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        庫房屋頂分布式光伏發(fā)電工程應(yīng)用前景的探討與思考

        2017-04-12 05:14:58樊紅濤邵文彬上海鐵路局上海機(jī)車檢修段
        上海鐵道增刊 2017年4期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架機(jī)車屋頂

        樊紅濤 邵文彬 丁 巍 上海鐵路局上海機(jī)車檢修段

        1 引 言

        光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù),利用光伏技術(shù)而產(chǎn)生的電能屬于可再生的清潔能源,符合國家的能源政策和產(chǎn)業(yè)政策,可以減少溫室氣體排放,減少成本支出,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

        2 概況

        上海機(jī)車檢修段(以下簡稱“檢修段”)于2014年12月29日正式成立,是鐵路總公司在全國規(guī)劃布局新建的七大和諧型大功率機(jī)車檢修基地之一,也是全國鐵路和諧型大功率機(jī)車運(yùn)用維修網(wǎng)之一。主要負(fù)責(zé)和諧大功率電力機(jī)車C4、C5修。目前,已經(jīng)具備 HXD2B、HXD3C、HXD3、HXD1B 和 HXD1D 等5種和諧型機(jī)型、7種修程的“多機(jī)型、多修程”檢修能力。2016年,檢修段年用電量為382.2萬kWh,折合成標(biāo)準(zhǔn)煤占用能總量的58.3%。從用能結(jié)構(gòu)而言,檢修段電能消耗是單位用能主體,如實(shí)施分布式光伏發(fā)電(自發(fā)自用,余量上網(wǎng))項(xiàng)目,不僅可以大幅降低電能消耗,節(jié)約電費(fèi)支出,而且還可以享受國家及地方政府的政策性補(bǔ)貼收入,對于企業(yè)經(jīng)營的“增收節(jié)支,提質(zhì)增效”方面具有一定的實(shí)際意義。

        3 光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施的必要性

        3.1 積極響應(yīng)國家新興產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)政策

        太陽能光伏發(fā)電是一種清潔可再生能源,符合國家的能源政策和產(chǎn)業(yè)政策,具有產(chǎn)品運(yùn)行周期長(壽命周期25y),系統(tǒng)建成后自動運(yùn)行安全可靠、保養(yǎng)維護(hù)簡單方便,光電轉(zhuǎn)換的過程中不向環(huán)境排放任何污染物,國家、地方政府根據(jù)光伏發(fā)電量多少進(jìn)行補(bǔ)貼,余電可回供電網(wǎng)出售,投資回收期適中等特點(diǎn),具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益,而且有利于提升企業(yè)形象。

        3.2 節(jié)能環(huán)保效益顯著

        檢修段年用電一直居高不下,隨著檢修工作量的不斷增加,電力消耗有不斷增長的趨勢;而另一方面,大量的屋頂資源卻被閑置(上海機(jī)車檢修段轉(zhuǎn)向架庫屋面面積19781m2,二年檢庫屋面面積26907m2。開發(fā)檢修段太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目正是利用既有的屋頂資源,建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),所發(fā)電量自發(fā)自用,余電上網(wǎng),從而減少檢修段每年的電費(fèi)支出,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

        根據(jù)國際能源署 (IEA)研究,我國的CO2排放指數(shù)為:0.814kg/kwh,同時(shí),我國火電廠每發(fā)電上網(wǎng)1kWh,需消耗標(biāo)準(zhǔn)煤305g,排放6.2g的硫氧化物(SOx)(脫硫前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))和2.1g的氮氧化物(NOx)(脫硝前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。如檢修段光伏發(fā)電每年平均發(fā)電260×104kwh,可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤793t,減排硫氧化物(SOx)16.1t,減排氮氧化物(NOx)5.5t(按火電廠同等發(fā)電量所消耗的能耗及污染物排放測算)。

        4 光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施的可行性

        4.1 工程實(shí)施技術(shù)分析

        4.1.1空間條件

        圖1 庫房屋面現(xiàn)狀圖

        檢修段擁有大面積的機(jī)車檢修庫房(如圖1所示),在光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用方面具有一定的先天條件,轉(zhuǎn)向架庫屋面面積19781m2,二年檢庫屋面面積 26907m2,總面積 46688m2,去除采光帶、通風(fēng)口、女兒墻等地方后,實(shí)際可安裝光伏面積在20000m2左右,可安裝總裝機(jī)容量:2215.84kWp,采用南北向安裝的智能雙組件光伏系統(tǒng)、7.2kW微型逆變器組,通過10kV高壓并網(wǎng)。光伏發(fā)電項(xiàng)目效果圖詳見圖2。

        圖2 智能雙組件光伏系統(tǒng)設(shè)置效果圖

        表1 檢修段光伏發(fā)電能力測算表

        4.1.2發(fā)電利用率

        檢修工作時(shí)間主要在上午8:00到下午16:00,光伏發(fā)電時(shí)間在上午7:00到下午17:00,與段用電時(shí)間基本吻合,光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量90%可以被段生產(chǎn)、辦公及時(shí)利用(自發(fā)自用經(jīng)濟(jì)效益最好),10%電力上網(wǎng)外送。因此機(jī)車檢修段光伏發(fā)電項(xiàng)目從段自身利用率較高來看,適合實(shí)施光伏發(fā)電項(xiàng)目。

        4.2 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

        4.2.1政策性補(bǔ)貼

        國家補(bǔ)貼:每發(fā)一度電,補(bǔ)貼0.3元,補(bǔ)貼時(shí)間為建成并網(wǎng)后20y。

        地方政府補(bǔ)貼:上海市每度補(bǔ)貼0.25元,補(bǔ)貼時(shí)間5y;江蘇省每度0.15元,補(bǔ)貼時(shí)間5y,省內(nèi)各市還有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn);浙江省每度0.1元,補(bǔ)貼時(shí)間5y,省內(nèi)各市還有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn);安徽省目前沒有省級補(bǔ)貼,省內(nèi)各市有各自補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn),如合肥市每度0.25元,補(bǔ)貼時(shí)間5y等。

        4.2.2發(fā)電效益分析

        檢修段二年檢、轉(zhuǎn)向架庫2處共可安裝5036塊440Wp多晶硅電池組件,總裝機(jī)容量為2215.84kWp,設(shè)備壽命周期平均為25y,投資估算為2156.2萬元。根據(jù)測算,年發(fā)電量平均約260萬度,項(xiàng)目竣工后的前5y,每年可取得340萬收益,第6y~20y,每年可取得271萬元收益,按照國家和上海市補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間,第21y~25y,因國家財(cái)政補(bǔ)貼取消,每年收益為190萬元,投資回收期約7y。具體詳見表1。

        上海全年平均輻射量1391kWh/m2,傾斜面上輻射為1491kWh/m2,系統(tǒng)效率約 82%,檢修段將安裝容量共2215.84 kW。因此,首年估算年發(fā)電量為:1491×82%×2215.84×97.5%=264.26萬kWh。

        綜上所述,檢修段庫屋頂光伏電站工程,充分合理的利用既有資源,積極響應(yīng)國家新能源戰(zhàn)略,符合環(huán)保綠色發(fā)展的方向,充分體現(xiàn)了上海鐵路局作為央企回報(bào)社會的責(zé)任感。同時(shí),利用既有檢修庫的閑置屋面設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng),可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此,本工程有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,具備實(shí)施條件。

        5 光伏項(xiàng)目實(shí)施時(shí)注意事項(xiàng)

        5.1 對既有庫房建筑核算結(jié)構(gòu)安全

        光伏發(fā)電工程是利用既有機(jī)車檢修庫房屋頂,因此需要原工程設(shè)計(jì)單位在考慮到不同廠家的設(shè)備重量及房屋結(jié)構(gòu)安全富余的情況下,以光伏發(fā)電荷載20kg/m2為核算結(jié)構(gòu)安全,對既有轉(zhuǎn)向架庫和二年檢庫檁條、屋面桁架、柱子以及樁基礎(chǔ)進(jìn)行了核算,確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

        5.2 抗風(fēng)掀試驗(yàn)印證

        由于增設(shè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)與屋面為柔性連接,光伏發(fā)電系統(tǒng)自身及與屋面的連接的防風(fēng)掀性能需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

        5.3 對既有庫房屋面漏雨情況進(jìn)行整治

        檢修段二年檢、轉(zhuǎn)向架庫頂有部分區(qū)域有漏雨、滲水現(xiàn)象,在實(shí)施屋頂分布式光伏發(fā)電工程之前需要進(jìn)行屋面整體整治,全面布設(shè)防水卷材,徹底解決漏水問題,避免實(shí)施光伏發(fā)電工程后無法再進(jìn)行防水漏雨整治工作的尷尬局面。

        5.4 研制并網(wǎng)方案,并報(bào)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T審批

        由于檢修段擬采用90%光伏發(fā)電量自用,10%的發(fā)電量上網(wǎng)。因此,對于光伏發(fā)電產(chǎn)生的短路電流、電壓波動、電能質(zhì)量、網(wǎng)點(diǎn)處功率因素、異常響應(yīng)等方面對于地方電網(wǎng)的影響均有所要求和考慮,需要研究光伏發(fā)電并網(wǎng)方案,并報(bào)當(dāng)?shù)仉娏芾聿块T進(jìn)行審批。

        6 后續(xù)建議

        6.1 推行試點(diǎn),積極落實(shí)

        光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)為國家重點(diǎn)支持的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一,且局內(nèi)可以開發(fā)用于光伏發(fā)電的屋頂資源非常廣闊,具有較大的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景,但一次性投入較大,建議由路局統(tǒng)籌安排,或者由路外單位以合同能源管理合作方式進(jìn)行參與。

        6.2 強(qiáng)化運(yùn)維,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

        項(xiàng)目建成后,建議由多經(jīng)專業(yè)公司負(fù)責(zé)對用電費(fèi)用、政府補(bǔ)貼進(jìn)行清算落實(shí),并制定和完善養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃,監(jiān)督計(jì)劃的落實(shí)。也可由該單位承擔(dān)運(yùn)維工作,在局內(nèi)按地區(qū)建立屬地化的維保隊(duì)伍,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),摸索出一套集設(shè)計(jì)施工、運(yùn)維、多元創(chuàng)效的樣板工程管理模式,為路局創(chuàng)造更大的效益。

        [1]中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.《上海機(jī)車檢修段屋頂光伏發(fā)電可行性研究》.2016.06.

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