分布式光伏發(fā)電在火電廠的應用研究

高力強

（徐礦集團新疆阿克蘇熱電有限公司，新疆阿克蘇 843000）

1 光伏方陣總體設計

徐礦阿克蘇電廠分布式光伏發(fā)電項目位于新疆阿克蘇地區(qū)阿克蘇市西工業(yè)園內，地理坐標為北緯41°4′37.65″，東經(jīng)80°10′19.55″。本項目設計光伏組件總裝機容量為1.1664 MWp，利用徐礦阿克蘇電廠推煤機庫混凝土屋頂、工業(yè)廢水處理間樓混凝土屋頂、翻車機室混凝土屋頂、石灰石庫彩鋼瓦屋頂?shù)?0個屋頂以及翻車機室周邊地面閑置空地和原水蓄水池的水面建設分布式光伏電站，共計12個區(qū)域（10個屋面、1處地面以及1處水面）布置光伏組件。

其中石灰石庫彩鋼瓦屋頂：面積約643m2，采用540 W 組件，平鋪，8個1×18 m 支架，8個1×9 m 支架，共計216塊組件，0.11664 MWp。組件布置主要以豎向兩列為主。東西兩列組件之間預留500 mm 運維檢修通道，沿屋脊處預留主通道、橋架及水清洗通道。

含煤廢水樓混凝土屋頂：面積約141m2，采用540 W 組件，2 個1×9 m 支架，間距3.8 m，共計18塊組件，0.00972 MWp。

工業(yè)廢水處理間樓混凝土屋頂：面積約445m2，采用540 W 組件，3個1×18 m 支架，3個1×9 m 支架，1個1×5 m 支架，1個1×4 m 支架，間距3.8 m，共計90塊組件，0.0486 MWp。

翻車機室混凝土屋頂：面積約803m2，采用540 W 組 件，7 個1×9 m 支 架，7 個1×5 m 支 架，7 個1×4 m 支 架，間 距3.8 m，共 計126 塊 組 件，0.06804 MWp。

輸煤生活樓混凝土屋頂：面積約269m2，采用540 W 組 件，1 個1×18 m 支 架，2 個1×5 m 支架，2 個1×4 m 支架，間距3.8 m，共計36 塊組件，0.01944 MWp。

輸煤綜合樓混凝土屋頂：面積約349平方米，采用540 W 組件，3個1×18 m 支架，間距3.8 m，共計54塊組件，0.02916 MWp。

檢修樓混凝土屋頂：面積約936m2，采用540 W組件，4個1×18 m 支架，10個1×9 m 支架，間距3.8 m，共計162塊組件，0.08748 MWp。

推煤機庫混凝土屋頂：面積約296m2，采用540 W 組件，4 個1×9 m 支架，間距3.8 m，共計36塊組件，0.01944 MWp。

脫硫綜合樓混凝土屋頂：面積約247m2，采用540 W 組件，1 個1×18 m 支架，1 個1×9 m 支架，1個1×5 m 支架，1 個1×4 m 支架，間距3.8 m，共計36塊組件，0.01944 MWp。

中水深度處理車間混凝土屋頂：面積約768m2，采 用540 W 組 件，8 個1×18 m 支 架，2 個1×5 m 支架，2 個1×4 m 支架，間距3.8 m，共計180塊組件，0.08748 MWp。

原水蓄水池：面積約2 126m2，采用540 W 組件，24 個1×18 m 支架，間距3.8 m，共計432 塊組件，0.23328 MWp。

南側地面部分：面積約6 383m2，采用540 W 組件，間距6.5 m，33個1×18 m 支架，13個1×9 m 支架，9個1×5 m 支架，9個1×4 m 支架，共計792塊組件，0.42768 MWp。

項目選用540 Wp 單晶單面組件共2 160塊，采用4、5、9、18塊一串，根據(jù)不同的屋面裝機容量選用的逆變器分別為15 kW，30 kW，40 kW，60 kW 以及100 kW。

2 電氣設計

根據(jù)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(wǎng)方式為“0.38 kV 低壓并網(wǎng)”，運行模式為“自發(fā)自用”。

2.1 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495.72 kWp。其中地面布置427.68 kWp 光伏組件（6臺60 kW 組串式逆變器）、屋頂布置68.04 kWp 光伏組件（1 臺60 kW 組串式逆變器）。

通過組串式逆變器轉換至0.38 kV，每3～4臺逆變器匯集至1臺配電箱，總計2臺配電箱。自2臺配電箱分別接入現(xiàn)有的配電室0.38 kV 側配電柜內，通過改造配電柜內的斷路器接入。

2.2 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194.4 kWp 光伏組件。其中檢修樓屋頂布置87.48 kWp 光伏組件（1臺30 kW組串式逆變器、1臺40 kW 組串式逆變器）、工業(yè)廢水間屋頂布置48.6 kWp 光伏組件（1 臺40 kW 組串式逆變器）、輸煤綜合樓屋頂布置29.16 kWp 光伏組件（1臺30 kW 組串式逆變器）、含煤廢水樓屋頂布置9.72 kWp 光伏組件（1臺15 kW 組串式逆變器）。

通過組串式逆變器轉換至0.38 kV 后，檢修樓2臺組串式逆變器匯集至1臺配電箱，其他4臺組串式逆變器匯集至1臺配電箱。自2臺配電箱分別接入現(xiàn)有配電室的0.38 kV 側配電柜內，通過改造配電柜內的斷路器接入。

2.3 接入點3（脫硫綜合樓）光伏接入方案

接入點3總計接入容量為155.52 kWp。其中石灰石庫屋頂布置116.64 kWp 光伏組件（1 臺100 kW 組串式逆變器）、脫硫綜合樓屋頂布置19.44 kWp 光伏組件（1臺15 kW 組串式逆變器）、推煤機庫屋頂布置19.44 kWp 光伏組件（1臺15 kW 組串式逆變器）。

通過組串式逆變器轉換至0.38 kV 后，2臺15 kW組串式逆變器至1臺配電箱，1臺100 kW 組串式逆變器接至1臺配電箱，自2臺配電箱分別接入現(xiàn)有配電室的0.38 kV 側配電柜內，通過改造配電柜內的斷路器接入。

2.4 接入點4（中水深度處理車間配電室）光伏接入方案

接入點4 總計接入容量為320.76 kWp，其中中水深度處理車間屋頂布置87.48 kWp 光伏組件（1臺30kW 組串式逆變器、1臺40 kW 組串式逆變器）、原水蓄水池水面布置233.28 kWp 光伏組件（2臺100 kW組串式逆變器）。

通過組串式逆變器轉換至0.38 kV 后，1 臺100 kW 組串式逆變器與1 臺30 kW 組串式逆變器匯集至1臺配電箱，另1臺100 kW 組串式逆變器與1臺40 kW 組串式逆變器匯集至1臺配電箱。自2臺配電箱分別接入現(xiàn)有配電室的0.38 kV 側配電柜內，通過改造配電柜內的斷路器接入。

2.5 主要電氣設備選擇

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

（2）交流并網(wǎng)柜。選用配電箱。

（3）光伏發(fā)電監(jiān)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(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，通過手機APP 或用戶計算機實時監(jiān)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塊有功0.5 S，無功2.0的電能表，共計8塊。

（5）無線通信部分。項目采用無線通信方式傳輸信息，在4個接入點分別配置1套無線采集終端裝置，用于上傳電流、電壓及發(fā)電量信息。

3 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。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。地面部分基礎形式為混凝土灌注樁基礎，支架采用碳鋼支架，地面部分安裝傾角33°，方位角0°。水上光伏區(qū)主要采用HDPE 一體化浮體，主要由光伏主浮體、走道連接浮體兩大部分組成。

4 消防設計

消防設計采用綜合消防技術措施，從防火、監(jiān)測、報警、控制、滅火、排煙、逃生等各方面入手，減少火災發(fā)生的可能，一旦發(fā)生也能在短時間內予以撲滅，使火災損失減少到最低程度，同時確保火災時人員的安全疏散。

另外，根據(jù)《建筑滅火器配置設計規(guī)范》（GB5O14O）及《電力設備典型消防工程》（DL5027）的有關規(guī)定，在光伏區(qū)及電氣設備旁配置手提式干粉滅火器，電氣設備預制艙內設置手提式滅火器。

5 環(huán)境保護

太陽能光伏發(fā)電是可再生能源，通過“光生伏打效應”將太陽能轉化為電能，屬于清潔能源發(fā)電，不排放任何有害氣體。

項目在施工期存在的主要環(huán)境影響為施工噪聲和揚塵，通過控制作業(yè)時間、作業(yè)方式，影響范圍和強度均可以控制，且施工結束后隨之消失。項目在運行期不產(chǎn)生任何廢氣、廢水和廢固，僅產(chǎn)生強度極低的電磁噪聲和電磁輻射，對周圍環(huán)境不會產(chǎn)生危害。項目建設過程中不存在地表開挖和植被破壞，設備基礎施工結束后回填修復，對生態(tài)環(huán)境亦無重大影響。項目逆變器安裝于屋面支架中，變壓器采用集裝箱式變壓器安裝于廠房兩側，配電柜安裝于電氣設備預制艙內，對外環(huán)境無噪聲影響。項目建成后對當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展將起到積極作用，既可以提供新的電源，又不增加環(huán)境壓力，具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。

6 節(jié)能降耗

項目利用清潔環(huán)保的太陽能建設光伏并網(wǎng)電站，依托屋頂和閑置空地布置光伏組件，既充分節(jié)約利用了寶貴的土地資源，同時實現(xiàn)了利用清潔綠色的太陽能資源發(fā)電。

在設計中采用先進可行的節(jié)電、節(jié)水及節(jié)約原材料的措施，能源和資源利用合理，各項設計指標達到國內先進水平，為光伏電站長期經(jīng)濟高效運行奠定了基礎，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保。

光伏發(fā)電沒有污染物排放，不消耗資源，本身就是節(jié)能項目。方案建成后，與相同發(fā)電量的火電相比，項目年發(fā)電量約160.11萬kW·h，若以燃煤火電為替代電源，按火電每kW·h 耗煤306.4 g 計算，則每年可節(jié)約標準煤490.59 t，減少排放二氧化碳1341.75 t、SO238.43 t、NOx17.61 t，對減輕環(huán)境污染、保護生態(tài)環(huán)境作用顯著，具有較好的環(huán)保效益。項目為分布式光伏發(fā)電項目，可以充分利用太陽能資源，改善園區(qū)用電結構，進一步優(yōu)化能源結構，減輕環(huán)保壓力，為實現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展提供有力支撐。

7 發(fā)電量及效益計算

項目設計安裝容量為1.1664 MWp，由PVsyst 軟件計算可得項目首年PR值為83.9%，考慮組件衰減后，可計算光伏電站在25年內的逐年發(fā)電量和25年的總發(fā)電量，見表1。

由表1可見，根據(jù)組件逐年衰減情況，計算出本電站建成后第一年上網(wǎng)發(fā)電量約為171.46 萬kW·h，首年可利用小時數(shù)約1 470 h，運行25年的總發(fā)電量約4002.83萬kW·h，年平均發(fā)電量約為160.11萬kW·h，25a 年均可利用小時數(shù)約1372.71 h。

表1 光伏電站全壽命上網(wǎng)電量計算表

本分布式光伏電站總裝機容量為1.1664 MWp。靜態(tài)投資523.54 萬元，單位千瓦靜態(tài)投資4488.48元/kW；動態(tài)總投資525.05萬元，單位千瓦動態(tài)投資4 501.49 元/kW。項目接入電價為0.4175 元／kW·h（含增值稅），資本金財務內部收益率為17.23%，投資回收期（所得稅后）為10.22 年，總投資收益率6.14%，投資利稅率為5.12%，項目資本金凈利潤率為19.79%。由此可以看出，項目可行。

8 結論

綜上所述，分布式光伏發(fā)電在徐礦阿克蘇電廠建成投運后，通過利用豐富的太陽能資源，可以為徐礦阿克蘇電廠提供大量的清潔電能，減少了碳排放，改善了空氣質量，具有明顯的社會意義。分布式光伏項目符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策要求，符合國家關于“碳達峰，碳中”和長遠規(guī)劃，符合新疆對煤電企業(yè)優(yōu)化升級高質量發(fā)展的總體要求，對保護區(qū)域環(huán)境、推進綠色轉型，以及電廠可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。