分布式光伏发电在高速公路收费站的应用

苏 涛

(广西交投科技有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

随着经济的发展和社会的进步，人们对能源的需求日益增长，常规能源越来越供不应求，人类将不得不面临无能源可用的能源短缺危机，环境污染的加剧也导致了许多新的社会问题出现。随着环保观念的增强，人们开始逐步关注新能源的建设使用，利用太阳能正是应对能源不足，保障可持续发展的有效手段，对分布式光伏发电的推广应用极为重要。

在高速公路领域中，机电系统的电力供应目前仍是采用电负荷中心设置变配电设施，通过供电电缆传输电能，通过变压器将变电站引来的中压电转换为低压电，再通过配电柜集中配电后经电力电缆进行供电。高速公路收费站用电包括收费系统、通讯系统、照明系统用电及生活用电等方面。收费站服务区一般场地比较空旷，适合安装光伏电站。

为促进高速公路领域中新能源开发利用，拓展光伏发电应用模式，打造生态低碳绿色型示范高速收费站管理区，同时为积极响应我国节能减排的新型政策，有效推动可再生资源的健康发展，践行绿色通行的理念，在高速公路服务区中应用分布式太阳能光伏发电是使用绿色能源的一种重要体现。另外，利用收费站服务区内建筑屋顶以及可用绿地等闲置场地既达到集约化土地资源的目的，又可为企业降低用电成本，节能减排。

1 工程案例

南宁市五塘收费站管理区位于南宁市昆仑大道与外环高速交汇处，占地34亩。本次光伏发电项目建设地点为收费站的办公楼、职工宿舍楼、职工食堂、材料库屋顶和一处园区空地，可利用屋顶安装面积2 448 m2，可利用空地面积7 681 m2。剔除经济性较差的屋顶，实际可利用屋顶面积约1 814 m2，实际可利用空地面积2 812 m2。屋顶装机容量140.5 kW，空地装机容量159.5 kW，总装机容量为300 kW。

本项目光伏发电系统实行并网运行方式，白天太阳电池方阵接受太阳光的照射，利用光伏组件将太阳能转换成直流电能，再通过逆变器将直流电逆变成50 Hz、380 V的三相交流电，接入管理区低压配电系统，最终实现系统自发自用、余电上网。项目同时配置远程监控系统，对电站运行情况进行全天候远程监控，确保系统高效运行。

2 建设流程

项目自2015-11-15开工建设，于2016年5月正式发电运营，已完成光伏支架基础施工、支架安装、光伏组件安装、逆变器安装、配电箱安装、线缆敷设、防雷施工计量设备安装、并网接入接线及并网验收等工作。

3 发电情况

五塘收费站分布式光伏发电项目于2016年正式发电运营，收费站于2016年8月正式开通，根据6～9月的实际用电量可以计算得出自发自用的比例为54.6%，见表1。

表1 五塘项目6～9月发电量完成情况表 (单位：度)

五塘收费站分布式太阳能光伏发电示范项目共有5组逆变器机组，各地点逆变器分开进行调试并且试运行，本次选取饭堂屋顶、宿舍屋顶及材料库屋顶三个子阵的数据为代表分析项目一周发电情况。日期选在2016年5月1～7日(该时间段日照、天气较具有代表性)。

3.1 项目发电系统转换率情况

计划发电效率按照项目系统整体转换效率80%进行预测。三个子系统计划发电与实际发电情况见表2、表3与图1。

表2 5月1～7日计划发电量情况表

表3 5月1～7日实际发电量情况表

图1 三个子系统计划发电量对比柱形图

5月1～7日，三个子系统的计划发电量为2 132 kWh，实际发电量为2 498 kWh，超出计划17%，如图2所示。

图2 计划发电量与实际发电量对比柱形图

宿舍实际发电量是计划发电量的113.44%；饭堂实际发电量是计划发电量的119.7%；材料库实际发电量是计划发电量的119.98%。

从实际发电量上来看，系统超出预期发电指标，发电量正常稳定。

3.2 项目系统整体转换效率情况

图3 五塘300 kW分布式光伏发电效率图

项目5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日平均系统效率宿舍81.57%81.41%81.97%81.30%81.05%81.24%80.67%81.32%饭堂81.05%81.57%81.41%81.57%81.57%81.41%81.97%81.51%材料库81.97%81.24%81.41%81.83%81.83%80.30%82.04%81.52%

项目系统整体转换效率>80%，大于正常标准值，见图3、表4。

3.3 项目逆变器效率情况

图4 逆变器平均效率对比图

图5 逆变器日平均效率图

通过调取逆变器运行数据，逆变器转换效率均>98%，符合设计预期>96.2%的逆变器转换效率，如图4～5所示。

通过上述运行数据综合证实，本项目发电量达到预期发电目标。

五塘项目运转除6月份受园区配电室故障影响外，运转良好，未出现故障及安全问题，平均发电完成率为96.14%，9月份完成比例为99.07%，高于90%发电指标。

自用电量方面，五塘收费站6～9月光伏自用电量总量为70 939 kWh，占总发电量的54.2%，较项目预期存在部分差异，4个月里平均每月自用电量为17 735 kWh，较预期每月19 116 kWh低1 381 kWh。

4 后期运维

本项目设计研发以无人值守或少人值守为方案，项目均配置远程监控系统及自动开启保护装置，常规运行中无需依靠人员值守。项目长期维护方面，本项目由专业队伍提供专业的系统维护，以确保项目长期稳定的发电收益，项目运行维护方案如下：

4.1 运维服务目标

通过远程监控，实时数据稳定即时采集，实现实时故障排查，对电站的潜在故障进行实时分析和警报，防范潜在风险，保证电站的高效稳定运行，达到电站运行的效益最大化，使得电站发电系统的年平均转换效率达到80%以上。

4.2 运维服务模式[1]

本项目采取无人值守运维模式。运维专业人员只需定期到现场进行维护保养，在发生不可预见故障时，运维专业人员在故障发生的24 h内到达现场进行故障处理。同时借助数字化光伏电站平台，运维专业人员每天通过定制化的移动运维智能终端，即可实现光伏电站的远程监控，实时掌握光伏电站运行情况。

4.2.1 发电量报表

每日对电站运行情况进行监督检查，对电站发电量、各阻串转换效率进行统计归档。

4.2.2 数据分析及发电量优化

每月对电站发电量进行整理统计，计算当月电站系统平均转换效率、发电量完成率等。同时对比NASA数据，对电站当月发电量数据进行分析，针对电站异常情况组织排查，并制定整改措施。

4.2.3 发电量预测

根据南宁当地气象预测及NASA数据，预测下周电站发电量情况。

4.3 运维服务流程

运维服务流程见图6。

图6 运维服务流程图

5 效益分析

根据广西物价局2015年4月17日最新颁发的《广西壮族自治区物价局关于降低燃煤发电企业上网电价和一般工商业用电价格的通知》，一般工商业用电价格为0.842 1元/度计算，度电补贴电价为0.42元/度，余量上网标杆价格为0.44元/度。

五塘试点项目2016年6月正式进入运营阶段，除6月份受园区配电室故障影响外，运转良好，未出现故障及安全问题，平均发电完成率96.14%，9月份完成比例99.07%，高于90%发电指标。

自用电量方面，五塘收费站6～9月光伏自用电量总量为70 939 kWh，占总发电量的54.2%。

按此计算项目投资收益，项目投资回收周期为7.87年，内部收益率为9.93%，见表5。

表5 分布式光伏发电项目主要经济指标表

本项目装机量为300 kW，根据气象数据五塘年平均日照时长为3.5 h，按光伏发电系统的转换效率为80%计算，预计本系统年均发电量为28.9万度。与同容量燃煤发电厂相比，以发电标煤煤耗400 g/kWh计算，每年可节约标煤110.4 t，相应可减排燃煤所产生的SO2约9.2吨，减排NOx约4.6 t，减排CO2约305.7 t，减排碳粉尘排放约83.4 t。

6 结语

分布式光伏发电项目具有投资省、安装方便的特点，在满足自发自用的前提下通过余量上网，达到增收节支的目的，有效降低区域电能使用成本，降低能耗。同时对于环境及生态保护具有显著作用。

目前，高速公路已形成较完整的路网结构，其中收费站服务区拥有大量的闲置场地，并且区域用电需求稳定，使用电量较大。因此，在国家政策保障的前提下，分布式光伏发电可按日照较长的区域与高速公路相结合，推广应用具有一定的前景。

[1]尹 淞，郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述[J].电力技术，2009，73(3)：1-4.