金 曼，馬任遠(yuǎn)，李 宗，韓 丁

（國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450000）

0 引 言

光伏發(fā)電作為太陽能利用的一種重要形式，具有不需要燃料、不污染環(huán)境、運(yùn)行費(fèi)用小、維護(hù)簡單及無噪音等優(yōu)點。

本文以園區(qū)綜合能源服務(wù)某220 kV變電站為依托，討論研究光伏發(fā)電在變電站中的應(yīng)用。

1 光伏電池

1.1 光伏電池選擇

（1）單晶硅與多晶硅對比

單晶硅光伏電池比多晶硅光伏電池的轉(zhuǎn)換效率稍高。采用這兩種光伏電池?zé)o論從系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率還是占地面積而言，都差別不大。然而，多晶硅光伏電池比單晶硅光伏電池產(chǎn)能要大的多，且有價格優(yōu)勢。因此，多晶硅電池比單晶硅電池更占優(yōu)勢。

（2）多晶硅與非晶硅對比

雖然非晶硅光伏電池具有最低的轉(zhuǎn)換效率，但它具有成本優(yōu)勢，即每瓦組件價格最低?？紤]到多晶硅與非晶硅電池效率（多晶硅電池效率大約是非晶硅電池效率的2 ～3 倍），非晶硅電池效率較低。同時，晶硅電池價格的不斷下滑，也使非晶硅的價格優(yōu)勢大為縮減，更加缺乏競爭力[1]。

多晶硅光伏電池的性價比最高，單晶硅次之，薄膜光伏電池性價比最差。本文推薦使用國內(nèi)光伏并網(wǎng)電站應(yīng)用中占據(jù)主流的多晶硅電池組件。

1.2 安裝方式選擇

目前，太陽能跟蹤系統(tǒng)尚不完善，而固定支架則結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，收益比較穩(wěn)定。各種運(yùn)行方式下的光伏電站現(xiàn)場如圖1 所示。

圖1 不同運(yùn)行方式的光伏電站現(xiàn)場圖

不同運(yùn)行方式的技術(shù)優(yōu)劣性比較如表1 所示。

經(jīng)過對固定式和跟蹤式兩種運(yùn)行方式的初步比較，考慮到本電站的工程現(xiàn)狀，本文推薦全部采用最佳傾角固定式支架。

2 光伏綠色能源在工程中的應(yīng)用

2.1 依托某220 kV 工程系統(tǒng)方案

變電站為無人值班變電站，但有運(yùn)維班駐守，站內(nèi)建筑物較多，結(jié)合電氣平面布置，將太陽能光伏板布置在建筑物的屋頂。這樣既合理利用了變電站空間，又不影響變電站各設(shè)備功能。

根據(jù)電氣平面布置圖和建筑圖，考慮到陽光照射方向、檢修方便等因素，本案例在運(yùn)維班駐地樓頂、10 kV 綜合配電室屋頂及主控樓屋頂建設(shè)太陽能光伏板。

在樓頂布置太陽能光伏板，以10 塊太陽能光伏板為一個安裝單元，每塊光伏板發(fā)電功率為250 W，故單個發(fā)電模塊發(fā)電功率為2.5 kW。

表1 多晶硅電池組件基本參數(shù)

運(yùn)維班駐地樓頂、主控樓屋頂各布置12 個模塊，10 kV 綜合配電室屋頂布置6 個模塊，每個模塊功率為2.5 kW，其總功率為45 kW。其中，運(yùn)維班駐地樓頂、主控樓屋頂模塊均為4 行3 列布置，10 kV 綜合配電室屋頂為2 行6 列布置。光伏發(fā)電設(shè)備布置于屋面，根據(jù)設(shè)備高度計算，需加設(shè)防雷設(shè)備，也可借用屋頂避雷帶進(jìn)行防雷保護(hù)，其設(shè)備布置如圖2 所示。

圖2 變電站設(shè)備布置圖

運(yùn)維班駐地樓頂、綜合配電室屋頂?shù)墓夥l(fā)電板使用組串式逆變器逆變?yōu)槿?80 V，經(jīng)匯流箱匯流、隔離變壓器隔離調(diào)相分別接入站用電Ⅰ、Ⅱ段母線。

根據(jù)站用電負(fù)荷統(tǒng)計，變電站經(jīng)常、連續(xù)負(fù)荷（配電裝置加熱、通風(fēng)機(jī)、有載調(diào)壓裝置等）約為80 kW， 其他負(fù)荷約為85 kW。經(jīng)過在運(yùn)維班駐地樓頂、10 kV綜合配電室屋頂及主控樓屋頂建設(shè)太陽能光伏板，安裝光伏總發(fā)電功率為45 kW，能滿足變電站經(jīng)常、連續(xù)負(fù)荷的一部分，減少站用變壓器荷載，延長了站用變壓器壽命。

光伏發(fā)電電量主要用于變電站經(jīng)常、連續(xù)負(fù)荷的一部分，不會出現(xiàn)發(fā)出的電量倒送入系統(tǒng)，故不用配置復(fù)雜的微網(wǎng)系統(tǒng)，減少了設(shè)備建設(shè)投資和運(yùn)行成本。

2.2 光伏綠色能源在變電站的配置

本次采用光伏板發(fā)電為變電站中站用負(fù)荷提供一定的發(fā)電量，可有效緩解站用變的荷載，可按照小型光伏發(fā)電裝置來設(shè)置。

主要部件為太陽能方陣、逆變器、匯流箱以及站用交流屏，其運(yùn)行模式為在有太陽輻射的條件下，將太陽能轉(zhuǎn)化為交流電，供給變電站站用負(fù)荷。額定輸出交流電壓為380 V 和220 V，功率因數(shù)大于0.9，系統(tǒng)效率大于85%。

2.3 光伏綠色能源費(fèi)用核算及效益分析

利用運(yùn)維班駐地樓頂、綜合配電室屋頂及主控樓屋頂設(shè)計光伏容量45 kW，根據(jù)地區(qū)日照條件，年峰值日照小時數(shù)約為1 350 h，系統(tǒng)安裝完成后，預(yù)計年發(fā)電量可達(dá)6.1×104kW·h[2]。

（1）節(jié)能減排效益分析

45 kW 屋頂光伏電站，按設(shè)計壽命25 年計算，共相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤648 t、減排489.6 t 碳粉塵、1 794.6 t二氧化碳（CO2）、54 t 二氧化硫（SO2）、27 t 氮氧化物（NOx）。以二氧化碳為當(dāng)量折合計算，減排溫室氣體的數(shù)量將達(dá)到1 923.5 t，減排效果明顯。

（2）經(jīng)濟(jì)效益分析

光伏系統(tǒng)中投入約為4 153.368 萬元，而收益可分為2 個方面。

對于發(fā)電收益（含政策補(bǔ)貼），變電站電費(fèi)為0.8元/kW·h（按市電價格計算），每年通過光伏發(fā)電可節(jié)約電費(fèi)收益約0.8 元/kW·h×6.1 萬kW·h=4.88 萬元。

對于減排收益，以二氧化碳當(dāng)量折合計算，每年減排溫室氣體的數(shù)量將達(dá)到76.8 t，按照80 元/t 的標(biāo)準(zhǔn)，每年減排收益為76.8 t×80 元/t=6 144 元。

年總收益為4.88萬元＋0.614 4萬元=5.494 4萬元，不含減排收益則年收益為4.88 萬元。

（3）無功調(diào)節(jié)效益

在變電站運(yùn)維班駐地樓頂、綜合配電室屋頂及主控樓屋頂上裝設(shè)小型光伏發(fā)電裝置不僅可有效緩解站用負(fù)荷高時對站用變的荷載，而且可對電壓進(jìn)行一定的無功調(diào)節(jié)，并有效調(diào)節(jié)電流波形畸變、頻率波動，保障站內(nèi)負(fù)荷正常運(yùn)行。

3 結(jié) 論

太陽能光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)市場應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大迅速，產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。在中國，國家大力推動光伏產(chǎn)業(yè)，不斷同國家大型工程項目、推廣計劃和國際合作，使其以前所未有的速度迅速擴(kuò)張。目前，太陽能光伏電池單位造價不斷降低，也使光伏發(fā)電在綜合能源改造變電站中的使用成為可能。