廣東某工業園分布式光伏發電項目

    隨著社會經濟發展,能源及環境問題日益引起全社會的關注,可再生能源的開發與利用顯得越來越迫切。近年來,我國面臨著煤、石油、電供應全面緊張的局面,能源供應與環境容量一直社會經濟發展的重要制約因素,新能源供應與開發在我國乃至全球顯得越來越重要。抓好工業園區能源開發與利用對新能源的發展起到非常大的作用。

    一、項目實施背景

    補給能源需求,緩解供電壓力

    2011年夏季,我國電力面臨的形勢與往年相比更為嚴峻和復雜,電力缺口總量非常巨大。年初以來,受經濟較快增長、部分受限高耗能企業產能釋放等因素影響,全國電力需求持續增長。推進分布式光伏發電,解決用電難問題迫在眉睫。

    滿足當地日益發展的能源需求

    隨著經濟的飛速增長,全區工農產業得到了快速發展,但當前在該工業園區處于上升勢頭的光伏太陽能、機械裝備、食品飲料、新材料等行業,均屬于對電力的需求及保障能力相對較高的行業。這些行業拉動了電力需求的增長。致使電力消費結構與產業發展效益極不對稱。當前石油加工煉焦及核燃料加工業、化學原料及化學制品制造業、非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業等工業,消耗了全區工業用電量的一半以上。2010年,該工業園區生產總值能耗高達0.833噸標準煤,而且隨著經濟的增長,未來該市對能源消費的需求還將不斷增加,有限的常規能源難以滿足當地的經濟發展,因此,利用光伏發電等新能源來補充和替代化石能源,來滿足當地能源需求具有重要的現實意義。

    保護環境、推進減排目標

    2011年,該工業園區所在區域(縣級)人均生產總值突破1.6萬美元,經濟的快速發展也使得土地、生態、環境承載力近乎于極限水平。當前該地區能源消費主要依靠化石能源,新能源利用率不高。常規能源的大量消費是造成地區二氧化硫、氮氧化物和氨氮等污染物排放的主要原因。隨著經濟的發展、城市的建設、工業化率不斷提高,該區仍將面臨巨大的改善環境質量與污染物持續減排的壓力。因此,利用該工業園區現有屋頂,建設分布式光伏發電電站,推進建設新能源示范城市建設,減少化石能源使用,提高新能源應用比例,是區域優化能源結構、保護生態環境、推動減排目標的重要措施。

    二、實施單位

    南方電網綜合能源有限公司

    三、案例詳情

    1、節電原理

    光伏發電是根據光生伏特效應原理(見圖1),利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。光伏發電系統主要由太陽能電池板(組件)、逆變器和控制器三大部分組成。因不涉及機械部件,所以光伏發電系統可靠穩定、壽命長、安裝維護簡便。

圖1 光生伏特效應原理

    分布式光伏并網發電系統就是光伏陣列產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電,并網發電系統中光伏方陣所產生電力除了供給交流負載外,少量多余的電力反饋給電網。在陰雨天或夜晚,光伏陣列沒有產生電能或者產生的電能不能滿足負載需求時就由電網供電。分布式光伏并網發電系統是分布式光伏利用的重要形式,也是電力需求側的重要節電技術。分布式光伏并網發電系統的結構如下圖2所示。

圖2 分布式光伏并網發電原理

    將光伏方陣與建筑的結合是一種常用的分布式光伏并網發電形式,特別是與建筑屋面的結合。由于光伏方陣與建筑的結合不占用額外的地面空間,是光伏發電系統在城市中廣泛應用的最佳安裝方式。從建筑、技術和經濟角度來看,太陽能光伏與建筑結合的分布式光伏并網發電有諸多優點:

    (1) 可以有效地利用建筑物屋頂,無需占用土地資源,這對于土地昂貴的城市尤其重要;

    (2) 可原地發電、原地用電,光伏陣列所發電力既可供給本建筑物負載使用,少量剩余電量也可送入電網;

    (3) 光伏發電系統在白天陽光照射時發電,該時段也是電網用電高峰期,從而舒緩高峰電力需求,達到節電效果;

    (4) 光伏組件一般安裝在建筑的屋頂及墻的南立面上直接吸收太陽能,可降低墻面及屋頂的溫升;

    (5) 并網光伏發電系統沒有噪音、沒有污染物排放、不消耗任何燃料,綠色環保;

    (6)當前,節能減排已成為政府考核企業的重要硬性指標,因可再生能源不計入能源消費總量,光伏發電“開源”的節能方式可成為企業完成指標的有效手段;

    (7)根據國家新能源規劃,2020年太陽能發電裝機規模將達到50GW(即5000萬千瓦),投資近萬億元,太陽能發電市場潛力巨大。項目的建設是積極響應國家新興產業經濟政策的重要實踐,具有良好的示范效應。

    2、項目適用對象

    屋頂分布式光伏并網發電 可以有效地利用建筑物屋頂,無需占用土地資源; 可原地發電、原地用電,光伏陣列所發電力既可供給本建筑物負載使用,少量剩余電量也可送入電網;光伏發電系統在白天陽光照射時發電,該時段也是電網用電高峰期,從而舒緩高峰電力需求,達到節電效果。所以屋頂分布式光伏并網發電系統適用于屋頂光伏資源充足,用電量大的工業園區、廠礦等地方。

    3、項目監測

    分布式光伏并網發電系統主要由光伏組件陣列、匯流箱、直流配電柜、逆變器、交流低壓柜、升壓變壓器等組成,最后產生的高壓交流直接并入電網。針對每個環節電力參數檢測的需要,采用光伏匯流采集裝置、直流檢測儀表及電力質量分析儀,分別應用于匯流箱、直流柜及交流柜中,并通過光伏發電監控系統實現后臺集中監控。

圖3是光伏發電監控系統組網示意圖

    建設光伏發電監控系統的意義在于:

    1)實現光伏發電系統設備的統一運行監控,數據的集中管理,給運行人員、檢修人員、管理人員等提供全面、便捷、差異化的數據和服務;

    2)成為光伏發電系統設備的承載系統,為光伏電站主要由光伏組件陣列、匯流箱、直流配電柜、逆變器、交流低壓柜、升壓變壓器等組成,最后產生的高壓交流直接并入電網。針對每個環節電力參數檢測的需要,采用光伏匯流采集裝置、直流檢測儀表及電力質量分析儀,分別應用于匯流箱、直流柜及交流柜中,并通過光伏發電監控系統實現后臺集中監控。

    3)建立統一的數據庫,為監控平臺和其它各種專業監控系統提供數據服務。

    四、節能效果

    南網能源廣東某工業園20MWp光伏發電集中應用示范項目總裝機容量為20MWp,靜態總投資為21,013.76萬元。工業園20MWp光伏發電集中應用示范項目預計年上網發電量1944萬kWh。下表1為本項目某廠區4.75MWp光伏陣列2013年國慶節期間(10月1日至7日)所發電量統計。

    該工業園20MWp光伏發電集中應用示范項目年上網發電量1944萬kWh,80%自發自用,物業所有者消耗,20%上網,平均電價為0.752元/度。項目投資靜態內部收益率約為11.10%,投資回收期10年。

圖4 光伏屋頂的組件排布

圖5 光伏并網逆變器

圖6 電度計量表

    五、市場潛力及推廣前景

    傳統的燃料能源正在一天天減少,與此同時全球還有約20億人得不到正常的能源供應。這個時候,人們把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能夠改變人類的能源結構,維持長遠的可持續發展。分布式光伏發電依靠其獨有的優勢,是最為值得推廣的新能源股之一。

    1、充分利用太陽能光伏發電符合當前的國家節能減排的政策,太陽能是一種值得大力推廣的清潔可再生能源,發展光伏發電有利于環境及生態的保護。

    2、分布式光伏并網發電場址區域一般現有的屋頂,不額外需要大片的土地面積。結構面積以及承載能力都需要能夠滿足太陽能光伏電站示范工程建設規模的需要,光照資源較為豐富,并且需要大量用電,就可以進行推廣分布式光伏發電。

    3、關鍵設備如晶體硅太陽電池組件及大型逆變器的技術水平已十分成熟,同時屋頂光伏電站系統建設的相關技術也已相當成熟,本項目太陽電池組件及逆變器的選型與設備的產業現狀相吻合。

    4、分布式光伏發電項目發出的電能可以就地供給企業自身使用,解決企業調峰用電的難題,促進當地工業經濟的順利發展,對提升當地太陽能應用的水平和相關配套產業的發展都有很好的促進作用。