分布式光伏發(fā)電在高速公路收費(fèi)站的應(yīng)用

蘇 濤

(廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對能源的需求日益增長，常規(guī)能源越來越供不應(yīng)求，人類將不得不面臨無能源可用的能源短缺危機(jī)，環(huán)境污染的加劇也導(dǎo)致了許多新的社會問題出現(xiàn)。隨著環(huán)保觀念的增強(qiáng)，人們開始逐步關(guān)注新能源的建設(shè)使用，利用太陽能正是應(yīng)對能源不足，保障可持續(xù)發(fā)展的有效手段，對分布式光伏發(fā)電的推廣應(yīng)用極為重要。

在高速公路領(lǐng)域中，機(jī)電系統(tǒng)的電力供應(yīng)目前仍是采用電負(fù)荷中心設(shè)置變配電設(shè)施，通過供電電纜傳輸電能，通過變壓器將變電站引來的中壓電轉(zhuǎn)換為低壓電，再通過配電柜集中配電后經(jīng)電力電纜進(jìn)行供電。高速公路收費(fèi)站用電包括收費(fèi)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、照明系統(tǒng)用電及生活用電等方面。收費(fèi)站服務(wù)區(qū)一般場地比較空曠，適合安裝光伏電站。

為促進(jìn)高速公路領(lǐng)域中新能源開發(fā)利用，拓展光伏發(fā)電應(yīng)用模式，打造生態(tài)低碳綠色型示范高速收費(fèi)站管理區(qū)，同時為積極響應(yīng)我國節(jié)能減排的新型政策，有效推動可再生資源的健康發(fā)展，踐行綠色通行的理念，在高速公路服務(wù)區(qū)中應(yīng)用分布式太陽能光伏發(fā)電是使用綠色能源的一種重要體現(xiàn)。另外，利用收費(fèi)站服務(wù)區(qū)內(nèi)建筑屋頂以及可用綠地等閑置場地既達(dá)到集約化土地資源的目的，又可為企業(yè)降低用電成本，節(jié)能減排。

1 工程案例

南寧市五塘收費(fèi)站管理區(qū)位于南寧市昆侖大道與外環(huán)高速交匯處，占地34畝。本次光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)為收費(fèi)站的辦公樓、職工宿舍樓、職工食堂、材料庫屋頂和一處園區(qū)空地，可利用屋頂安裝面積2 448 m2，可利用空地面積7 681 m2。剔除經(jīng)濟(jì)性較差的屋頂，實(shí)際可利用屋頂面積約1 814 m2，實(shí)際可利用空地面積2 812 m2。屋頂裝機(jī)容量140.5 kW，空地裝機(jī)容量159.5 kW，總裝機(jī)容量為300 kW。

本項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)行并網(wǎng)運(yùn)行方式，白天太陽電池方陣接受太陽光的照射，利用光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50 Hz、380 V的三相交流電，接入管理區(qū)低壓配電系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。項(xiàng)目同時配置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對電站運(yùn)行情況進(jìn)行全天候遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。

2 建設(shè)流程

項(xiàng)目自2015-11-15開工建設(shè)，于2016年5月正式發(fā)電運(yùn)營，已完成光伏支架基礎(chǔ)施工、支架安裝、光伏組件安裝、逆變器安裝、配電箱安裝、線纜敷設(shè)、防雷施工計量設(shè)備安裝、并網(wǎng)接入接線及并網(wǎng)驗(yàn)收等工作。

3 發(fā)電情況

五塘收費(fèi)站分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目于2016年正式發(fā)電運(yùn)營，收費(fèi)站于2016年8月正式開通，根據(jù)6～9月的實(shí)際用電量可以計算得出自發(fā)自用的比例為54.6%，見表1。

表1 五塘項(xiàng)目6～9月發(fā)電量完成情況表 (單位：度)

五塘收費(fèi)站分布式太陽能光伏發(fā)電示范項(xiàng)目共有5組逆變器機(jī)組，各地點(diǎn)逆變器分開進(jìn)行調(diào)試并且試運(yùn)行，本次選取飯?zhí)梦蓓?、宿舍屋頂及材料庫屋頂三個子陣的數(shù)據(jù)為代表分析項(xiàng)目一周發(fā)電情況。日期選在2016年5月1～7日(該時間段日照、天氣較具有代表性)。

3.1 項(xiàng)目發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率情況

計劃發(fā)電效率按照項(xiàng)目系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率80%進(jìn)行預(yù)測。三個子系統(tǒng)計劃發(fā)電與實(shí)際發(fā)電情況見表2、表3與圖1。

表2 5月1～7日計劃發(fā)電量情況表

表3 5月1～7日實(shí)際發(fā)電量情況表

圖1 三個子系統(tǒng)計劃發(fā)電量對比柱形圖

5月1～7日，三個子系統(tǒng)的計劃發(fā)電量為2 132 kWh，實(shí)際發(fā)電量為2 498 kWh，超出計劃17%，如圖2所示。

圖2 計劃發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量對比柱形圖

宿舍實(shí)際發(fā)電量是計劃發(fā)電量的113.44%；飯?zhí)脤?shí)際發(fā)電量是計劃發(fā)電量的119.7%；材料庫實(shí)際發(fā)電量是計劃發(fā)電量的119.98%。

從實(shí)際發(fā)電量上來看，系統(tǒng)超出預(yù)期發(fā)電指標(biāo)，發(fā)電量正常穩(wěn)定。

3.2 項(xiàng)目系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率情況

圖3 五塘300 kW分布式光伏發(fā)電效率圖

項(xiàng)目5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日平均系統(tǒng)效率宿舍81.57%81.41%81.97%81.30%81.05%81.24%80.67%81.32%飯?zhí)?1.05%81.57%81.41%81.57%81.57%81.41%81.97%81.51%材料庫81.97%81.24%81.41%81.83%81.83%80.30%82.04%81.52%

項(xiàng)目系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率>80%，大于正常標(biāo)準(zhǔn)值，見圖3、表4。

3.3 項(xiàng)目逆變器效率情況

圖4 逆變器平均效率對比圖

圖5 逆變器日平均效率圖

通過調(diào)取逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)，逆變器轉(zhuǎn)換效率均>98%，符合設(shè)計預(yù)期>96.2%的逆變器轉(zhuǎn)換效率，如圖4～5所示。

通過上述運(yùn)行數(shù)據(jù)綜合證實(shí)，本項(xiàng)目發(fā)電量達(dá)到預(yù)期發(fā)電目標(biāo)。

五塘項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)除6月份受園區(qū)配電室故障影響外，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未出現(xiàn)故障及安全問題，平均發(fā)電完成率為96.14%，9月份完成比例為99.07%，高于90%發(fā)電指標(biāo)。

自用電量方面，五塘收費(fèi)站6～9月光伏自用電量總量為70 939 kWh，占總發(fā)電量的54.2%，較項(xiàng)目預(yù)期存在部分差異，4個月里平均每月自用電量為17 735 kWh，較預(yù)期每月19 116 kWh低1 381 kWh。

4 后期運(yùn)維

本項(xiàng)目設(shè)計研發(fā)以無人值守或少人值守為方案，項(xiàng)目均配置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及自動開啟保護(hù)裝置，常規(guī)運(yùn)行中無需依靠人員值守。項(xiàng)目長期維護(hù)方面，本項(xiàng)目由專業(yè)隊(duì)伍提供專業(yè)的系統(tǒng)維護(hù)，以確保項(xiàng)目長期穩(wěn)定的發(fā)電收益，項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)方案如下：

4.1 運(yùn)維服務(wù)目標(biāo)

通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時數(shù)據(jù)穩(wěn)定即時采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時故障排查，對電站的潛在故障進(jìn)行實(shí)時分析和警報，防范潛在風(fēng)險，保證電站的高效穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到電站運(yùn)行的效益最大化，使得電站發(fā)電系統(tǒng)的年平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80%以上。

4.2 運(yùn)維服務(wù)模式[1]

本項(xiàng)目采取無人值守運(yùn)維模式。運(yùn)維專業(yè)人員只需定期到現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在發(fā)生不可預(yù)見故障時，運(yùn)維專業(yè)人員在故障發(fā)生的24 h內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障處理。同時借助數(shù)字化光伏電站平臺，運(yùn)維專業(yè)人員每天通過定制化的移動運(yùn)維智能終端，即可實(shí)現(xiàn)光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時掌握光伏電站運(yùn)行情況。

4.2.1 發(fā)電量報表

每日對電站運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督檢查，對電站發(fā)電量、各阻串轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行統(tǒng)計歸檔。

4.2.2 數(shù)據(jù)分析及發(fā)電量優(yōu)化

每月對電站發(fā)電量進(jìn)行整理統(tǒng)計，計算當(dāng)月電站系統(tǒng)平均轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電量完成率等。同時對比NASA數(shù)據(jù)，對電站當(dāng)月發(fā)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對電站異常情況組織排查，并制定整改措施。

4.2.3 發(fā)電量預(yù)測

根據(jù)南寧當(dāng)?shù)貧庀箢A(yù)測及NASA數(shù)據(jù)，預(yù)測下周電站發(fā)電量情況。

4.3 運(yùn)維服務(wù)流程

運(yùn)維服務(wù)流程見圖6。

圖6 運(yùn)維服務(wù)流程圖

5 效益分析

根據(jù)廣西物價局2015年4月17日最新頒發(fā)的《廣西壯族自治區(qū)物價局關(guān)于降低燃煤發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價和一般工商業(yè)用電價格的通知》，一般工商業(yè)用電價格為0.842 1元/度計算，度電補(bǔ)貼電價為0.42元/度，余量上網(wǎng)標(biāo)桿價格為0.44元/度。

五塘試點(diǎn)項(xiàng)目2016年6月正式進(jìn)入運(yùn)營階段，除6月份受園區(qū)配電室故障影響外，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未出現(xiàn)故障及安全問題，平均發(fā)電完成率96.14%，9月份完成比例99.07%，高于90%發(fā)電指標(biāo)。

自用電量方面，五塘收費(fèi)站6～9月光伏自用電量總量為70 939 kWh，占總發(fā)電量的54.2%。

按此計算項(xiàng)目投資收益，項(xiàng)目投資回收周期為7.87年，內(nèi)部收益率為9.93%，見表5。

表5 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

本項(xiàng)目裝機(jī)量為300 kW，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)五塘年平均日照時長為3.5 h，按光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率為80%計算，預(yù)計本系統(tǒng)年均發(fā)電量為28.9萬度。與同容量燃煤發(fā)電廠相比，以發(fā)電標(biāo)煤煤耗400 g/kWh計算，每年可節(jié)約標(biāo)煤110.4 t，相應(yīng)可減排燃煤所產(chǎn)生的SO2約9.2噸，減排NOx約4.6 t，減排CO2約305.7 t，減排碳粉塵排放約83.4 t。

6 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目具有投資省、安裝方便的特點(diǎn)，在滿足自發(fā)自用的前提下通過余量上網(wǎng)，達(dá)到增收節(jié)支的目的，有效降低區(qū)域電能使用成本，降低能耗。同時對于環(huán)境及生態(tài)保護(hù)具有顯著作用。

目前，高速公路已形成較完整的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中收費(fèi)站服務(wù)區(qū)擁有大量的閑置場地，并且區(qū)域用電需求穩(wěn)定，使用電量較大。因此，在國家政策保障的前提下，分布式光伏發(fā)電可按日照較長的區(qū)域與高速公路相結(jié)合，推廣應(yīng)用具有一定的前景。

[1]尹 淞，郝繼紅.我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用綜述[J].電力技術(shù)，2009，73(3)：1-4.