王建民

(河南平煤神馬東大化學(xué)有限公司，河南 開封 475003)

太陽能是清潔的可再生能源，在現(xiàn)有的太陽能利用方式中，光伏發(fā)電是很有潛力的方式，不會產(chǎn)生大氣、水污染問題和廢渣堆放問題。

河南省太陽能資源分布基本均勻，年輻射值在4 680～5 220 MJ/m2之間，分布最好的地區(qū)在西北和東北的狹長地帶。根據(jù)各地區(qū)年輻射量的高低，將資源利用劃分為Ⅰ～Ⅳ四大區(qū)。河南省太陽能資源利用區(qū)劃分表如表1所示。

表1 河南省太陽能資源利用區(qū)劃分表Table 1 Regional division of solar energy resourceutilization in Henan Province

河南省年日照時數(shù)在1 953～2 644 h之間，2 200 h等值線自東向西大致穿過沙潁河與洪河，沿伏牛山北麓通過，豫東北部和豫中部形成兩個明顯的高值區(qū)，全年日照時數(shù)超過2 300 h。沙潁河和伏牛山以南為日照時數(shù)低值區(qū)，年日照時數(shù)低于2 200 h。根據(jù)《QX/T 89—2008 太陽能資源評估方法》判斷，開封地區(qū)為光照資源豐富地區(qū)，根據(jù)河南省太陽能資源利用區(qū)劃分表，此地區(qū)在河南省境內(nèi)屬于III 類地區(qū)中較好區(qū)域。綜上所述，本項目場址太陽能資源豐富，日照時間長，年內(nèi)變化穩(wěn)定，最佳利用時間集中，十分適合光伏電站的建設(shè)，具有較好的經(jīng)濟性。

“十四五”期間，河南平煤神馬東大化學(xué)有限公司(以下簡稱“東大化學(xué)”)堅持綠色發(fā)展理念，擬借助整體搬遷后的空間基礎(chǔ)優(yōu)勢，建設(shè)16 MW光伏可再生能源制氫項目。16 MWp光伏制氫項目包含制氫系統(tǒng)、光伏電站和儲能系統(tǒng)建設(shè)三部分。分布式光伏項目裝機容量為16 MWp，儲能項目儲能容量為27.12 MW·h，制氫項目為現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，增加電解設(shè)備。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

利用東大化學(xué)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)廠房、辦公樓屋頂、污水處理池上空、管道管廊、道路上方等可利用構(gòu)筑物上方建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，所產(chǎn)生的電能用于電解槽生產(chǎn)清潔能源——氫氣。經(jīng)研究本次總計安裝光伏組件29 630塊，裝機容量約16 MW，分布在廠區(qū)不同建筑物屋頂、空地、道路和管道支架上。

在產(chǎn)品技術(shù)成熟度高、運行可靠的前提下，結(jié)合電站周圍的自然環(huán)境、施工條件、交通運輸?shù)臓顩r，選用行業(yè)內(nèi)的主導(dǎo)光伏組件類型。再根據(jù)電站所在地的太陽能資源狀況和所選用的光伏組件類型，計算出光伏發(fā)電站的年發(fā)電量，最終選擇出綜合指標最佳的光伏組件。

商用的光伏組件主要有以下幾種類型：單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件、非晶硅光伏組件、碲化鎘光伏組件、銅銦硒光伏組件等。光伏組件性能參數(shù)比較如表2所示。

表2 光伏組件性能參數(shù)比較Table 2 Comparison between performance parameters of photovoltaic modules

綜合發(fā)電效率與占用面積、發(fā)電成本、對應(yīng)其他工程投資、量產(chǎn)比例等因素，本工程選用540 W單晶硅光伏組件。

采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的并網(wǎng)方式，所發(fā)電量用于廠區(qū)新增通過組串式逆變器將光伏組件直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后通過升壓箱變進行升壓，通過開關(guān)站進行電能的匯集以及輸出，最終以0.4 kV或者10 kV電壓等級并入公司配電網(wǎng)。16 MW光伏發(fā)電系統(tǒng)最大出力約1.40萬kW·h，25年年均發(fā)電量1 610 萬kW·h(全部自用)，主要用于新增的電解槽生產(chǎn)清潔能源氫氣。電解槽年用電量約為5 375萬kW·h，其他動力年用電量約為347.5 萬kW·h，電解槽及其他動力平均負荷約為6 344 kW，光伏最大出力時段剩余電量存入配套的儲能系統(tǒng)，故本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量接入東大廠區(qū)后能完全消納，不存在棄光現(xiàn)象。

2 儲能系統(tǒng)

儲能是通過物理或化學(xué)手段將電、熱等形式的能量儲存起來，在出現(xiàn)用能需求時釋放的過程。目前化學(xué)儲能技術(shù)主要包括鉛酸電池、鉛炭電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鐵鋰電池。

本項目儲能電站對儲能系統(tǒng)比如容量、效率輸出、循環(huán)壽命要求較高，綜合考慮本方案采用1.2 MW/4.52 MW·h磷酸鐵鋰電池進行設(shè)計。

在公司配置6套1.2 MW/4.52 MW·h集裝箱式儲能系統(tǒng)，每臺電池集裝箱配置1臺1 200 kW PCS，2臺PCS出線經(jīng)1臺2 750 kV·A變壓器后接入至10 kV開關(guān)柜，新建1座10 kV開關(guān)站，在開關(guān)站匯流后通過1臺10 kV開關(guān)柜出線接入廠區(qū)10 kV母線側(cè)完成并網(wǎng)。

本儲能項目儲能最大功率7.2 MW，容量27.12 MW·h。儲能系統(tǒng)由儲能電池系統(tǒng)(含儲能電池和電池管理系統(tǒng))、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要組件構(gòu)成。東大化學(xué)生產(chǎn)裝置的動力負荷比較穩(wěn)定(目前60 MW)。本期7.2 MW/27.12 MW·h儲能項目接入后，儲能發(fā)電負荷可以在廠區(qū)內(nèi)部就地消納?，F(xiàn)有主變?nèi)萘烤邆錇閮δ艹潆姷哪芰Α?/p>

鉛碳電池與鋰電池比較如表3所示。儲能電站系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

表3 鉛碳電池與鋰電池比較Table 3 Comparison between lead carbon batteriesand lithium batteries

圖1 儲能電站系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of energy storage power station system

3 制氫系統(tǒng)

整體搬遷項目已預(yù)留有電解槽安裝位置，只需增加電解槽設(shè)備，不需再增加土建及其他配套設(shè)施的建設(shè)費用。精制鹽水、電、循環(huán)水、儀表和壓縮空氣、氮氣、冷凍水、脫鹽水全部依托現(xiàn)有裝置。

從二次鹽水精制送來的二次精制鹽水進入電解槽的各陽極室和進入陰極室的加純水后的循環(huán)堿液在直流電作用下進行電解，在陽極室生成氯氣和淡鹽水，陰極室生成氫氣和燒堿。

濕氯氣被冷卻后送入氯處理單元。

淡鹽水經(jīng)陽極的循環(huán)管，部分淡鹽水與二次精制鹽水一起混合后進入電解槽的陽極室進行電解，大部分淡鹽水去原有脫氯系統(tǒng)。

陰極室生成的氫氣送氫處理系統(tǒng)。氯堿裝置副產(chǎn)的氫氣純度在99%以上，提純難度小、雜質(zhì)含量低。從氯氫處理工段來的原料氫氣，進入原料氣緩沖罐，經(jīng)原料氣壓縮機壓縮后，進入變壓吸附裝置，經(jīng)變壓吸附后進入產(chǎn)品氣緩沖罐，當產(chǎn)品氣純度達到規(guī)定值時，經(jīng)產(chǎn)品氣壓縮機壓縮進入?yún)R流排充裝。該工藝國內(nèi)先進、技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。高純氫產(chǎn)品純度達到99.999%，可供應(yīng)周邊地市氫能源公交車使用。

進入循環(huán)槽中的堿液(質(zhì)量分數(shù)32%)分成兩部分，一部分為成品堿，另一部分經(jīng)過循環(huán)管加入純水混合后返回電解槽陰極室進行電解。制氫工藝流程方塊圖如圖2所示。

圖2 制氫系統(tǒng)工藝流程方塊圖Fig.2 Block chart of hydrogen-producing process flow

4 結(jié)語

利用廠區(qū)內(nèi)建筑物屋面、空地、道路等空間規(guī)劃分布式光伏板所產(chǎn)生的電能，用電解槽生產(chǎn)清潔能源氫氣。氫氣采用變壓吸附工藝，通過前端壓縮機壓縮后輸送到變壓吸附裝置(PSA)制高純氫?？蓪崿F(xiàn)產(chǎn)能高純氫氣700 萬m3/a，燒堿2.5 萬t/a，液氯1.7 萬t/a。

東大化學(xué)16 MWp光伏制氫項目的建設(shè)順應(yīng)國家碳達峰、碳中和發(fā)展趨勢，符合綠色低碳、高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略目標。項目建設(shè)具備場地、原料、公用工程等優(yōu)勢，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。