劉海濤
摘要:經(jīng)濟的發(fā)展,促進社會對電力的需求也逐漸增加,這有效地推動了電力企業(yè)的發(fā)展。光伏發(fā)電以其明顯的優(yōu)勢被廣泛關(guān)注,大范圍的光伏電站建立起來。但是僅僅規(guī)模龐大的電站建設(shè)并不是我們真正追求的,只有整個領(lǐng)域得到長足發(fā)展、實現(xiàn)真正的經(jīng)濟收益才是我們的目的。因此,電氣設(shè)計作為電站建設(shè)中的重要一環(huán),我們應(yīng)給以足夠的關(guān)注。本文就大型光伏電站電氣設(shè)計展開探討。
關(guān)鍵詞:大型;光伏電站;電氣設(shè)計
引言
近年來,在國家節(jié)能減排的號召下,各行業(yè)均在攻堅克難的減少碳排放量,保護環(huán)境。伴隨補貼大幅縮水,投資成本降低,新形勢下,如何設(shè)計適應(yīng)我國新形勢并網(wǎng)光伏電站成為我們設(shè)計工程師深究的課題。
1國內(nèi)外現(xiàn)狀
有資料表明到2050年,美國電力供給的80%將來自可再生能源,其中光伏總裝機將達到300GW,占總電力裝機的27%。預計到2030年美國國內(nèi)50%的居民用電來自太陽能,相當于l00GW裝機容量。我國光伏產(chǎn)業(yè)在近幾年發(fā)展得非常迅猛,組件產(chǎn)量全球份額過半,光伏發(fā)電工程如雨后春筍般遍地丌花。2015年我國明確了今后能源發(fā)展的總體方略、行動綱領(lǐng)和行動計劃。計劃到2020年,非化石能源占一次能源消費比重達到15%,天然氣比重達到10%以上,煤炭消費比重控制在62%以內(nèi)。加快發(fā)展太陽能發(fā)電勢在必行,有資料表明,我國計劃到2020年光伏裝機累計達到150GW,其中地面電站70GW,分布式80GW。在這種情況下,完善和提高我國光伏電站的設(shè)計水平,己成為光伏電站要進一步發(fā)展的大形勢下的一個迫切的需求。
2光伏電站簡介
光伏電站的能量來源主要是太陽能,電站所運用的材料設(shè)備通常有逆變器、晶硅板等特殊材料,光伏電站和電網(wǎng)進行連接,同時將電能傳輸給相連的電網(wǎng),這樣便組成了一個完整的光伏發(fā)電體系。光伏電站以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢,已經(jīng)獲得我國的大力支持和推廣。光伏電站主要包括并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及獨立發(fā)電系統(tǒng),兩者之間的差別為是否帶有蓄電池。光伏發(fā)電的產(chǎn)品目前被應(yīng)用在以下三個方面:第一種是給沒有電能的地方供給電能;第二種是用于人們生活中的產(chǎn)品,例如太陽能電燈、太陽能充電器等;第三種是進行并發(fā)發(fā)電,這在我國暫時還沒有得到大范圍的普及應(yīng)用,但在發(fā)達國家已被成熟應(yīng)用。
3太陽能資源
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由蓄電池、光伏電池、交直流逆變器、太陽能是世界上最為豐富的永久能源,在能源問題日益凸顯的今天,太陽能光伏發(fā)電作為一種新興的可再生能源而受到廣泛關(guān)注。控制器等部件構(gòu)成的。蓄電池用于存儲從光伏電池轉(zhuǎn)換來的電力,光伏電池用于光電轉(zhuǎn)換,交直流逆變器用于交直流轉(zhuǎn)換,最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。控制器用于控制整個系統(tǒng)的全過程。相較于生物質(zhì)能發(fā)電和風力發(fā)電,光伏發(fā)電沒有噪音,沒有枯竭危險,安全可靠,絕對干凈。我國是太陽能資源相對豐富的國家,具有利用太陽能進行光伏發(fā)電的優(yōu)越條件。按照接受太陽能輻射量的大小,我國大致上可分為以下五類地區(qū):一類地區(qū)為太陽能資源最豐富地區(qū),二類地區(qū)為太陽能資源較豐富地區(qū),三類地區(qū)為太陽能資源中等類型地區(qū),四類地區(qū)為太陽能資源較差地區(qū),五類地區(qū)為太陽能資源最少地區(qū)。
4主要設(shè)備選擇
4.1光伏逆變器
光伏逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)核心,決定系統(tǒng)整體方案的設(shè)計決定系統(tǒng)整體壽命的長短決定系統(tǒng)整體效率的高低決定系統(tǒng)故障率的高低決定系統(tǒng)智能化的高低。根據(jù)光伏逆變器與系統(tǒng)連接方式分類:(1)集中型逆變器(單機功率≥100Kw);(2)組串型逆變器(分單相和三相輸出,單機功率≤30kW);3)微型逆變器(與單件組件配合使用,單機功率≤350W)。
4.2光伏系統(tǒng)配置
要使光伏系統(tǒng)設(shè)計更加科學合理,必須充分考慮以下因素:組串設(shè)計、最佳傾角設(shè)計、組件性能、影響因素、光伏組件安裝方式、前后排間距計算。
4.3光伏匯流箱
方陣連接盒是連接太陽電池方陣和逆變器專用器件,主要功能有太陽電池過載保護、雷擊保護、過壓保護、多路太陽能方陣并聯(lián)等功能。在設(shè)計選型時,重點要求箱體結(jié)構(gòu)、光伏組串過流保護、防雷、通信、顯示功能、外殼防護等級、安全、浪涌、環(huán)境要求、溫升等十個方面的因素。
5光伏電站電氣設(shè)計
5.1電氣主接線并網(wǎng)型
光伏電站的集電線路方案一般采用每個發(fā)電單元分別接入35kV配電裝置的方案。該方案簡單清晰、安全可靠、運行靈活、便于維護管理。站用電并網(wǎng)型光伏電站一般設(shè)置兩臺站用變壓器,一臺工作變壓器由市電電源引接,另一臺備用變壓器由發(fā)電廠內(nèi)的高壓配電裝置引接。站用變壓器一般主要為控制周邊負荷供電,不為就地逆變站的負荷供電。由于目前國內(nèi)光伏發(fā)電的電價比當?shù)剞r(nóng)電或市電價格高,在實際運行中,通常將引接在施工電源的變壓器作為工作變壓器使用,以降低運行成本。
5.2接地系統(tǒng)
光伏電站接地系統(tǒng)應(yīng)滿足《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》(GB50797-2012)光伏方陣接地系統(tǒng)要求,光伏方陣接地應(yīng)連續(xù)、可靠,接地電阻不大于4Ω。經(jīng)電氣計算、經(jīng)濟技術(shù)比較及方案論證,對于荒山光伏電站接地系統(tǒng)研究出一套集約型接地系統(tǒng)設(shè)計方案。集約型接地系統(tǒng)設(shè)計方案主要由水平接地系統(tǒng)、垂直接地系統(tǒng)以及自然接地系統(tǒng),根據(jù)現(xiàn)場施工難度,考慮光伏電站特性,光伏電站主接地網(wǎng)采用外圈閉合直埋方式,接地主網(wǎng)路徑與主要電纜通道結(jié)合,采用同溝敷設(shè)方式,支架之間采用明敷熱鍍鋅扁鋼直接相連方式,整個場區(qū)構(gòu)成一個完整的接地網(wǎng)絡(luò)。集約型接地系統(tǒng)設(shè)計方案是一種即能滿足光伏電站接地功能,又能減少施工工程量,減少對環(huán)境的破壞,很大程度上降低了工程投資,主要有以下優(yōu)勢:(1)投資低;(2)施工速度快;(3)環(huán)境破壞小;(4)負責地形調(diào)整靈活。
5.3光伏方陣的設(shè)計
光伏電池方陣設(shè)計要點:根據(jù)建筑光伏系統(tǒng)設(shè)計的容量和光伏組件的類型、規(guī)格、數(shù)量確定安裝位置和安裝方式;根據(jù)逆變器的額定直流電壓、最大功率跟蹤控制范圍、光伏組件的最大輸出工作電壓及其溫度系數(shù),確定光伏組件的串聯(lián)數(shù);根據(jù)逆變器容量及光伏組串的容量確定光伏方陣內(nèi)光伏組串的并聯(lián)數(shù);同一組串內(nèi),組件電性能參數(shù)宜盡可能一致,其最大工作電流Im的離散性應(yīng)小于±3%;光伏方陣應(yīng)高效利用太陽能的方位角和傾角方式安裝。
5.4預裝式變電站的選擇
預裝式變電站是將變壓器、多回路高壓開關(guān)系統(tǒng)、無功補償裝置、絕緣母線、繼電保護和變電站綜合自動化系統(tǒng)、電能計量及狀態(tài)監(jiān)測、視頻安防等電氣一次、二次設(shè)備,按照系統(tǒng)性、安全性、可靠性、易維護、一體化的原則安裝在一個全封閉框架式鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi),是集設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和服務(wù)于一體的交鑰匙型變電站產(chǎn)品。實現(xiàn)由傳統(tǒng)建設(shè)一座變電站向購買一座變電站的跨越。預裝式變電站特點如下:(1)節(jié)省土地、減少維護成本。集成變電站占地僅為常規(guī)電站的2/3,節(jié)省了大量土地資源。(2)工廠預制化、建設(shè)周期短。周期由原來4-5個月,縮短到2-3個月。(3)環(huán)保。全封閉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計,大大降低了變電站對外部的電磁污染,在運行過程中噪音明顯下降,且在光伏電站25年壽命期后回收可利用率高達95%。
結(jié)語
綜上所述,我國光伏并網(wǎng)裝備和關(guān)鍵技術(shù)逐漸被人們所重視,并且正在快速發(fā)展。電氣設(shè)計技術(shù)已經(jīng)十分成熟,但是在系統(tǒng)造價方面還有一定的進步空間。相信隨著我們不斷的努力,加之科學技術(shù)的進步,我國光伏發(fā)電領(lǐng)域一定會取得更好的成果。
參考文獻
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