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        分布式光伏在上海國家會展中心節(jié)能改造中的應(yīng)用

        2017-03-27 01:54:34高文偉李慶來賀青龍邱慧芳上海東浩蘭生國際服務(wù)貿(mào)易集團有限公司上海00040上海東浩諾蘭生智慧科技有限公司上海0007
        綠色建筑 2017年5期
        關(guān)鍵詞:會展中心發(fā)電量屋頂

        高文偉,李慶來,賀青龍,邱慧芳[.上海東浩蘭生國際服務(wù)貿(mào)易(集團)有限公司,上?!?0040;.上海東浩諾蘭生智慧科技有限公司,上海 0007]

        近年來,中國光伏裝機容量逐年增長,見圖1。截至2016 年底,上海市光伏發(fā)電項目裝機容量已突破 30萬kW,項目涵蓋工廠、商業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校、家庭等。在上海開展太陽能光伏工程項目過程中,也經(jīng)常受到以下一些條件限制:土地資源緊張;高樓林立,空間條件限制;擁有屋頂產(chǎn)權(quán)的業(yè)主積極性不高;光伏項目合同期長,容易發(fā)生業(yè)主變更等情況;項目建設(shè)投資方融資困難。盡管受種種因素限制,但考慮到上海國家會展中心屋頂面積大、周邊遮擋少、平均電價貴、節(jié)能服務(wù)公司資金雄厚等眾多優(yōu)勢,分布式光伏發(fā)電項目必將為后續(xù)節(jié)能減排工作起到示范作用。

        圖1 中國光伏裝機容量統(tǒng)計

        1 光伏系統(tǒng)分類、構(gòu)成及運行方式

        1.1 光伏發(fā)電工程分類

        目前上網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電工程的形式主要有:光伏建筑一體化(BIPV)、地面太陽能發(fā)電場、屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)(BAPV)。

        (1) 光伏建筑一體化。光伏發(fā)電系統(tǒng)以建筑材料的形式作為建筑的一部分,通常為建筑屋頂和光照條件較好的建筑立面,發(fā)電多為建筑自用。

        (2) 地面太陽能發(fā)電場。利用地面專門的場地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        (3) 屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)。利用現(xiàn)有建筑的閑置屋頂,一般需要較大面積且朝向較好的建筑物屋頂。與其他光伏發(fā)電系統(tǒng)相比,屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有不占專門用地面積、可選光伏組件多、組件安裝方式比較自由、維護方便等突出優(yōu)點,尤其適合在工商業(yè)發(fā)達,缺乏可供開發(fā)利用空地的地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

        1.2 光伏系統(tǒng)構(gòu)成

        (1) 太陽能電池是把太陽能轉(zhuǎn)化成電能的最主要組件。商用的太陽能電池主要有以下幾種類型:單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、碲化鎘電池、銅銦鎵硒電池等,各類型主要性能參數(shù)見表1。

        表1 太陽能電池性能參數(shù)比較

        (2) 蓄電池的作用是儲存太陽能電池方針受光照時所發(fā)出的電能,向負荷供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池的基本要求是:自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護、工作溫度范圍寬、價格低廉。目前我國與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。

        (3) 充放電控制器用以防止蓄電池過充電或過放電,是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。充放電控制器一般應(yīng)具有如下功能:信號檢測、蓄電池最優(yōu)充電控制、蓄電池放電管理、設(shè)備保護、故障診斷定位、運行狀態(tài)指示等。

        (4) 并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,與獨立逆變器不同,它不僅要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電,而且要對交流電的頻率、電壓、電流、相位、同步等進行控制。還必須具備以下功能:自適應(yīng)調(diào)節(jié)電能質(zhì)量、最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)、防止“孤島效應(yīng)”、數(shù)據(jù)遠傳功能、較高工作效率及可靠性等。

        1.3 光伏系統(tǒng)運行方式

        太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行方式分為獨立運行方式和并網(wǎng)運行方式,并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)又分為分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要特點是所發(fā)的電能直接分配到用電負荷上,多余或不足的電力通過連接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。分散式又可分為可逆流和不可逆流兩大類??赡媪飨到y(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電能時將該電能送入電網(wǎng),光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等于用戶的用電量,電能不夠時由電網(wǎng)提供。這種系統(tǒng)不會出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)送電的情況。

        集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力通過逆變器并入公用電網(wǎng),把公用電網(wǎng)作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的載體,與公用電網(wǎng)實現(xiàn)高品質(zhì)的電能傳輸。

        2 國家會展中心光伏發(fā)電系統(tǒng)

        2.1 屋面光伏布置

        上海國家會展中心總建筑面積 147 萬 m2,其中擁有18 萬 m2辦公設(shè)施,本光伏發(fā)電項目只利用了部分辦公樓屋頂面積,共計 3 萬 m2左右。根據(jù)項目實際情況綜合考慮光伏組件效率、技術(shù)成熟性、綜合性價比以及采購訂貨周期等,本工程推薦選用多晶硅光伏組件規(guī)格 265 Wp,尺寸為1 650 mm×882 mm×35 mm。

        考慮盡可能小地影響建筑視覺效果,本項目光伏組件擬采用 10°傾角固定式安裝。單個屋面的光伏組件數(shù)量總計為 2 728 塊,整個項目光伏總裝機容量 2 168 kW。

        2.2 運行方式及接入方案

        上海國家會展中心當前電力供應(yīng)來自上海電網(wǎng),配備110 kV 降壓站,在各建筑單體內(nèi)設(shè)置有 10 kV 變電站,設(shè)有 UPS 不間斷供應(yīng)。3 個辦公單體內(nèi)設(shè)置 8 MVA 10/0.4 kV 降壓變壓器。

        本次光伏發(fā)電項目采用分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),總裝機容量 2 168 kW,每個區(qū)域選用組串式并網(wǎng)逆變器將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?,接至該區(qū)域 10 kV 變壓站的400 V 母線,總共設(shè)置 400 V 接入點 6 個,每個接入容量為 361.46 kW,光伏發(fā)電量基本能自行消納。組串式并網(wǎng)逆變器在室外掛墻安裝,額定容量為 50 kW,最大轉(zhuǎn)換效率≥99%,根據(jù)低壓總開關(guān)柜額定電流計算 361.46/(1.732×0.4)=521.74 A,選用 MNS 型低壓抽出式開關(guān)柜,其額定電流 630 A。

        2.3 發(fā)電量及項目投資概算

        2.3.1發(fā)電量估算

        影響光伏發(fā)電量的關(guān)鍵因素是系統(tǒng)效率,系統(tǒng)效率主要考慮的因素有:灰塵、雨水遮擋的功率損耗、直流交流部分線纜功率損耗、變壓器功率損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度等,設(shè)定光伏發(fā)電系統(tǒng)整體效率 80%。

        根據(jù)上海市全年太陽總輻射量 4 570 MJ/m2計算,折合標準日照條件(1 000 W/m2)下的日照峰值小時數(shù)總計為1 270 h。

        (1) 年發(fā)電利用小時數(shù)(發(fā)電當量小時數(shù))初始值為:1 270×80%(系統(tǒng)效率)=1 016 h ;

        (2) 本工程系統(tǒng)構(gòu)成:2.168 MWp 晶體硅組件固定安裝;

        (3) 光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率逐年衰減,整個光伏發(fā)電系統(tǒng) 25 a 壽命期內(nèi)平均年有效利用小時數(shù)也隨之逐年降低;

        (4) 本項目擬采用的光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率衰減速率為:首年衰減不超過 2.5%,10 a 衰減不超過 10%,25 a衰減不超過 20%;

        (5) 第 N 年發(fā)電量=初始年發(fā)電量×(1-N×組件衰減率)。

        計算可知,25 a 總發(fā)電量達 4 883 萬 kW·h,該項目年平均發(fā)電量 195.3 萬 kW·h,每年可為電網(wǎng)節(jié)省標煤約 595 t,減排 CO2約 1 590 t,減排大氣污染物 SO2約12.1 t, NOx約 4.1 t。

        2.3.2項目投資概算

        項目投資概算具體情況見表2。

        表2 總概算表

        2.4 發(fā)電效益計算

        光伏發(fā)電時間按照 9 點至 15 點考慮,光伏發(fā)電全部自用,對應(yīng)企業(yè)電價為峰值電價和平段電價,取其平均值 0.9元/kW·h 電作為計算基準,前 20 a 發(fā)電電價享受國家 0.42元/kW·h 的補貼。前 20 a 自發(fā)自用電價為 0.9+0.42=1.32元/kW·h,第 21~25 a 自發(fā)自用電價為 0.9 元/kW·h。

        本項目應(yīng)交納的稅金包括所得稅,所得稅按應(yīng)納稅所得額計算,本項目的應(yīng)納稅所得額為發(fā)電收入扣除成本后的余額,所得稅按 25% 征收。根據(jù)《中華人民共和國企業(yè)所得稅法實施條例》及《公共基礎(chǔ)設(shè)施項目企業(yè)所得稅優(yōu)惠目錄》規(guī)定,太陽能發(fā)電新建項目可以享受“三免三減半”的企業(yè)所得稅優(yōu)惠政策。通過對上述光伏發(fā)電量及發(fā)電收入計算,以工程建設(shè)(EPC)模式執(zhí)行,預(yù)計本項目靜態(tài)投資回報期為 7 a左右。

        3 結(jié) 語

        (1) 分布式光伏發(fā)電作為既有建筑節(jié)能減排的有效途徑之一,在國家及上海市相關(guān)政策及資金支持下,在上海市已經(jīng)取得了廣泛的推廣。

        (2) 公共建筑一般的用電高峰與太陽能光伏輸出的清潔能源同步,同時可以自行消納,因此在上海國家會展中心推廣實施光伏發(fā)電工程項目,不僅具有實實在在的經(jīng)濟收益,更起到了示范引領(lǐng)的作用。

        (3) 本項目由上海電氣建筑節(jié)能有限公司于 2016 年 11月完成施工圖設(shè)計,2017 年 2 月項目施工完成。

        (4) 2017 年 4 月,6 個并網(wǎng)接入點全部完成電力公司計量表計安裝。截至當前,2.168 MW 光伏發(fā)電項目已累計為上海國家會展中心提供了 20 萬 kW·h 綠色能源。

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