樓映珠1,蔡 陽2，陳 波3，徐林強(qiáng)4
(1.浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 東陽 322100；2. 浙江漢林建筑設(shè)計(jì)有限公司,浙江 杭州 310003；3. 溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,浙江 溫州 325000；4. 浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310014)
摘 要：針對(duì)建德市鐵路貨場(chǎng)屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,結(jié)合項(xiàng)目任務(wù)規(guī)模和太陽能資源,綜合分析項(xiàng)目的可行性。分析結(jié)果表明,本工程從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上看項(xiàng)目是可行的。
關(guān)鍵詞：太陽能光伏建筑一體化；屋頂分布式光伏；可行性
進(jìn)入21世紀(jì),人們對(duì)于能源的需求量日益增加,而煤炭、石油等化石燃料在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中仍占較大比例[1-2],如何更加有效地開發(fā)利用新能源已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),而加快太陽能光伏的開發(fā)利用也成為推動(dòng)我國實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措[3]。太陽能光伏建筑就是在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的革命性新技術(shù)。太陽能光伏建筑又稱太陽能光伏建筑一體化(BAPV,即Building Attached Photovoltaic),是將太陽能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)[4],此概念最早是在1991年被提出的[5]。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查報(bào)告顯示,光伏建筑一體化將成為城市建筑節(jié)能的市場(chǎng)熱點(diǎn),太陽能建筑業(yè)將是21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。本文針對(duì)建德市鐵路貨場(chǎng)屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,結(jié)合項(xiàng)目任務(wù)規(guī)模和太陽能資源,綜合分析了項(xiàng)目的可行性。
1.1 場(chǎng)址概況
建德市地處杭州市西部,錢塘江上游,杭州—黃山黃金旅游線的中段,位于北緯29°12′20″—29°46′27″,東經(jīng)118°53′46″—119°45′51″。東與浦江縣接壤,南與蘭溪市和龍游縣毗鄰,西南與衢州市衢江區(qū)相交,西北與淳安縣為鄰,東北與桐廬縣交界。東起乾潭鎮(zhèn)梓洲村(原姚村鄉(xiāng)梓洲村)雙門灶,西至李家鎮(zhèn)大坑源村盧桐源,長84.38 km；南起航頭鎮(zhèn)玨塘村,北至乾潭鎮(zhèn)大源村(原下包鄉(xiāng)大源村)石豹頭扶梯嶺,寬31.465 km?？偯娣e2 321 km2,占浙江省面積的2.28%(圖1)。
圖1 項(xiàng)目位置示意圖
建德市屬亞熱帶北緣季風(fēng)氣候,溫暖濕潤,雨量充沛,四季分明,年平均氣溫17.4 ℃,年均總降水量1 600 mm,日照充足,年均日照總時(shí)數(shù)為1 760 h。
新安江火車站是位于浙江省建德市白沙鎮(zhèn),建于1957年,是金千鐵路的一個(gè)車站,不辦理客運(yùn)業(yè)務(wù)。擬建分布式光伏項(xiàng)目主要利用新安江火車南站,1#、3#貨場(chǎng)屋頂。
1.2 太陽能資源
根據(jù)我國太陽能資源豐富程度的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),浙江省屬太陽能資源Ⅲ類地區(qū)。全年太陽輻照總量約1 124～1 368 kW·h/m2,年平均日照時(shí)數(shù)為1 650～2 105 h,累計(jì)年平均日照時(shí)數(shù)在6 h以上的可利用天數(shù)為153～200 d。
通過上述分析,項(xiàng)目所在地多年年均太陽輻射總量為4 415.04 MJ/m2。參照《太陽能資源評(píng)估方法(QX/T 89—2008)》,對(duì)項(xiàng)目所在地太陽能資源狀況進(jìn)行評(píng)估,由資源豐富程度等級(jí)表可以看出,項(xiàng)目所在地屬于太陽能資源豐富區(qū),具有很好的開發(fā)優(yōu)勢(shì)。
1.3 項(xiàng)目任務(wù)與規(guī)模
根據(jù)國家要求,每個(gè)省電網(wǎng)中的常規(guī)能源和再生能源必須保持一定的比例,隨著電網(wǎng)負(fù)荷的發(fā)展及國家能源發(fā)展戰(zhàn)略需求,應(yīng)大力發(fā)展清潔、可再生的能源。
本分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)為建德市供電電源的一個(gè)有益補(bǔ)充,可改變電網(wǎng)中較為單一的電源結(jié)構(gòu),有益于減少一次性能源消耗、減少對(duì)大氣的污染,同時(shí)也有利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,本工程的建設(shè)是必要的。所以,工程建成后,裝機(jī)容量比例很小,不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。
1.4 光伏系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及發(fā)電量計(jì)算
光伏組件種類選擇：考慮到晶硅電池成熟度較高,國內(nèi)外均有較大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)例,本工程擬選用265 Wp晶硅電池組件。
光伏組件的選擇：國內(nèi)主流廠商生產(chǎn)的多晶硅光伏組件應(yīng)用于大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的,其規(guī)格大多數(shù)為260 Wp和310 Wp系列。綜合考慮組件效率、技術(shù)成熟性、市場(chǎng)占有率,以及采購訂貨時(shí)的可選擇余地,本工程初選多晶硅光伏組件規(guī)格為265 Wp。
光伏陣列運(yùn)行方式選擇：本項(xiàng)目為屋頂光伏電站,依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn),本工程采用固定角度安裝式,屋頂頂部東、西方向近似6°,平行屋面平鋪方式。固定安裝單元方陣在設(shè)計(jì)過程中考慮能夠滿足屋頂設(shè)計(jì)的需要,因此組件布置為豎向20塊組件為一串排列,組件與組件之間留有20 mm空隙以減少方陣面上的風(fēng)壓。太陽能光伏支架安裝見圖2。
圖2 支架安裝圖
本項(xiàng)目推薦采用265 Wp多晶硅太陽能電池組件2 640塊,裝機(jī)容量約為699.6 kW。
從工程運(yùn)行及維護(hù)考慮,本項(xiàng)目采用組串式逆變器,逆變器容量為60 kW,數(shù)量為11個(gè)。
每一路多晶硅組件串聯(lián)的額定功率容量=265 Wp×20=5 300 Wp?？紤]逆變器效率及系統(tǒng)損失后,最終確定每個(gè)60 kW逆變器所配多晶硅太陽能電池組串并聯(lián)路數(shù)為12路。屋頂安裝客量見表1。
表1 屋頂安裝容量表
方位組件型號(hào)/Wp組串?dāng)?shù)量組件數(shù)量容量/kW1#貨場(chǎng)265661320349.83#貨場(chǎng)265661320349.8說明:每個(gè)組串約20個(gè)組件2640699.6
本期容量699.6 kWp光伏發(fā)電系統(tǒng)共需要60 kW逆變器11個(gè),配交流匯流箱3個(gè)。
本工程采用杭州輻射觀測(cè)站太陽能輻射資料及其他相關(guān)氣象資料,對(duì)擬建工程所在地區(qū)的太陽能資源進(jìn)行分析,初步估算本項(xiàng)目的首年發(fā)電量為：0.67 595 MW·h,等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)966.2 h；25年內(nèi)平均每年發(fā)電量為：0.61 768 MW·h,等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)882.9 h。
1.5 電氣
本工程為自發(fā)自用/余電上網(wǎng)型光伏發(fā)電項(xiàng)目,采用0.4 kV電壓等級(jí)匯集后接入建德市鐵路貨場(chǎng)(B2)配電室0.4 kV#5低壓開關(guān)柜上(新增)。配電室內(nèi)原設(shè)計(jì)的315 kVA變壓器更換為800 kVA變壓器。
本工程按“無人值班”(少人值守)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。電站采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的監(jiān)控方式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能滿足全站安全運(yùn)行監(jiān)視和控制所要求的全部設(shè)計(jì)功能。
1.6 節(jié)能降耗分析
該工程技術(shù)方案和設(shè)備材料、建筑結(jié)構(gòu)等方面,充分考慮了節(jié)能的要求,減少了線路的投資,節(jié)約了土地資源,并能夠適應(yīng)地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展。在工程設(shè)計(jì)中嚴(yán)格貫徹了節(jié)能、環(huán)保的指導(dǎo)思想。
1.7 社會(huì)效益可行性分析
項(xiàng)目處于建德市內(nèi),經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事業(yè)均有較大的發(fā)展,合理利用太陽能光伏發(fā)電適宜分散供電的優(yōu)勢(shì),在城市的建筑物和公共設(shè)施配套安裝太陽能光伏發(fā)電裝置,擴(kuò)大城市可再生能源的利用量,并為太陽能光伏發(fā)電提供必要的市場(chǎng)規(guī)模。促進(jìn)我國太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,做好太陽能技術(shù)的戰(zhàn)略儲(chǔ)備,選擇有優(yōu)勢(shì)性的地區(qū)建設(shè)太陽能光伏發(fā)電示范電站是光能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。優(yōu)化經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu),大力發(fā)展新能源的需要。同時(shí)以電力發(fā)展帶動(dòng)其它資源開發(fā),促進(jìn)人民群眾物質(zhì)文化生活水平的提高,推動(dòng)經(jīng)濟(jì)以及各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展。
項(xiàng)目所在地年均輻射量為4 415.04 MJ/m2。根據(jù)《太陽能資源評(píng)估方法(QX/T 89—2008)》中規(guī)定的以太陽能總輻射的年總量為指標(biāo),進(jìn)行太陽能資源豐富程度評(píng)估,該區(qū)域?qū)儆凇百Y源豐富”,較適合大型光伏電站的建設(shè)。
本工程經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)符合國家有關(guān)規(guī)定,從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上看項(xiàng)目是可行的。分布式光伏電站可以充分利用當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源,改善能源結(jié)構(gòu)。光伏電場(chǎng)的建設(shè)可以節(jié)約煤炭等一次能源及水資源,減少各類污染物的排放量,降低發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行成本,本工程的建設(shè)屬清潔能源,有明顯的環(huán)境效益。因此,該項(xiàng)目建成后,不僅提供電力,減少污染,節(jié)約資源,減少環(huán)境污染,還有著良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。
建議本工程業(yè)主在電站區(qū)域內(nèi)安裝太陽輻射測(cè)量裝置,取得一年的數(shù)據(jù)后,對(duì)本次分析的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、訂正等,并對(duì)發(fā)電量重新核算。
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LOU Yingzhu1, CAI Yang2，CHEN Bo3，XU Linqiang4
收稿日期：2016-10-13
作者簡介：樓映珠(1990—),女,浙江東陽人,助教,從事建筑工程技術(shù)研究工作。
中圖分類號(hào)：TK519
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號(hào)：1008-3707(2016)12-0035-03
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