖校區光伏發電項目介紹

廣東科技學院松山湖新校區6棟12層實驗大樓南北縱向排列,建筑屋頂呈L形，開闊地面積為58.1m×20.7m，高度為41.5m，采光好，日照充分。

根據完工實驗樓屋頂形狀，確定總裝機為85.7kW。如果后期的3棟實驗樓屋頂在保持建筑功能的前提下略作修改，則每棟實驗樓屋頂光伏裝機容量可達到100kWp。6套屋頂光伏電站項目總投資為187.5萬元。根據松山湖管委會發布《東莞松山湖（生態園）節能低碳專項資金管理暫行辦法》文件，對分布式光伏發電項目根據裝機容量，補貼標準為0.018元/kW，故我校557kWp光伏發電項目可獲得補貼10萬元。所以項目實際總投資為177.5萬元，平均投資低于3.2元/W。

4 光伏發電效益分析

6棟實驗樓屋頂光伏發電全部建成后，總裝機可達557kWp。年均發電為569494kWh，按照我校平均電價為0.8元/kWh計算（生活電價0.66元/kWh，商業電價1元/kWh），年均節約電費45.6萬元。約4年就可以收回投資成本。按照自發自用占比70%，余電上網占比30%，并網電壓為0.4kV低壓。

光伏發電經濟效益可觀。按照固定收益模式計算，25年總收益為1045.2萬元，年平均投資收益為41萬元，年均投資收益率為23.8%；而根據成本回收模式計算，25年總收益為1025.3萬元。

2018年全國6MW及以上電廠發電標準煤耗308克，發電效率為42.2%，燃煤發電平均綜合廠用電率為6.70%，電網線路損失率6.03%。由于校園光伏自用為主（大于60%），是終端節能，故需要從煤炭開采、運煤、發電、送電等全過程來評價節能效果。2018年采煤洗選1t原煤能量消耗約為30kgce，則效率損失率為3%，據2008年的全國電煤運輸環節能源效率損失為4.1%則從采煤到用戶終端用電1kWh，總能效為32.96%，總煤耗約372.9gce，故用電終端相對于發電端的耗煤系數為1.2倍。

根據2018年全國火電廠單位發電量排放量，用電終端相對于發電端的排放量為1.2倍，可計算校園光伏的節能發電減排量：年均節約標準煤212t，減排CO2580t，減排廢水39.3t等25年各項節能減排的社會效益達576萬元，約為其發電收益的一半以上。

松山湖新校區是理工科專業的校區，實訓大樓屋頂安裝光伏，不僅可在樓頂發電，還是樓頂實驗室。校園光伏電站綜合了發電，變電，配電，輸電等多個環節，逆變器、斷路器、配電柜等電氣設備齊全，一次回路、二次回路完整，還有WIFI無線通訊、實時控制功能，可以作為學校電氣自動化、機電工程等專業學生的參觀教學和生產實踐基地。發電站安裝有完備的環境監測儀器（光、溫、濕、風等），通過后續適當擴充，就可以建成光伏發電實驗室，可以作為專業教師的科研基地，實現生產教學、科研、產業相結合。如華為的AI智能光伏運維平臺，能夠實現整個電站的自動監測，診斷，通過APP終端就能夠實時監控整個電站，通過發電站的云服務、大數據，可以打造成學校的物聯網生產實踐基地。

總之，校園建設屋頂光伏發電不占土地、經濟性好，綠色環保、節能減排，是積極建設綠色校園、共建低碳社會的體現符合綠色發展的新要求，順應全社會可持續發展的潮流，具有較好的可行性。