浅论风电和光伏发电在港口码头的应用研究

2021-10-25马广平

中国科技纵横 2021年16期

马广平

（广东阳江港港务股份有限公司，广东阳江 529500）

0.引言

“碳达峰、碳中和”双碳目标的提出，给国内各工业企业提出了绿色能源的发展要求，而作为贸易的重要枢纽—港口码头的绿色低碳能源的普及也同样势在必行，港口码头作为中国海上贸易的关键节点，承担着进出口货物周转、交易等重要任务，能源消耗也十分巨大。为了节能降碳，有必要从港口码头的能源供给侧进行绿色低碳能源的变革。本文以广东阳江港某港务公司的风电和光伏发电的研究为例，重点研究风电和光伏发电绿色低碳能源在港口码头推进“双碳”目标过程中的可行性方案研究，给同类企业提供相应可参考的内容。

1.风电和光伏发电在阳江港实施的可行性研究

阳江港某港务公司位于广东省阳江市西南方向的平冈镇，与广州港和湛江港共同组成广湛水运体系，地理位置优势十分突出，运输吞吐能力能够达到1600万t以上，2万t级以上泊位3个，规划港口码头建设13座，是我国西南地区关键的出海口之一。目前阳江港的用电主要采用电网购电，目前年用电量500万度，预计2022年年用电量提升至1000万度，在“双碳”目标的要求下，耗能压力巨大。所以通过风力发电与光伏发电逐渐提高港口码头绿色电能的供电比例，以替代部分电网购电份额，可以实现大幅度提高绿色能源占比，从而减少港口码头碳排放。

1.1 风电可行性研究

1.1.1 风电实施的方案

（1）风机选址规划。根据现场实际情况，综合考虑风量、村庄、交通等因素，设定四个机位点，其坐标如表1所示。

表1 机位点统计表

（2）机组选型。根据阳江港所在区域的风力条件，机组最终定为GW140-3.4型号的风力发电机组，该机组额定发电功率为3.4MW，叶轮直径140m，轮毂高度90m。该机组采用的是直驱永磁同步风力发电机组，其满负荷输出功率先流经变流器，之后再并入电网，由此成功解决了变流器发电侧和电网侧的频率耦合和电压耦合。基于以上优点，最终选择该型号的风力发电机组。

（3）接入方式。本方案计划接入阳江港10kV配电网内自我消纳，实现自用、余电回馈。规划建设4台3.4MW风机，总容量13.6MW，2台风机集中在1条集电路线后送出，风机集电途经采用10kV架空路线。

1.1.2 风电发电量和经济性

选择金风GW140/3.4机型，根据当地风资源及所选风机机型的功率曲线，估算风机理论发电量，计算时需考虑系统的损失折减，预估发电量能够具有一定的规模，满足区域内部分用电需要，如表2所示。

表2 风机发电量测算表

1.2 光伏发电的可行性研究

1.2.1 光伏发电实施的方案

（1）太阳能资源概况。太阳能资源的统计方法，采用行业权威的瑞士伯尔尼大气实验室的“Metronome气象数据库”数据作为设计依据，阳江港所在地的太阳能资源年平均辐射量为1309kW·h/m2。依据国内评价太阳能的标准—《太阳能资源评估方法》（QX/T 89-2008）的具体评价方法判定，阳江港的太阳能属于Ⅲ类，已达到了可以具备较高发电量的能源丰富水准，具有明显的资源开发和利用经济价值。

（2）光伏发电方案。1）发电系统选择方案。并网式光伏发电线路系统，所发的电能经由并网逆变器直接分派到负载上，欠缺的电能由电网来协助增补，溢出的电量则馈入电网实现馈网卖电。发电主力时间主要集中在8:00～16:00，处于用电尖峰段与高峰段电价最高时段，用电与发电的时间段较为一致，可产生较好的经济效益。故可以利用阳江丰富的太阳能辐照资源，在阳江港新建仓库顶建设4000kWp光伏发电系统，其升压至10kV，连接阳江港的10kV母线，完成最终的并网[1]。2）光伏组件方案。目前国内主流厂商出产的规格大多数在335Wp到450Wp之间，综合分析研判组件效力、技术质量水平的成熟性以及供应链收货时的可选择余地，拟选用单晶硅大功率电池组件，其规格为450Wp。3）逆变器设备方案。组串式逆变器优点较多[2]。表现为：①不受组串间模块差别应用和无光遮挡的影响，同时降低光伏电池组件最大功率极值点与逆变器契合不佳的问题，尽可能的增加了发电量；②MPPT 路数多，组件配置更为灵活；③在雨雾天气频繁的部区，持续供电周期久；④构件小、占地面积小，方便运输和安置，无需专业工器具、配电装置和直流汇流箱；⑤自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势，适用于屋顶与山坡光伏发电系统，所以本方案采用110kW的组串式逆变器。

1.2.2 光伏发电量和经济性

依照太阳能辐射量、工况气温、具体位置、光伏输出能量、输出功率的衰减情况，本方案设定光伏发电系统的总效率81%，光伏组件首年衰减3%，第25年衰减不大于20%，计算25年的年均发电量，光伏发电平均年发电量375.51万度，25年总发电量9387.81万度，具有前景广阔的发电规模。

1.3 经济性评价

1.3.1 投资匡算

应用方案规划总容量14.2MW，其中风电10.2MW，光伏发电4MWp，初步匡算总投资约9760万元：包括风电投资约8160万元（按8000元/kW匡算）和光伏投资1600万元。资金主要用于建设所需的主要设备、辅助设备、安装工程、建筑工程、勘查设计、前期费用及其他费用等[3]。

1.3.2 经济效益

在阳江港实施的风电和光伏发电经济评价分析，经过综合测算，风电和光伏发电的投资收益如表3和表4所示。

表3 风电投资经济评价结果

表4 光伏发电投资经济评价结果

1.4 新能源对“双碳”目标的促进影响

风电和光伏发电在阳江港建成后，预计每年可产生的新能源绿色电能约为2313.51万度，折合年均至少可减少使用标准煤8328.6t、折算成二氧化碳减排达到23065.7t，削减二氧化硫排放约694.1t、减少氮氧化物排放约347t，将有效节约阳江港的用电耗能，提供可观的新能源绿色电能，产生了良好的节能减排效果，为阳江港带来极佳的绿色节能的示范效应。