广东某工业园分布式光伏发电项目

    随着社会经济发展,能源及环境问题日益引起全社会的关注,可再生能源的开发与利用显得越来越迫切。近年来,我国面临着煤、石油、电供应全面紧张的局面,能源供应与环境容量一直社会经济发展的重要制约因素,新能源供应与开发在我国乃至全球显得越来越重要。抓好工业园区能源开发与利用对新能源的发展起到非常大的作用。

    一、项目实施背景

    补给能源需求,缓解供电压力

    2011年夏季,我国电力面临的形势与往年相比更为严峻和复杂,电力缺口总量非常巨大。年初以来,受经济较快增长、部分受限高耗能企业产能释放等因素影响,全国电力需求持续增长。推进分布式光伏发电,解决用电难问题迫在眉睫。

    满足当地日益发展的能源需求

    随着经济的飞速增长,全区工农产业得到了快速发展,但当前在该工业园区处于上升势头的光伏太阳能、机械装备、食品饮料、新材料等行业,均属于对电力的需求及保障能力相对较高的行业。这些行业拉动了电力需求的增长。致使电力消费结构与产业发展效益极不对称。当前石油加工炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业等工业,消耗了全区工业用电量的一半以上。2010年,该工业园区生产总值能耗高达0.833吨标准煤,而且随着经济的增长,未来该市对能源消费的需求还将不断增加,有限的常规能源难以满足当地的经济发展,因此,利用光伏发电等新能源来补充和替代化石能源,来满足当地能源需求具有重要的现实意义。

    保护环境、推进减排目标

    2011年,该工业园区所在区域(县级)人均生产总值突破1.6万美元,经济的快速发展也使得土地、生态、环境承载力近乎于极限水平。当前该地区能源消费主要依靠化石能源,新能源利用率不高。常规能源的大量消费是造成地区二氧化硫、氮氧化物和氨氮等污染物排放的主要原因。随着经济的发展、城市的建设、工业化率不断提高,该区仍将面临巨大的改善环境质量与污染物持续减排的压力。因此,利用该工业园区现有屋顶,建设分布式光伏发电电站,推进建设新能源示范城市建设,减少化石能源使用,提高新能源应用比例,是区域优化能源结构、保护生态环境、推动减排目标的重要措施。

    二、实施单位

    南方电网综合能源有限公司

    三、案例详情

    1、节电原理

    光伏发电是根据光生伏特效应原理(见图1),利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、逆变器和控制器三大部分组成。因不涉及机械部件,所以光伏发电系统可靠稳定、寿命长、安装维护简便。

图1 光生伏特效应原理

    分布式光伏并网发电系统就是光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电,并网发电系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外,少量多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚,光伏阵列没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。分布式光伏并网发电系统是分布式光伏利用的重要形式,也是电力需求侧的重要节电技术。分布式光伏并网发电系统的结构如下图2所示。

图2 分布式光伏并网发电原理

    将光伏方阵与建筑的结合是一种常用的分布式光伏并网发电形式,特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间,是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式。从建筑、技术和经济角度来看,太阳能光伏与建筑结合的分布式光伏并网发电有诸多优点:

    (1) 可以有效地利用建筑物屋顶,无需占用土地资源,这对于土地昂贵的城市尤其重要;

    (2) 可原地发电、原地用电,光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用,少量剩余电量也可送入电网;

    (3) 光伏发电系统在白天阳光照射时发电,该时段也是电网用电高峰期,从而舒缓高峰电力需求,达到节电效果;

    (4) 光伏组件一般安装在建筑的屋顶及墙的南立面上直接吸收太阳能,可降低墙面及屋顶的温升;

    (5) 并网光伏发电系统没有噪音、没有污染物排放、不消耗任何燃料,绿色环保;

    (6)当前,节能减排已成为政府考核企业的重要硬性指标,因可再生能源不计入能源消费总量,光伏发电“开源”的节能方式可成为企业完成指标的有效手段;

    (7)根据国家新能源规划,2020年太阳能发电装机规模将达到50GW(即5000万千瓦),投资近万亿元,太阳能发电市场潜力巨大。项目的建设是积极响应国家新兴产业经济政策的重要实践,具有良好的示范效应。

    2、项目适用对象

    屋顶分布式光伏并网发电 可以有效地利用建筑物屋顶,无需占用土地资源; 可原地发电、原地用电,光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负载使用,少量剩余电量也可送入电网;光伏发电系统在白天阳光照射时发电,该时段也是电网用电高峰期,从而舒缓高峰电力需求,达到节电效果。所以屋顶分布式光伏并网发电系统适用于屋顶光伏资源充足,用电量大的工业园区、厂矿等地方。

    3、项目监测

    分布式光伏并网发电系统主要由光伏组件阵列、汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流低压柜、升压变压器等组成,最后产生的高压交流直接并入电网。针对每个环节电力参数检测的需要,采用光伏汇流采集装置、直流检测仪表及电力质量分析仪,分别应用于汇流箱、直流柜及交流柜中,并通过光伏发电监控系统实现后台集中监控。

图3是光伏发电监控系统组网示意图

    建设光伏发电监控系统的意义在于:

    1)实现光伏发电系统设备的统一运行监控,数据的集中管理,给运行人员、检修人员、管理人员等提供全面、便捷、差异化的数据和服务;

    2)成为光伏发电系统设备的承载系统,为光伏电站主要由光伏组件阵列、汇流箱、直流配电柜、逆变器、交流低压柜、升压变压器等组成,最后产生的高压交流直接并入电网。针对每个环节电力参数检测的需要,采用光伏汇流采集装置、直流检测仪表及电力质量分析仪,分别应用于汇流箱、直流柜及交流柜中,并通过光伏发电监控系统实现后台集中监控。

    3)建立统一的数据库,为监控平台和其它各种专业监控系统提供数据服务。

    四、节能效果

    南网能源广东某工业园20MWp光伏发电集中应用示范项目总装机容量为20MWp,静态总投资为21,013.76万元。工业园20MWp光伏发电集中应用示范项目预计年上网发电量1944万kWh。下表1为本项目某厂区4.75MWp光伏阵列2013年国庆节期间(10月1日至7日)所发电量统计。

    该工业园20MWp光伏发电集中应用示范项目年上网发电量1944万kWh,80%自发自用,物业所有者消耗,20%上网,平均电价为0.752元/度。项目投资静态内部收益率约为11.10%,投资回收期10年。

图4 光伏屋顶的组件排布

图5 光伏并网逆变器

图6 电度计量表

    五、市场潜力及推广前景

    传统的燃料能源正在一天天减少,与此同时全球还有约20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,人们把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。分布式光伏发电依靠其独有的优势,是最为值得推广的新能源股之一。

    1、充分利用太阳能光伏发电符合当前的国家节能减排的政策,太阳能是一种值得大力推广的清洁可再生能源,发展光伏发电有利于环境及生态的保护。

    2、分布式光伏并网发电场址区域一般现有的屋顶,不额外需要大片的土地面积。结构面积以及承载能力都需要能够满足太阳能光伏电站示范工程建设规模的需要,光照资源较为丰富,并且需要大量用电,就可以进行推广分布式光伏发电。

    3、关键设备如晶体硅太阳电池组件及大型逆变器的技术水平已十分成熟,同时屋顶光伏电站系统建设的相关技术也已相当成熟,本项目太阳电池组件及逆变器的选型与设备的产业现状相吻合。

    4、分布式光伏发电项目发出的电能可以就地供给企业自身使用,解决企业调峰用电的难题,促进当地工业经济的顺利发展,对提升当地太阳能应用的水平和相关配套产业的发展都有很好的促进作用。