分布式光伏发电在火电厂的应用研究

高力强

（徐矿集团新疆阿克苏热电有限公司，新疆阿克苏 843000）

1 光伏方阵总体设计

徐矿阿克苏电厂分布式光伏发电项目位于新疆阿克苏地区阿克苏市西工业园内，地理坐标为北纬41°4′37.65″，东经80°10′19.55″。本项目设计光伏组件总装机容量为1.1664 MWp，利用徐矿阿克苏电厂推煤机库混凝土屋顶、工业废水处理间楼混凝土屋顶、翻车机室混凝土屋顶、石灰石库彩钢瓦屋顶等10个屋顶以及翻车机室周边地面闲置空地和原水蓄水池的水面建设分布式光伏电站，共计12个区域（10个屋面、1处地面以及1处水面）布置光伏组件。

其中石灰石库彩钢瓦屋顶：面积约643m2，采用540 W 组件，平铺，8个1×18 m 支架，8个1×9 m 支架，共计216块组件，0.11664 MWp。组件布置主要以竖向两列为主。东西两列组件之间预留500 mm 运维检修通道，沿屋脊处预留主通道、桥架及水清洗通道。

含煤废水楼混凝土屋顶：面积约141m2，采用540 W 组件，2 个1×9 m 支架，间距3.8 m，共计18块组件，0.00972 MWp。

工业废水处理间楼混凝土屋顶：面积约445m2，采用540 W 组件，3个1×18 m 支架，3个1×9 m 支架，1个1×5 m 支架，1个1×4 m 支架，间距3.8 m，共计90块组件，0.0486 MWp。

翻车机室混凝土屋顶：面积约803m2，采用540 W 组 件，7 个1×9 m 支 架，7 个1×5 m 支 架，7 个1×4 m 支 架，间 距3.8 m，共 计126 块 组 件，0.06804 MWp。

输煤生活楼混凝土屋顶：面积约269m2，采用540 W 组 件，1 个1×18 m 支 架，2 个1×5 m 支架，2 个1×4 m 支架，间距3.8 m，共计36 块组件，0.01944 MWp。

输煤综合楼混凝土屋顶：面积约349平方米，采用540 W 组件，3个1×18 m 支架，间距3.8 m，共计54块组件，0.02916 MWp。

检修楼混凝土屋顶：面积约936m2，采用540 W组件，4个1×18 m 支架，10个1×9 m 支架，间距3.8 m，共计162块组件，0.08748 MWp。

推煤机库混凝土屋顶：面积约296m2，采用540 W 组件，4 个1×9 m 支架，间距3.8 m，共计36块组件，0.01944 MWp。

脱硫综合楼混凝土屋顶：面积约247m2，采用540 W 组件，1 个1×18 m 支架，1 个1×9 m 支架，1个1×5 m 支架，1 个1×4 m 支架，间距3.8 m，共计36块组件，0.01944 MWp。

中水深度处理车间混凝土屋顶：面积约768m2，采 用540 W 组 件，8 个1×18 m 支 架，2 个1×5 m 支架，2 个1×4 m 支架，间距3.8 m，共计180块组件，0.08748 MWp。

原水蓄水池：面积约2 126m2，采用540 W 组件，24 个1×18 m 支架，间距3.8 m，共计432 块组件，0.23328 MWp。

南侧地面部分：面积约6 383m2，采用540 W 组件，间距6.5 m，33个1×18 m 支架，13个1×9 m 支架，9个1×5 m 支架，9个1×4 m 支架，共计792块组件，0.42768 MWp。

项目选用540 Wp 单晶单面组件共2 160块，采用4、5、9、18块一串，根据不同的屋面装机容量选用的逆变器分别为15 kW，30 kW，40 kW，60 kW 以及100 kW。

2 电气设计

根据光伏单元的实际分布情况，结合变压器容量、安装位置及变压器的实际负荷情况，并网方式为“0.38 kV 低压并网”，运行模式为“自发自用”。

2.1 接入点1（翻车机室配电室）光伏接入方案

接入点1总计接入容量为495.72 kWp。其中地面布置427.68 kWp 光伏组件（6台60 kW 组串式逆变器）、屋顶布置68.04 kWp 光伏组件（1 台60 kW 组串式逆变器）。

通过组串式逆变器转换至0.38 kV，每3～4台逆变器汇集至1台配电箱，总计2台配电箱。自2台配电箱分别接入现有的配电室0.38 kV 侧配电柜内，通过改造配电柜内的断路器接入。

2.2 接入点2（输煤综合楼配电室）光伏接入方案

接入点2 总计接入容量为194.4 kWp 光伏组件。其中检修楼屋顶布置87.48 kWp 光伏组件（1台30 kW组串式逆变器、1台40 kW 组串式逆变器）、工业废水间屋顶布置48.6 kWp 光伏组件（1 台40 kW 组串式逆变器）、输煤综合楼屋顶布置29.16 kWp 光伏组件（1台30 kW 组串式逆变器）、含煤废水楼屋顶布置9.72 kWp 光伏组件（1台15 kW 组串式逆变器）。

通过组串式逆变器转换至0.38 kV 后，检修楼2台组串式逆变器汇集至1台配电箱，其他4台组串式逆变器汇集至1台配电箱。自2台配电箱分别接入现有配电室的0.38 kV 侧配电柜内，通过改造配电柜内的断路器接入。

2.3 接入点3（脱硫综合楼）光伏接入方案

接入点3总计接入容量为155.52 kWp。其中石灰石库屋顶布置116.64 kWp 光伏组件（1 台100 kW 组串式逆变器）、脱硫综合楼屋顶布置19.44 kWp 光伏组件（1台15 kW 组串式逆变器）、推煤机库屋顶布置19.44 kWp 光伏组件（1台15 kW 组串式逆变器）。

通过组串式逆变器转换至0.38 kV 后，2台15 kW组串式逆变器至1台配电箱，1台100 kW 组串式逆变器接至1台配电箱，自2台配电箱分别接入现有配电室的0.38 kV 侧配电柜内，通过改造配电柜内的断路器接入。

2.4 接入点4（中水深度处理车间配电室）光伏接入方案

接入点4 总计接入容量为320.76 kWp，其中中水深度处理车间屋顶布置87.48 kWp 光伏组件（1台30kW 组串式逆变器、1台40 kW 组串式逆变器）、原水蓄水池水面布置233.28 kWp 光伏组件（2台100 kW组串式逆变器）。

通过组串式逆变器转换至0.38 kV 后，1 台100 kW 组串式逆变器与1 台30 kW 组串式逆变器汇集至1台配电箱，另1台100 kW 组串式逆变器与1台40 kW 组串式逆变器汇集至1台配电箱。自2台配电箱分别接入现有配电室的0.38 kV 侧配电柜内，通过改造配电柜内的断路器接入。

2.5 主要电气设备选择

（1）并网逆变器。组串式逆变器，逆变器容量为15 kW、30 kW、40 kW、60 kW、100 kW。

（2）交流并网柜。选用配电箱。

（3）光伏发电监控部分。逆变器采用GPRS 通信，每台逆变器配置1套通信棒，把数据传输到云平台，通过手机APP 或用户计算机实时监控站内信息。

（4）计量部分。本项目在每个智能配电箱内配置1块有功0.5 S，无功2.0的电能表，共计8块。

（5）无线通信部分。项目采用无线通信方式传输信息，在4个接入点分别配置1套无线采集终端装置，用于上传电流、电压及发电量信息。

3 土建设计

对于彩钢板屋面，光伏组件沿着屋面坡度平铺铺设，光伏组件采用光伏专用支架固定于屋面上。采用铝合金导轨直接受力，厂房结构间接受力的方案。

混凝土屋面组件安装倾角10°，支架形式为碳钢固定支架，基础形式为预制混凝土配重。地面部分基础形式为混凝土灌注桩基础，支架采用碳钢支架，地面部分安装倾角33°，方位角0°。水上光伏区主要采用HDPE 一体化浮体，主要由光伏主浮体、走道连接浮体两大部分组成。

4 消防设计

消防设计采用综合消防技术措施，从防火、监测、报警、控制、灭火、排烟、逃生等各方面入手，减少火灾发生的可能，一旦发生也能在短时间内予以扑灭，使火灾损失减少到最低程度，同时确保火灾时人员的安全疏散。

另外，根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB5O14O）及《电力设备典型消防工程》（DL5027）的有关规定，在光伏区及电气设备旁配置手提式干粉灭火器，电气设备预制舱内设置手提式灭火器。

5 环境保护

太阳能光伏发电是可再生能源，通过“光生伏打效应”将太阳能转化为电能，属于清洁能源发电，不排放任何有害气体。

项目在施工期存在的主要环境影响为施工噪声和扬尘，通过控制作业时间、作业方式，影响范围和强度均可以控制，且施工结束后随之消失。项目在运行期不产生任何废气、废水和废固，仅产生强度极低的电磁噪声和电磁辐射，对周围环境不会产生危害。项目建设过程中不存在地表开挖和植被破坏，设备基础施工结束后回填修复，对生态环境亦无重大影响。项目逆变器安装于屋面支架中，变压器采用集装箱式变压器安装于厂房两侧，配电柜安装于电气设备预制舱内，对外环境无噪声影响。项目建成后对当地经济发展将起到积极作用，既可以提供新的电源，又不增加环境压力，具有明显的社会效益和环境效益。

6 节能降耗

项目利用清洁环保的太阳能建设光伏并网电站，依托屋顶和闲置空地布置光伏组件，既充分节约利用了宝贵的土地资源，同时实现了利用清洁绿色的太阳能资源发电。

在设计中采用先进可行的节电、节水及节约原材料的措施，能源和资源利用合理，各项设计指标达到国内先进水平，为光伏电站长期经济高效运行奠定了基础，符合国家的产业政策，符合可持续发展战略，节能、节水、环保。

光伏发电没有污染物排放，不消耗资源，本身就是节能项目。方案建成后，与相同发电量的火电相比，项目年发电量约160.11万kW·h，若以燃煤火电为替代电源，按火电每kW·h 耗煤306.4 g 计算，则每年可节约标准煤490.59 t，减少排放二氧化碳1341.75 t、SO238.43 t、NOx17.61 t，对减轻环境污染、保护生态环境作用显著，具有较好的环保效益。项目为分布式光伏发电项目，可以充分利用太阳能资源，改善园区用电结构，进一步优化能源结构，减轻环保压力，为实现绿色、节能、环保的发展提供有力支撑。

7 发电量及效益计算

项目设计安装容量为1.1664 MWp，由PVsyst 软件计算可得项目首年PR值为83.9%，考虑组件衰减后，可计算光伏电站在25年内的逐年发电量和25年的总发电量，见表1。

由表1可见，根据组件逐年衰减情况，计算出本电站建成后第一年上网发电量约为171.46 万kW·h，首年可利用小时数约1 470 h，运行25年的总发电量约4002.83万kW·h，年平均发电量约为160.11万kW·h，25a 年均可利用小时数约1372.71 h。

表1 光伏电站全寿命上网电量计算表

本分布式光伏电站总装机容量为1.1664 MWp。静态投资523.54 万元，单位千瓦静态投资4488.48元/kW；动态总投资525.05万元，单位千瓦动态投资4 501.49 元/kW。项目接入电价为0.4175 元／kW·h（含增值税），资本金财务内部收益率为17.23%，投资回收期（所得税后）为10.22 年，总投资收益率6.14%，投资利税率为5.12%，项目资本金净利润率为19.79%。由此可以看出，项目可行。

8 结论

综上所述，分布式光伏发电在徐矿阿克苏电厂建成投运后，通过利用丰富的太阳能资源，可以为徐矿阿克苏电厂提供大量的清洁电能，减少了碳排放，改善了空气质量，具有明显的社会意义。分布式光伏项目符合国家能源产业政策要求，符合国家关于“碳达峰，碳中”和长远规划，符合新疆对煤电企业优化升级高质量发展的总体要求，对保护区域环境、推进绿色转型，以及电厂可持续发展具有重要意义。