宝钢厂房屋顶光伏发电的应用实践

宝山钢铁股份有限公司能源环保部 钱 峰

0 引言

全球飞速的经济社会发展，决定了人类对能源的需求越来越多。在我国，当前正逢能源高消耗期来临，大力发展可再生能源成为我国解决能源瓶颈的必由之路之一。近年来，国家在发展可再生能源方面出台了很多政策，支持力度逐年加大，鼓励企业积极投入到可再生能源的发展与应用中来。

光伏发电作为一种典型的可再生清洁能源，目前正在飞速发展之中。据统计，2013年中国光伏发电新增装机容量达到10.66GWp，光伏发电累计装机容量达到17.16GWp，约占世界总装机容量的四分之一，预计2014年我国新增光伏发电建设规模将达到14GWp。这些光伏电站主要分布在青海、内蒙、宁夏等日照资源丰富的地区。

宝钢作为高耗能的大型钢铁企业，同时位于上海这样一个典型的能源输入型大都市，结合企业自身特点发展与利用新能源，逐步降低一次能源的消耗，具有特别重要的实际意义。

本文主要介绍了宝钢在厂房屋顶光伏发电项目的应用。项目基于国家的金太阳政策，通过合同能源管理的模式实施。文中对项目涉及的技术、实施内容及效果进行了重点介绍，供业内同行交流。

1 宝钢厂区可行性及政策背景

上海地处太平洋西海岸中纬度地区，属北亚热带海洋性季风气候，四季分明、气候温和湿润、光照较充足，降水丰沛。年平均气温16.5℃。年太阳能总辐射量为4542MJ／m2，属于我国第四类太阳能分布地区，相当于日辐射量3.2～3.8KWh/m2，比较适合光伏发电的开发。

宝钢股份作为大型的钢铁联合企业，在宝山厂区内现有各类大型厂房几百万m2，其中环境比较好、粉尘量较少的生产区域，如冷轧、钢管（包括无缝、ERW、UOE、精密钢管）、硅钢等生产区域的主厂房面积约120万m2。而热轧厂和炼钢厂的主厂房面积累计也达60万m2。其中一冷轧、二冷轧、硅钢、钢管UOE和在建的精密钢管厂房均为南偏西45度左右排列，十分有利于光伏组件的布置。

我国近年来提出了很多鼓励发展光伏发电的政策，其中金太阳示范工程是国家财政部、科技部、国家能源局根据《金太阳示范工程国家财政补助资金管理暂行办法》，为促进光伏发电产业在各类领域的示范应用，加快能源结构调整所采取的一项阶段性的措施。从2009年开始实施至2011年，共补贴约1700MWp（170万kW）项目。2012年全国批准补贴光伏发电示范项目1700MWp，上海市批准容量合计93MWp，其中宝钢光伏发电项目为50MWp。

同时，上海在“十二五”规划纲要中提出，要将“积极发展高效清洁能源”作为能源结构调整的重要抓手，并提出五项重点推进措施，发展可再生能源，加快太阳能利用工程是其中的重要内容。

基于以上背景，宝钢发展光伏发电项目，既顺应国家和上海市发展的要求，也是企业本身发展清洁能源，打造“都市钢铁企业清洁能源示范基地”的重要组成部分。

2 系统总体结构

和常规的光伏发电系统类似，宝钢的光伏并网发电系统由光伏（太阳能电池）组件、带防雷和防反功能的汇流箱、直流柜、并网逆变器、隔离变压器（升压变压器）以及监控系统组成。系统示意图如图1所示。所发电能供厂内钢铁生产过程中使用。

项目利用宝钢闲置的建筑物屋顶，电站总装机容量为50MW，在宝钢股份冷轧、热轧、厚板、钢管、汽车板、硅钢等15个区域约102万m2的屋顶上安装约20万块多晶硅光伏板，所发电力经逆变、升压后就近并入10kV6kV3kV电力系统。

3 发电光伏板安装技术及组件连接技术

通过宝钢厂房屋顶结构的分析与承载力测算与测试，利用选定生产单元的厂房屋面结构形式，太阳能光伏组件采用铝合金外挂支架的方式安装。

对钢结构彩钢板屋面，太阳能光伏组件采用与屋面相同坡度铺设的形式，选用特殊结构铝合金连接件将组件直接铺设于钢结构彩钢板顶，具有安装简单、载荷轻便等特点。

图1 宝钢光伏发电系统结构示意图

通过特制的夹具可将光伏组件及支架轻松简便的安装到屋面上，无需破坏屋顶结构，现场具有可调性，无需现场加工，是较好且较合理的安装方式，如图2所示。

图2 厂房屋面光伏安装模拟效果图

为了得到较高的电压，并通过最大功率点跟踪系统来获得最佳的发电效果，需要将各个光伏组件用串联、并联的办法连接成为光伏方阵，如图3所示。

图3 屋面光伏组件实景图

考虑到建筑朝向及安装角度，尽可能将处于相同发电情况的光伏阵列接入同一台逆变器，光伏阵列的组串设计需满足逆变器的直流工作电压范围，同时其最大功率输出电压应满足并网逆变器的最大功率点跟踪（MPPT）范围。

例如，500kW并网逆变器直流工作电压最大为1000VDC，MPPT电压范围为450～820VDC；根据太阳能光伏组件240Wp（29.7V）的工作电压参数可计算出屋面太阳能光伏阵列中每串板数。

4 宝钢厂房屋顶光伏发电系统的并网技术

由于宝钢厂房区域用地宝贵，建设区域各生产单元开关站（或电气室）往往没有空余的地方布置直流柜、并网逆变器、隔离变压器（升压变压器）以及监控系统等设备，因此本项目采用集装箱形式布置新增的电气设备。集装箱式综合电气室靠近并网点布置在主厂房旁10kV开关站或电气室附近，便于并网电缆的接入。

光伏系统配备必要的检测、并网、报警、自动控制及测量等一系列功能，特别是必须具备防止“孤岛效应”的功能，以确保光伏系统和电网的安全。

项目采取对电网频率变压器绝缘方式的并网逆变器，逆变器的直流输入和交流输出之间具有电气隔离功能，直流侧接地故障不会直接影响到电网；逆变器在运行过程中实时检测直流正负极的对地阻抗，从而保证逆变器直流侧的短路故障不会影响到电网。

项目设置有发电量计量系统，具体原理如图4所示。

图4 发电计量系统原理图

5 项目实施的效果与意义

宝钢金太阳50MWp光伏发电项目牵涉面广、工程量大、涉及单位多、施工风险高，仅高空吊装就达2万余次。本项目利用合同能源管理的模式，精心组织并充分利用专业节能公司的技术实力，确保了项目的顺利建成与投产。

项目2012年6月份开工，2013年12月建成投产。预计每年回收的太阳能发电约5016万kWh，折合标准煤1.64万t，减排二氧化碳4.08万t、减排二氧化硫1226t。项目每年发电可供约2万户家庭的生活用电，年减排二氧化碳量相当于2.2万棵树一年吸收的二氧化碳量。

本项目是宝钢股份公司首个清洁能源回收利用项目，是宝钢“都市钢铁企业清洁能源示范基地”的重要组成部分，也是目前世界最大的屋顶光伏发电项目。

6 结论

宝钢金太阳光伏发电项目是利用宝钢股份公司闲置生产厂房的屋面资源实现太阳光能发电，不耗用常规一次能源和土地资源，符合能源利用长期规划，对于缓解一次能源不足、优化能源配置可发挥积极示范作用。

通过项目示范可调动社会各界积极参与太阳能光伏发电事业，促进落实国家相关政策；通过示范工程宣传，扩大影响，增强市场认知度，形成发展太阳能光电产品的良好社会氛围。

结合建筑建设太阳能光伏发电，也是充分体现绿色生态建筑的理念举措。综上所述，本项目的引入充分体现了上海市政府对新能源产业及其利用的一贯重视。本项目作为国家积极鼓励倡导申报的“金太阳示范工程”，符合国家能源产业政策，可加快推进上海能源发展，既是适应国内外能源发展新形势、新要求的积极举措，也是促进上海绿色发展、提升城市形象的必然选择。宝钢正在稳步推进包括光伏在内的新能源的开发与使用。