淺論風電和光伏發電在港口碼頭的應用研究

馬廣平

（廣東陽江港港務股份有限公司，廣東陽江 529500）

0.引言

“碳達峰、碳中和”雙碳目標的提出，給國內各工業企業提出了綠色能源的發展要求，而作為貿易的重要樞紐—港口碼頭的綠色低碳能源的普及也同樣勢在必行，港口碼頭作為中國海上貿易的關鍵節點，承擔著進出口貨物周轉、交易等重要任務，能源消耗也十分巨大。為了節能降碳，有必要從港口碼頭的能源供給側進行綠色低碳能源的變革。本文以廣東陽江港某港務公司的風電和光伏發電的研究為例，重點研究風電和光伏發電綠色低碳能源在港口碼頭推進“雙碳”目標過程中的可行性方案研究，給同類企業提供相應可參考的內容。

1.風電和光伏發電在陽江港實施的可行性研究

陽江港某港務公司位于廣東省陽江市西南方向的平岡鎮，與廣州港和湛江港共同組成廣湛水運體系，地理位置優勢十分突出，運輸吞吐能力能夠達到1600萬t以上，2萬t級以上泊位3個，規劃港口碼頭建設13座，是我國西南地區關鍵的出海口之一。目前陽江港的用電主要采用電網購電，目前年用電量500萬度，預計2022年年用電量提升至1000萬度，在“雙碳”目標的要求下，耗能壓力巨大。所以通過風力發電與光伏發電逐漸提高港口碼頭綠色電能的供電比例，以替代部分電網購電份額，可以實現大幅度提高綠色能源占比，從而減少港口碼頭碳排放。

1.1 風電可行性研究

1.1.1 風電實施的方案

（1）風機選址規劃。根據現場實際情況，綜合考慮風量、村莊、交通等因素，設定四個機位點，其坐標如表1所示。

表1 機位點統計表

（2）機組選型。根據陽江港所在區域的風力條件，機組最終定為GW140-3.4型號的風力發電機組，該機組額定發電功率為3.4MW，葉輪直徑140m，輪轂高度90m。該機組采用的是直驅永磁同步風力發電機組，其滿負荷輸出功率先流經變流器，之后再并入電網，由此成功解決了變流器發電側和電網側的頻率耦合和電壓耦合。基于以上優點，最終選擇該型號的風力發電機組。

（3）接入方式。本方案計劃接入陽江港10kV配電網內自我消納，實現自用、余電回饋。規劃建設4臺3.4MW風機，總容量13.6MW，2臺風機集中在1條集電路線后送出，風機集電途經采用10kV架空路線。

1.1.2 風電發電量和經濟性

選擇金風GW140/3.4機型，根據當地風資源及所選風機機型的功率曲線，估算風機理論發電量，計算時需考慮系統的損失折減，預估發電量能夠具有一定的規模，滿足區域內部分用電需要，如表2所示。

表2 風機發電量測算表

1.2 光伏發電的可行性研究

1.2.1 光伏發電實施的方案

（1）太陽能資源概況。太陽能資源的統計方法，采用行業權威的瑞士伯爾尼大氣實驗室的“Metronome氣象數據庫”數據作為設計依據，陽江港所在地的太陽能資源年平均輻射量為1309kW·h/m2。依據國內評價太陽能的標準—《太陽能資源評估方法》（QX/T 89-2008）的具體評價方法判定，陽江港的太陽能屬于Ⅲ類，已達到了可以具備較高發電量的能源豐富水準，具有明顯的資源開發和利用經濟價值。

（2）光伏發電方案。1）發電系統選擇方案。并網式光伏發電線路系統，所發的電能經由并網逆變器直接分派到負載上，欠缺的電能由電網來協助增補，溢出的電量則饋入電網實現饋網賣電。發電主力時間主要集中在8:00～16:00，處于用電尖峰段與高峰段電價最高時段，用電與發電的時間段較為一致，可產生較好的經濟效益。故可以利用陽江豐富的太陽能輻照資源，在陽江港新建倉庫頂建設4000kWp光伏發電系統，其升壓至10kV，連接陽江港的10kV母線，完成最終的并網[1]。2）光伏組件方案。目前國內主流廠商出產的規格大多數在335Wp到450Wp之間，綜合分析研判組件效力、技術質量水平的成熟性以及供應鏈收貨時的可選擇余地，擬選用單晶硅大功率電池組件，其規格為450Wp。3）逆變器設備方案。組串式逆變器優點較多[2]。表現為：①不受組串間模塊差別應用和無光遮擋的影響，同時降低光伏電池組件最大功率極值點與逆變器契合不佳的問題，盡可能的增加了發電量；②MPPT 路數多，組件配置更為靈活；③在雨霧天氣頻繁的部區，持續供電周期久；④構件小、占地面積小，方便運輸和安置，無需專業工器具、配電裝置和直流匯流箱；⑤自耗電低、故障影響小、更換維護方便等優勢，適用于屋頂與山坡光伏發電系統，所以本方案采用110kW的組串式逆變器。

1.2.2 光伏發電量和經濟性

依照太陽能輻射量、工況氣溫、具體位置、光伏輸出能量、輸出功率的衰減情況，本方案設定光伏發電系統的總效率81%，光伏組件首年衰減3%，第25年衰減不大于20%，計算25年的年均發電量，光伏發電平均年發電量375.51萬度，25年總發電量9387.81萬度，具有前景廣闊的發電規模。

1.3 經濟性評價

1.3.1 投資匡算

應用方案規劃總容量14.2MW，其中風電10.2MW，光伏發電4MWp，初步匡算總投資約9760萬元：包括風電投資約8160萬元（按8000元/kW匡算）和光伏投資1600萬元。資金主要用于建設所需的主要設備、輔助設備、安裝工程、建筑工程、勘查設計、前期費用及其他費用等[3]。

1.3.2 經濟效益

在陽江港實施的風電和光伏發電經濟評價分析，經過綜合測算，風電和光伏發電的投資收益如表3和表4所示。

表3 風電投資經濟評價結果

表4 光伏發電投資經濟評價結果

1.4 新能源對“雙碳”目標的促進影響

風電和光伏發電在陽江港建成后，預計每年可產生的新能源綠色電能約為2313.51萬度，折合年均至少可減少使用標準煤8328.6t、折算成二氧化碳減排達到23065.7t，削減二氧化硫排放約694.1t、減少氮氧化物排放約347t，將有效節約陽江港的用電耗能，提供可觀的新能源綠色電能，產生了良好的節能減排效果，為陽江港帶來極佳的綠色節能的示范效應。

2.總結

通過風電和光伏發電的綠色低碳新能源在港口碼頭的推廣應用，能有效降低港口碼頭的傳統用電耗能，雖然一次性投資具有一定規模，但從長遠看不僅節約了日常運行成本，還實現了低碳運行，為“雙碳”目標的推進做出了突出貢獻，所以在港口碼頭推廣風電和光伏發電等新能源的意義重大。