光伏發(fā)電在大灣區(qū)綠色校園建設(shè)中的應(yīng)用

文_袁全紅 唐聯(lián)耀 張寧 廣東科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

1 校園光伏發(fā)電的意義

1.1 建設(shè)綠色校園的需要

2017年，《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，對(duì)綠色校園建設(shè)和美麗校園建設(shè)進(jìn)行了部署，確立了建設(shè)“綠色校園、智慧校園、未來(lái)校園”在教育事業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。2019年10月1日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT51356-2019綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 》正式實(shí)施生效。而廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《DBJ/T15-166-2019廣東省綠色校園評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》也于2019年12月1日起實(shí)施。

1.2 建設(shè)科技校園的需要

近年來(lái)光伏發(fā)電成本快速下降。2017年至今，光伏系統(tǒng)建造成本在三年內(nèi)降低約30%，目前低至4元/W，其中組件低至2元/W。平價(jià)光伏跑步到來(lái)，必然迎來(lái)推廣應(yīng)用的新高潮。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，提出構(gòu)建智慧校園，包括校園智慧食堂、智慧教室、智慧超市等，要實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地智能感知，這就需要無(wú)處不在的電源保障，這為校園分布式光伏的發(fā)展提供了廣闊前景,特別是近來(lái)無(wú)線充電技術(shù)、柔性薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)的快速發(fā)展帶來(lái)許多新機(jī)遇。

1.3 引領(lǐng)綠色建筑的需要

據(jù)調(diào)查，我國(guó)建筑物耗電量占電力消費(fèi)總量的50%以上，因此建筑物節(jié)能是關(guān)鍵。近幾十年來(lái)，我國(guó)大學(xué)校園的建設(shè)快速增長(zhǎng)。大學(xué)人員密集，能源消耗大，大學(xué)人均能耗可達(dá)城市平均能耗水平的3～6倍，因此，校園節(jié)能是建筑物節(jié)能的重點(diǎn)。為貫徹國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，規(guī)范建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T50378-2019綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》自2019年8月1日起實(shí)施。

校園建筑建設(shè)光伏發(fā)電不僅不占土地、經(jīng)濟(jì)性好，而且綠色環(huán)保、節(jié)能減排。作為分布式綠色能源，光伏發(fā)電可以節(jié)省輸電線路，實(shí)現(xiàn)能源就地使用。有效降低校園公共建筑物對(duì)常規(guī)能源的消耗，電力消耗降幅33%～50%。光伏產(chǎn)品與屋頂之間形成空間緩沖層，且屋頂近20%的太陽(yáng)光被用于發(fā)電，起到良好的防熱降暑作用，夏季能有效降低課室內(nèi)溫度2～6℃，間接減少空調(diào)風(fēng)扇的耗電量；冬季也可以減少熱量的發(fā)散，起到保溫作用。

1.4 建設(shè)美麗廣東、美麗大灣區(qū)的需要

廣東省是我國(guó)改革開(kāi)放的前沿陣地，1979～2017年，按可比價(jià)格計(jì)算，地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長(zhǎng)12.6%。使廣東成為中國(guó)最具競(jìng)爭(zhēng)活力的區(qū)域之一和世界重要的制造業(yè)基地。然而經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期快速增長(zhǎng)，卻也產(chǎn)生了生態(tài)欠賬、環(huán)境赤字的隱憂。廣東省委在全面深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想和視察廣東發(fā)表的重要講話精神，在準(zhǔn)確把握全省生態(tài)環(huán)境保護(hù)新形勢(shì)的情況下順勢(shì)而為。2016年《廣東省環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》印發(fā)。2017年《南粵水更清行動(dòng)（修訂本）（2017-2020年）》等印發(fā)。2018年《廣東省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)2018年工作方案》、《廣東省打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》等印發(fā)。并明確提出到2020年，廣東要實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量狀況、綠色發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境治理能力走在全國(guó)前列，在2035年基本建成美麗廣東的宏偉目標(biāo)。

2019年初，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》，作為我國(guó)重大發(fā)展戰(zhàn)略，粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展舉世矚目。然而，粵港澳大灣區(qū)每1萬(wàn)美元GDP用水量為214.47m3，比東京灣區(qū)高30%，單位GDP能耗是國(guó)際三大灣區(qū)的兩倍左右?；浉郯拇鬄硡^(qū)空氣質(zhì)量與國(guó)際一流灣區(qū)水平差距明顯，PM2.5年均濃度是同期國(guó)際一流灣區(qū)水平的3倍左右。地表水黑臭水體占比8.9%，而國(guó)際三大灣區(qū)已不存在地表水黑臭水體問(wèn)題。對(duì)標(biāo)國(guó)際三大灣區(qū)，能耗大、能效低、污染重、環(huán)境差是粵港澳大灣區(qū)發(fā)展的最大短板。積極開(kāi)發(fā)利用新能源，低碳環(huán)保謀發(fā)展，成為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

2 大灣區(qū)校園建設(shè)光伏發(fā)電現(xiàn)狀

廣東省屬于我國(guó)三類太陽(yáng)能資源帶，全年日照時(shí)數(shù)為2200～3000h，熱當(dāng)量相當(dāng)于170～200kgce。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東省可安裝光伏系統(tǒng)的建、構(gòu)筑物屋頂面積 8000萬(wàn)m2，每年新增可安裝光伏的建筑屋頂超過(guò) 28萬(wàn)m2(按全部新增屋頂面積10%計(jì)算)。截止2015年底，廣東省分布式累計(jì)容量600MW，僅利用已有屋頂面積6%。因此，在廣東省推廣屋頂光伏發(fā)電前景廣闊，而大學(xué)校園建設(shè)光伏項(xiàng)目具有積極地示范推廣意義。近年來(lái)大灣區(qū)的高校在光伏電站建設(shè)方面積極行動(dòng)（見(jiàn)表1）。實(shí)踐表明，這些光伏電站都具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益。

表1 大灣區(qū)部分校園并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目

3 廣東科技學(xué)院松山湖校區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目介紹

廣東科技學(xué)院松山湖新校區(qū)6棟12層實(shí)驗(yàn)大樓南北縱向排列,建筑屋頂呈L形，開(kāi)闊地面積為58.1m×20.7m，高度為41.5m，采光好，日照充分。

根據(jù)完工實(shí)驗(yàn)樓屋頂形狀，確定總裝機(jī)為85.7kW。如果后期的3棟實(shí)驗(yàn)樓屋頂在保持建筑功能的前提下略作修改，則每棟實(shí)驗(yàn)樓屋頂光伏裝機(jī)容量可達(dá)到100kWp。6套屋頂光伏電站項(xiàng)目總投資為187.5萬(wàn)元。根據(jù)松山湖管委會(huì)發(fā)布《東莞松山湖（生態(tài)園）節(jié)能低碳專項(xiàng)資金管理暫行辦法》文件，對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目根據(jù)裝機(jī)容量，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.018元/kW，故我校557kWp光伏發(fā)電項(xiàng)目可獲得補(bǔ)貼10萬(wàn)元。所以項(xiàng)目實(shí)際總投資為177.5萬(wàn)元，平均投資低于3.2元/W。

4 光伏發(fā)電效益分析

6棟實(shí)驗(yàn)樓屋頂光伏發(fā)電全部建成后，總裝機(jī)可達(dá)557kWp。年均發(fā)電為569494kWh，按照我校平均電價(jià)為0.8元/kWh計(jì)算（生活電價(jià)0.66元/kWh，商業(yè)電價(jià)1元/kWh），年均節(jié)約電費(fèi)45.6萬(wàn)元。約4年就可以收回投資成本。按照自發(fā)自用占比70%，余電上網(wǎng)占比30%，并網(wǎng)電壓為0.4kV低壓。

光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益可觀。按照固定收益模式計(jì)算，25年總收益為1045.2萬(wàn)元，年平均投資收益為41萬(wàn)元，年均投資收益率為23.8%；而根據(jù)成本回收模式計(jì)算，25年總收益為1025.3萬(wàn)元。

2018年全國(guó)6MW及以上電廠發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗308克，發(fā)電效率為42.2%，燃煤發(fā)電平均綜合廠用電率為6.70%，電網(wǎng)線路損失率6.03%。由于校園光伏自用為主（大于60%），是終端節(jié)能，故需要從煤炭開(kāi)采、運(yùn)煤、發(fā)電、送電等全過(guò)程來(lái)評(píng)價(jià)節(jié)能效果。2018年采煤洗選1t原煤能量消耗約為30kgce，則效率損失率為3%，據(jù)2008年的全國(guó)電煤運(yùn)輸環(huán)節(jié)能源效率損失為4.1%則從采煤到用戶終端用電1kWh，總能效為32.96%，總煤耗約372.9gce，故用電終端相對(duì)于發(fā)電端的耗煤系數(shù)為1.2倍。

根據(jù)2018年全國(guó)火電廠單位發(fā)電量排放量，用電終端相對(duì)于發(fā)電端的排放量為1.2倍，可計(jì)算校園光伏的節(jié)能發(fā)電減排量：年均節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤212t，減排CO2580t，減排廢水39.3t等25年各項(xiàng)節(jié)能減排的社會(huì)效益達(dá)576萬(wàn)元，約為其發(fā)電收益的一半以上。

松山湖新校區(qū)是理工科專業(yè)的校區(qū)，實(shí)訓(xùn)大樓屋頂安裝光伏，不僅可在樓頂發(fā)電，還是樓頂實(shí)驗(yàn)室。校園光伏電站綜合了發(fā)電，變電，配電，輸電等多個(gè)環(huán)節(jié)，逆變器、斷路器、配電柜等電氣設(shè)備齊全，一次回路、二次回路完整，還有WIFI無(wú)線通訊、實(shí)時(shí)控制功能，可以作為學(xué)校電氣自動(dòng)化、機(jī)電工程等專業(yè)學(xué)生的參觀教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐基地。發(fā)電站安裝有完備的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器（光、溫、濕、風(fēng)等），通過(guò)后續(xù)適當(dāng)擴(kuò)充，就可以建成光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)室，可以作為專業(yè)教師的科研基地，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)相結(jié)合。如華為的AI智能光伏運(yùn)維平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)電站的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，診斷，通過(guò)APP終端就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)電站，通過(guò)發(fā)電站的云服務(wù)、大數(shù)據(jù)，可以打造成學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)實(shí)踐基地。

總之，校園建設(shè)屋頂光伏發(fā)電不占土地、經(jīng)濟(jì)性好，綠色環(huán)保、節(jié)能減排，是積極建設(shè)綠色校園、共建低碳社會(huì)的體現(xiàn)符合綠色發(fā)展的新要求，順應(yīng)全社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的潮流，具有較好的可行性。