分布式發(fā)電在建筑施工現(xiàn)場的應用

辛建龍，高泉，潘蜀，馬廣生，張東

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

1 概述

1.1 我國電力資源簡述

隨著社會經(jīng)濟工業(yè)化的快速發(fā)展，常規(guī)化石能源消耗日漸加劇，峰值將在2020～2030年出現(xiàn)。我國目前的能源結構以電力為中心，煤炭是基礎，石油、天然氣為重點，核能為輔助。其中電力70%左右是以煤炭為原料的火力發(fā)電。隨著化石能源的逐漸衰竭，開發(fā)可再生能源的重要性逐步顯現(xiàn)。項目建設光伏發(fā)電工程，是滿足未來國內(nèi)電力需求，應對能源危機途徑的新探索。

1.2 太陽能資源的分布

我國國家氣象局風能太陽能資源評估中心發(fā)布的我國日照資源分布圖如圖1所示。

按照日照輻射強度，上圖中將我國分為四類地區(qū)。

一類地區(qū)（最豐富帶）全年輻射量在6300MJ/m2以上。主要包括青藏高原、甘肅北部、寧夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部等地。

二類地區(qū)（很豐富帶）全年輻射量在5040～6300MJ/m2。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇中北部和安徽北部等地。

三類地區(qū)（較豐富帶）全年輻射量在3780～5040MJ/m2。主要是長江中下游、福建、浙江和廣東的一部分地區(qū)，春夏多陰雨，秋冬季太陽能資源還可以。

四類地區(qū)（一般帶）全年輻射量在3780MJ/m2以下。主要包括四川、貴州兩省。此區(qū)是我國太陽能資源最少的地區(qū)。

一、二、三類地區(qū)，年輻射量不小于3780MJ/m2，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。四類地區(qū)雖然太陽能資源條件較差，但仍有一定的利用價值。

合肥市平均年總輻射在1350kW·h/m2左右，根據(jù)我國太陽能資源區(qū)劃標準，合肥市屬于三類區(qū)，太陽能資源較豐富，具有良好的開發(fā)前景。

按接受太陽能輻射量的大小，一般以全年總輻射量和全年日照總時數(shù)表示。我國是太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2000 h。根據(jù)Meteonorm氣象數(shù)據(jù)庫，合肥市平均年總輻射量為1350kW·h/m2，屬于太陽能資源第三類地區(qū)，具有建設光伏發(fā)電項目較好的光照條件。

1.3 應用項目概況

筆者公司施工的交通銀行金融服務中心（合肥）項目一期和二期一階段工程位于合肥市濱湖新區(qū)CBD核心商務區(qū)，東臨徽州大道，南臨嘉陵江路，西臨西藏路，北至用地邊界。工程總占地面積8萬m2，建筑面積17萬m2，其中辦公生活區(qū)占地面積約8000m2，生活區(qū)彩鋼板臨時用房9棟，屋面總面積為1800m2。

該工程建設規(guī)模大，工期長，總工期為638d，用電量約為210萬度，需消耗大量外電網(wǎng)供電。為了節(jié)約用電，項目采用了分布式發(fā)電這項新技術，取得了成功經(jīng)驗。因此，本文以該工程應用分布式發(fā)電為例，重點從分布式發(fā)電的選型、分布式發(fā)電的計算和設計及經(jīng)濟分析、分布式發(fā)電系統(tǒng)概述、分布式發(fā)電的安裝與運行，以及應用效果等方面作了詳細介紹，為我國建筑施工現(xiàn)場推廣應用分布式發(fā)電提供了可參考資料。

2 分布式發(fā)電及其在建筑施工現(xiàn)場的應用

2.1 太陽能分布式發(fā)電的選擇

2.1.1 太陽能分布式發(fā)電計算

光伏發(fā)電是一種清潔的能源利用形式，既不直接消耗資源，同時又不釋放污染物、廢料，不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，也不會有廢渣的堆放、廢水排放等問題，有利于保護周圍環(huán)境，是一種綠色可再生能源。

項目通過建設50KWp太陽能光伏電站，利用太陽能進行發(fā)電，項目的建設，將在節(jié)省燃煤、減少 CO2、SO2、NOX、煙塵、灰渣等污染物排放效果上，起到積極的示范作用。

項目裝機容量為50KWp，25年內(nèi)年平均上網(wǎng)電量約為4.85萬kWh，與相同發(fā)電量的火電廠相比，每年減少標準煤消耗約17.5t，每年減輕排放溫室效應性氣體二氧化碳48.4t，每年減少排放大氣污染氣體SO2約1.5t、NOx約0.7t。

2.1.2 投資估算

晶體硅組件、逆變器等主要設備價格根據(jù)目前市場行情；建筑安裝工程、其他設備費用及其他費用造價根據(jù)合肥市光伏電站建設實際成本測算，計算出工程靜態(tài)總投資約46萬元。2.1.3財務評價指標（見表1）

項目財務評價指標 表1

工程投資46萬元，在度電補貼20年經(jīng)營期內(nèi)，平均凈資產(chǎn)收益率約21%，項目的財務內(nèi)部收益率高于基準收益率，凈現(xiàn)值大于零，財務盈利能力較強。因此，分布式發(fā)電站在施工現(xiàn)場應用在經(jīng)濟上可行。

2.2 分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)介紹

分布式光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)。

2.3 分布式發(fā)電系統(tǒng)設計

2.3.1 光伏本體設計

工程共選用220Wp多晶硅組件209塊，每19塊組件為1組串，每1組串為1光伏發(fā)電單元，共計11個發(fā)電單元。

工程光伏組件方陣采用順屋平鋪方式安裝，支架和緊固件采用鋁合金材料。材料型號根據(jù)合肥地區(qū)風、雪荷載計算，保證支架滿足25年運行期要求。

2.3.2 電氣部分設計

本工程裝機容量為46KWp，接入電網(wǎng)部分嚴格按照電力公司經(jīng)研所出具的接入系統(tǒng)方案執(zhí)行。光伏方陣所發(fā)電量接入并網(wǎng)逆變器，逆變?yōu)楣ゎl交流電后接入項目部現(xiàn)有400kVA變壓器低壓側0.4kV母線。

電氣部分，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)（含逆變器、配電裝置）、防雷、過電壓保護與接地、交流接入系統(tǒng)、電纜敷設及防火封堵等。

2.3.3 主要設備清單（見表2）

主要設備清單 表2

2.3.4 電氣系統(tǒng)（見圖3）

2.4 系統(tǒng)構成和發(fā)電流程

通過光伏組件將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行方式，可分為離網(wǎng)運行和并網(wǎng)運行兩大類。本工程為并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由光伏方陣、并網(wǎng)逆變器、開關柜、交直流電力網(wǎng)絡等組成。系統(tǒng)示意圖如圖4。

Lars Jensen表示，“按照目前的情況來看，我們暫時并不能看到事態(tài)有升級和擴大的趨勢，所以我認為目前沒有理由大驚小怪?！?/p>

本工程擬建設50KWp并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用多晶硅光伏組件作為光電轉(zhuǎn)換裝置，同時根據(jù)建設方案配置相應的接入系統(tǒng)。

2.5 主要設備選型

2.5.1 光伏組件

項目使用220Wp多晶硅光伏組件，共228塊，組件參數(shù)如表3。

組件參數(shù)表 表3

2.5.2 逆變器

逆變器初步擬選擇50kW并網(wǎng)型逆變器1臺。

2.6 分布式光伏電站的建設流程

2.6.1 建設流程

2.6.2 并網(wǎng)服務程序

①地市或縣級電網(wǎng)企業(yè)客戶服務中心為分布式光伏發(fā)電項目業(yè)主提供并網(wǎng)申請受理服務，協(xié)助項目業(yè)主填寫并網(wǎng)申請表，接受相關支持性文件。

②電網(wǎng)企業(yè)為分布式光伏發(fā)電項目業(yè)主提供接入系統(tǒng)方案制訂和咨詢服務，并在受理并網(wǎng)申請后20個工作日內(nèi)，由客戶服務中心將接入系統(tǒng)方案送達項目業(yè)主，項目業(yè)主確認后實施。

③380V接入項目，客戶服務中心在項目業(yè)主確認接入系統(tǒng)方案后5個工作日內(nèi)，雙方確認的接入系統(tǒng)方案等同于接入電網(wǎng)意見函。項目業(yè)主根據(jù)接入電網(wǎng)意見函開展項目核準和工程建設等后續(xù)工作。

④分布式光伏發(fā)電項目主體工程和接入系統(tǒng)工程竣工后，客戶服務中心受理項目業(yè)主并網(wǎng)驗收及并網(wǎng)調(diào)試申請，接受相關材料。

⑤電網(wǎng)企業(yè)在受理并網(wǎng)驗收及并網(wǎng)調(diào)試申請后，10個工作日內(nèi)完成關口電能計量裝置安裝服務，并與項目業(yè)主（或電力用戶）簽署購售電合同和并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議。合同和協(xié)議內(nèi)容執(zhí)行國家電力監(jiān)管委員會和國家工商行政管理總局相關規(guī)定。

⑥電網(wǎng)企業(yè)在關口電能計量裝置安裝完成后，10個工作日內(nèi)組織并網(wǎng)驗收及并網(wǎng)調(diào)試，向項目業(yè)主提供驗收意見，調(diào)試通過后直接轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運行。驗收標準按國家有關規(guī)定執(zhí)行，若驗收不合格，電網(wǎng)企業(yè)向項目業(yè)主提出解決方案。

⑦電網(wǎng)企業(yè)在并網(wǎng)申請受理、接入系統(tǒng)方案制訂、合同和協(xié)議簽署、并網(wǎng)驗收和并網(wǎng)調(diào)試全過程服務中，不收取任何費用。

2.7 分布式光伏電站的運行模式

屋頂電站在項目備案時可選擇“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”或“全額上網(wǎng)”模式。用戶不足電量由電網(wǎng)企業(yè)提供，上、下網(wǎng)電量分開結算，電價執(zhí)行國家相關政策。

“全額上網(wǎng)”項目的全部發(fā)電量由電網(wǎng)企業(yè)按照當?shù)毓夥娬緲藯U上網(wǎng)電價收購。

“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”是指分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力主要由電力用戶自己使用，多余電量接入電網(wǎng)，它是分布式光伏發(fā)電的一種商業(yè)模式，對于這種運行模式光伏并網(wǎng)點設在用戶電表的負載側，需要增加一塊光伏反送電量的計量電表或者將電網(wǎng)用電電表設置成雙向計量，用戶自己直接用掉的光伏電量，以節(jié)省電費的方式直接享受電網(wǎng)的銷售電價，反送電量單獨計量并以規(guī)定的上網(wǎng)電價進行結算。

2.8 太陽能分布式發(fā)電實施

項目在工人區(qū)臨建搭設時，對擬安裝太陽能光伏發(fā)電的6棟活動板房進行了加固處理，以滿足常規(guī)尺寸晶體硅電池板荷載要求。

項目利用生活區(qū)屋頂閑置空間，安裝容量50KWp，光伏并網(wǎng)電站。使用220Wp晶體硅電池組件228塊，采用順屋面平鋪方式安裝。電站所發(fā)電量就地并入項目部0.4kV電網(wǎng)。安裝前需采用方鋼加固活動板房，以滿足荷載要求，見圖5。

3 施工現(xiàn)場應用情況

項目部46kW太陽能電站，位于合肥市濱湖區(qū)。電站使用209塊220W太陽能電池板，安裝在6棟工人宿舍屋頂。平均每天可發(fā)150度電，供項目部辦公、生活區(qū)使用。

依據(jù)國家對度電補貼政策0.67元/度（0.42元/度國家補貼，0.25元合肥市補貼），該電站每年可獲得政府補貼資金3.7萬元。施工現(xiàn)場用電屬臨時用電，電費較高，太陽能電站每年可節(jié)約5.5萬元電費。經(jīng)測算該項目在運行第五年時可回收成本，剩余的20年運行期間可獲得度電補貼和節(jié)約電費收益總計183萬元（稅前）。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能優(yōu)先供辦公生活區(qū)負載使用，余電上網(wǎng)，當陰雨天氣太陽能發(fā)電不足時則從電網(wǎng)補充電能。太陽能發(fā)電系統(tǒng)一次性投入，后期免維護或少維護，每年可為建筑企業(yè)節(jié)約大量電費，并可享受國家對太陽能電站補貼政策。

針對建筑工地項目現(xiàn)場周期較短一般為3～4年，將太陽能發(fā)電系統(tǒng)設計為可移動式，當建筑項目完工時，可搬遷至另一項目地繼續(xù)使用，系統(tǒng)壽命為25年，至少可供6個以上的項目使用。

建筑工地臨時彩鋼板房保溫性能相對較差，在屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)后，可有效降低夏季日照對屋內(nèi)溫度的影響，減少空調(diào)、電扇等降溫設備的使用，起到了一定節(jié)能降耗的作用。

4 結 語

建筑施工現(xiàn)場采用太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)，充分利用施工現(xiàn)場場地，既符合綠色施工節(jié)能減排的要求，又能在一定程度上大大節(jié)約項目施工成本。太陽能分布式發(fā)電在施工現(xiàn)場具有較高的應用價值和推廣價值。項目初期雖然一次性投入成本較高，但從企業(yè)長遠利益及社會效益來看應該具有良好的投資回報。

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