分布式光伏在與發電廠節能降耗聯動的研究應用

2022-11-10 09:40:54朱文杰

通信電源技術 2022年12期

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 發電廠情況介紹

阿克蘇熱電公司是響應國家西部大開發號召，以庫拜煤田開發建設俄霍布拉克煤礦為基礎的煤電聯動項目，是集環保、供熱為一體的熱電聯產項目。

阿克蘇熱電有限公司2×200 MW中間再熱凝汽式汽輪發電機組于2011年12月實現雙機投產，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，供電標煤耗和廠用電率等主要生產指標逐漸落后于主流大型發電機組[1]。

2 分布式光伏項目

為響應國家綠色轉型號召，同時為降低供電標煤耗及廠用電率，將分布式光伏項目與火力發電相結合，從而達到節能降耗的目的。

2.1 光伏選址

阿克蘇熱電公司分布式光伏發電項目位于新疆阿克蘇地區阿克蘇市西工業園內，利用徐礦新疆阿克蘇熱電廠公司內翻車機房、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域安裝光伏組件，既產生了經濟效益，又能與周圍景觀環境融為一體，形成場內另一道風景。

項目屬于“自發自用”的分布式光伏發電并網系統，項目統一規劃，北側廠前區與南側生產區分步實施。

2.2 光照分析

通過氣象站資料結合Meteonorm專業氣象信息數據查詢，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月份到達峰值，從10月份開始下降，12 月達到最低值 55 kW·h·m-2。

2.3 電氣設計

根據光伏單元的實際分布情況，結合變壓器容量、安裝位置及變壓器的實際負荷情況，并網方式為“400 V低壓并網”，運行模式為“自發自用”。

（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翻車機院內地面（東側）布置228.8 kW光伏組件（2臺100 kW 組串式逆變器）、翻車機院內地面（西側）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換至400 V，4臺逆變器匯集至1臺并網柜，后接入配電室400 V系統母線。

（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換至400 V，5臺逆變器匯集至1臺并網柜，后接入配電室400 V系統母線[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。籃球場地面布置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換至400 V，6臺逆變器匯集至1臺并網柜，后接入配電室400 V系統母線。

（4）接入點4（一樓化學配電室）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換至400 V，2臺逆變器匯集至1臺并網柜，后接入配電室400 V系統母線。

主要電氣設備選擇如下文所述。

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

（2）交流并網柜：選用配電箱。

（3）光伏發電監控部分：逆變器采用GPRS通信，每臺逆變器配置1套通信棒，把數據傳輸到云平臺，通過手機App或用戶電腦實時監控站內信息。

（4）計量部分：本項目在每個智能配電箱內配置1塊電能表，共計8塊。

2.4 土建設計

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

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

地面部分的基礎采用混凝土灌注樁基礎，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）太陽能電池組件規格的選擇。目前國內單晶硅市場，組件規格多為440 W、540 W、650 W。綜合考慮組件效率、價格及市場現貨等因素，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規模約1.1 MW，設計安裝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并網點，并網方案根據電網公司批復，采用400 V電壓等級，4個并網點。由光伏組件組串所發電力→經逆變器→低壓并網柜→接入廠用電配電系統400 V母線并網。

2.6 發電量估算及消納分析

光伏組件年系統效率衰減情況為第1年衰減2%，后續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電量進行估算，詳見表2。

表2 光伏電站全壽命上網電量計算表

依據衰減率算出本工程25年運行壽命內，發電量共計約3 340.18萬kW·h，年平均發電量約為133.61萬kW·h，25年年均可利用小時數約1 208.57 h。

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

3 節能降耗效果

分布式光伏項目容量1.1 MW，年平均上網發電量133.61萬kW·h，年節約標煤約403.41 t（供電標煤耗以 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電廠聯動具有明顯的經濟效益和環保效益。