分布式发电在建筑施工现场的应用

2015-02-10辛建龙高泉潘蜀马广生张东

安徽建筑 2015年6期

辛建龙，高泉，潘蜀，马广生，张东

（中建八局第一建设有限公司，山东济南 250100）

1 概述

1.1 我国电力资源简述

随着社会经济工业化的快速发展，常规化石能源消耗日渐加剧，峰值将在2020～2030年出现。我国目前的能源结构以电力为中心，煤炭是基础，石油、天然气为重点，核能为辅助。其中电力70%左右是以煤炭为原料的火力发电。随着化石能源的逐渐衰竭，开发可再生能源的重要性逐步显现。项目建设光伏发电工程，是满足未来国内电力需求，应对能源危机途径的新探索。

1.2 太阳能资源的分布

我国国家气象局风能太阳能资源评估中心发布的我国日照资源分布图如图1所示。

按照日照辐射强度，上图中将我国分为四类地区。

一类地区（最丰富带）全年辐射量在6300MJ/m2以上。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等地。

二类地区（很丰富带）全年辐射量在5040～6300MJ/m2。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。

三类地区（较丰富带）全年辐射量在3780～5040MJ/m2。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。

四类地区（一般带）全年辐射量在3780MJ/m2以下。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。

一、二、三类地区，年辐射量不小于3780MJ/m2，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。四类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。

合肥市平均年总辐射在1350kW·h/m2左右，根据我国太阳能资源区划标准，合肥市属于三类区，太阳能资源较丰富，具有良好的开发前景。

按接受太阳能辐射量的大小，一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。我国是太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000 h。根据Meteonorm气象数据库，合肥市平均年总辐射量为1350kW·h/m2，属于太阳能资源第三类地区，具有建设光伏发电项目较好的光照条件。

1.3 应用项目概况

笔者公司施工的交通银行金融服务中心（合肥）项目一期和二期一阶段工程位于合肥市滨湖新区CBD核心商务区，东临徽州大道，南临嘉陵江路，西临西藏路，北至用地边界。工程总占地面积8万m2，建筑面积17万m2，其中办公生活区占地面积约8000m2，生活区彩钢板临时用房9栋，屋面总面积为1800m2。

该工程建设规模大，工期长，总工期为638d，用电量约为210万度，需消耗大量外电网供电。为了节约用电，项目采用了分布式发电这项新技术，取得了成功经验。因此，本文以该工程应用分布式发电为例，重点从分布式发电的选型、分布式发电的计算和设计及经济分析、分布式发电系统概述、分布式发电的安装与运行，以及应用效果等方面作了详细介绍，为我国建筑施工现场推广应用分布式发电提供了可参考资料。

2 分布式发电及其在建筑施工现场的应用

2.1 太阳能分布式发电的选择

2.1.1 太阳能分布式发电计算

光伏发电是一种清洁的能源利用形式，既不直接消耗资源，同时又不释放污染物、废料，不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。

项目通过建设50KWp太阳能光伏电站，利用太阳能进行发电，项目的建设，将在节省燃煤、减少 CO2、SO2、NOX、烟尘、灰渣等污染物排放效果上，起到积极的示范作用。

项目装机容量为50KWp，25年内年平均上网电量约为4.85万kWh，与相同发电量的火电厂相比，每年减少标准煤消耗约17.5t，每年减轻排放温室效应性气体二氧化碳48.4t，每年减少排放大气污染气体SO2约1.5t、NOx约0.7t。

2.1.2 投资估算

晶体硅组件、逆变器等主要设备价格根据目前市场行情；建筑安装工程、其他设备费用及其他费用造价根据合肥市光伏电站建设实际成本测算，计算出工程静态总投资约46万元。2.1.3财务评价指标（见表1）

项目财务评价指标表1

工程投资46万元，在度电补贴20年经营期内，平均净资产收益率约21%，项目的财务内部收益率高于基准收益率，净现值大于零，财务盈利能力较强。因此，分布式发电站在施工现场应用在经济上可行。

2.2 分布式光伏并网系统介绍

分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。分布式光伏发电系统多在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网。

2.3 分布式发电系统设计

2.3.1 光伏本体设计

工程共选用220Wp多晶硅组件209块，每19块组件为1组串，每1组串为1光伏发电单元，共计11个发电单元。

工程光伏组件方阵采用顺屋平铺方式安装，支架和紧固件采用铝合金材料。材料型号根据合肥地区风、雪荷载计算，保证支架满足25年运行期要求。

2.3.2 电气部分设计

本工程装机容量为46KWp，接入电网部分严格按照电力公司经研所出具的接入系统方案执行。光伏方阵所发电量接入并网逆变器，逆变为工频交流电后接入项目部现有400kVA变压器低压侧0.4kV母线。

电气部分，包括光伏发电系统（含逆变器、配电装置）、防雷、过电压保护与接地、交流接入系统、电缆敷设及防火封堵等。

2.3.3 主要设备清单（见表2）

主要设备清单表2

2.3.4 电气系统（见图3）

2.4 系统构成和发电流程

通过光伏组件将太阳光能转换为电能的发电系统称为光伏发电系统。光伏发电系统的运行方式，可分为离网运行和并网运行两大类。本工程为并网型发电系统，该系统主要由光伏方阵、并网逆变器、开关柜、交直流电力网络等组成。系统示意图如图4。

Lars Jensen表示，“按照目前的情况来看，我们暂时并不能看到事态有升级和扩大的趋势，所以我认为目前没有理由大惊小怪。”

本工程拟建设50KWp并网型光伏发电系统，采用多晶硅光伏组件作为光电转换装置，同时根据建设方案配置相应的接入系统。

2.5 主要设备选型

2.5.1 光伏组件

项目使用220Wp多晶硅光伏组件，共228块，组件参数如表3。

组件参数表表3

2.5.2 逆变器

逆变器初步拟选择50kW并网型逆变器1台。

2.6 分布式光伏电站的建设流程

2.6.1 建设流程

2.6.2 并网服务程序

①地市或县级电网企业客户服务中心为分布式光伏发电项目业主提供并网申请受理服务，协助项目业主填写并网申请表，接受相关支持性文件。

②电网企业为分布式光伏发电项目业主提供接入系统方案制订和咨询服务，并在受理并网申请后20个工作日内，由客户服务中心将接入系统方案送达项目业主，项目业主确认后实施。

③380V接入项目，客户服务中心在项目业主确认接入系统方案后5个工作日内，双方确认的接入系统方案等同于接入电网意见函。项目业主根据接入电网意见函开展项目核准和工程建设等后续工作。

④分布式光伏发电项目主体工程和接入系统工程竣工后，客户服务中心受理项目业主并网验收及并网调试申请，接受相关材料。

⑤电网企业在受理并网验收及并网调试申请后，10个工作日内完成关口电能计量装置安装服务，并与项目业主（或电力用户）签署购售电合同和并网调度协议。合同和协议内容执行国家电力监管委员会和国家工商行政管理总局相关规定。

⑥电网企业在关口电能计量装置安装完成后，10个工作日内组织并网验收及并网调试，向项目业主提供验收意见，调试通过后直接转入并网运行。验收标准按国家有关规定执行，若验收不合格，电网企业向项目业主提出解决方案。

⑦电网企业在并网申请受理、接入系统方案制订、合同和协议签署、并网验收和并网调试全过程服务中，不收取任何费用。

2.7 分布式光伏电站的运行模式

屋顶电站在项目备案时可选择“自发自用、余电上网”或“全额上网”模式。用户不足电量由电网企业提供，上、下网电量分开结算，电价执行国家相关政策。

“全额上网”项目的全部发电量由电网企业按照当地光伏电站标杆上网电价收购。

“自发自用，余电上网”是指分布式光伏发电系统所发电力主要由电力用户自己使用，多余电量接入电网，它是分布式光伏发电的一种商业模式，对于这种运行模式光伏并网点设在用户电表的负载侧，需要增加一块光伏反送电量的计量电表或者将电网用电电表设置成双向计量，用户自己直接用掉的光伏电量，以节省电费的方式直接享受电网的销售电价，反送电量单独计量并以规定的上网电价进行结算。

2.8 太阳能分布式发电实施

项目在工人区临建搭设时，对拟安装太阳能光伏发电的6栋活动板房进行了加固处理，以满足常规尺寸晶体硅电池板荷载要求。

项目利用生活区屋顶闲置空间，安装容量50KWp，光伏并网电站。使用220Wp晶体硅电池组件228块，采用顺屋面平铺方式安装。电站所发电量就地并入项目部0.4kV电网。安装前需采用方钢加固活动板房，以满足荷载要求，见图5。

3 施工现场应用情况

项目部46kW太阳能电站，位于合肥市滨湖区。电站使用209块220W太阳能电池板，安装在6栋工人宿舍屋顶。平均每天可发150度电，供项目部办公、生活区使用。

依据国家对度电补贴政策0.67元/度（0.42元/度国家补贴，0.25元合肥市补贴），该电站每年可获得政府补贴资金3.7万元。施工现场用电属临时用电，电费较高，太阳能电站每年可节约5.5万元电费。经测算该项目在运行第五年时可回收成本，剩余的20年运行期间可获得度电补贴和节约电费收益总计183万元（税前）。

太阳能发电系统产生的电能优先供办公生活区负载使用，余电上网，当阴雨天气太阳能发电不足时则从电网补充电能。太阳能发电系统一次性投入，后期免维护或少维护，每年可为建筑企业节约大量电费，并可享受国家对太阳能电站补贴政策。

针对建筑工地项目现场周期较短一般为3～4年，将太阳能发电系统设计为可移动式，当建筑项目完工时，可搬迁至另一项目地继续使用，系统寿命为25年，至少可供6个以上的项目使用。

建筑工地临时彩钢板房保温性能相对较差，在屋顶安装光伏发电系统后，可有效降低夏季日照对屋内温度的影响，减少空调、电扇等降温设备的使用，起到了一定节能降耗的作用。