新型光伏产品在火电厂多场景应用研究.pdf

第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024新型光伏产品在火电厂多场景应用研究张志远(江苏省能源投资有限公司,江苏徐州 221018)作者简介:张志远,男,山东滕州人,研究生,从事新能源和火电机组专业研究工作。摘要:分析各种不同类型光伏产品的原理、适应场景、安装方式、发电效率等特点,结合现场条件综合分析,优化实施方案,明确各种应用场景中各新型光伏产品种类、数量、安装方式和场景间配合,确定光伏车棚、光伏路灯、地面光伏、水面光伏、屋面光伏、绿色建筑光伏等实施方案。多种光伏发电方式融为一体,为打造同类型光伏项目建设提供借鉴。关键词:光伏车棚;水面光伏;光伏路灯;幕墙光伏;瓦片光伏 随着习近平新时代中国特色社会主义思想的有效实践,当前社会的经济发展迎来了重大变局,人民的生活水平显著提升。伴随着生活质量要求的提高,社会对能源的需求、消费与发展需要也随之提高。受限于传统矿物能源的不可再生属性,新能源作为未来我国能源供给体系的重要力量登上舞台。光能作为新能源体系不可或缺的一环,在国内发展极为迅速。因此,如何利用光伏面板搭建新型分布式光伏集群,是国内电力能源体系绿色转型的一个重要难题。1 分布式光伏集群概述分布式光伏集群一般指规模较小、布局分散的光伏集群,其应用范围广、场景多,可以在建筑物的屋顶、未有人开垦的荒地,甚至池塘进行安装1。分布式光伏集群虽然输出电量较少,但安装方便、安装地点灵活,且运行稳定、无噪声,最主要的是能够根据场地的实际情况对光伏系统的容量进行调整。2 分布式光伏集群的实际应用徐矿集团作为江苏省国资委管理的省属企业,近年来,一直着力于加快绿色转型,构建现代新型能源产业体系、现代绿色发展体系,坚持大力推动新能源项目开发建设,致力打造资源枯竭型企业转型“绿色样本”。江苏华美热电有限公司贯彻新发展理念,落实徐矿集团绿色转型战略,积极打造绿色转型排头兵,推进能源结构调整和生产方式绿色低碳转型,多措并举,大力推进光伏发电项目建设。2.1 分布式光伏集群的建设条件研究江苏华美热电有限公司位于东经 117.1155,北纬 34.34。年日照时数为 2 284 2 495 h,日照率52%57%,太阳年总辐射量为4 7004 900 MJ/m2,属于太阳能资源较为丰富区,适合建设光伏项目。厂区南部拥有闲置土地、鱼塘、房屋可以开发利用。土地、鱼塘地质构造稳定,无断裂危险,保证光伏面板搭建的稳定性。办公楼、公寓楼、浴室、培训楼屋顶为混凝土框架平面。新能源数字中心楼为瓦面带倾角屋面。2.2 分布式光伏集群的场景应用研究2.2.1 光充一体化车棚的应用研究光伏车棚是利用原有的露天场地,建设上部发电及遮阴、下部停车及充电的现代化“光充一体式车棚”,车棚钢结构造型设计融入集团公司文化理念。“光充一体式车棚”将光伏发电设备和充电设施形成了一个微网,实现并网运行。“光充一体车棚”整个系统由钢结构车棚、光伏组件、光伏逆变器、交流配电柜,充电桩、光伏候车厅组成。建设 128 个新能源汽车的专用停车位,并安装 32台新能源汽车智能双枪充电桩,可以同时满足 64 台新能源汽车充电要求。根据公司员工的工作通勤情况考虑,以及安全环保要求,充电桩采用慢充,额定功率 27 kW,双枪立柱式安装。充电桩可以联网,彩色触摸屏,可以扫码、刷卡等多种方式启动充电。在“光充一体车棚”东侧的员工通勤车辆候车场所进行地坪亮化后,设计安装了一座现代化的光伏候车亭。候车亭顶部安装的光伏组件发电,为候车亭电子宣传栏、液晶显示屏及宣传卷轴供电。候车亭前配置两个光伏座椅,为候车员工提供临时休息场所和手机无线充电,并可以进行蓝牙无线连接音乐播放,使员工紧张工作后的心情得到放松,愉悦身心。这既是员工的候车场,同时又成为现代电子宣传的重要阵地。73第 1 期2024 年 2 月现代盐化工研究与开发No.1Feb.,20242.2.2 光伏照明的应用研究太阳能光伏路灯,利用太阳能光伏组件配上专用微机智能控制器,白天把光能转化为直流电能存储在蓄电池内,晚上用 LED 照明灯把低压直流转化为光能。采用智能控制器进行控制,可以根据天空自然亮度和人们处于各种环境下需要的亮度来自动调节灯的亮度。结合本公司的实际情况,选取了纯光伏路灯、风光互补路灯、电光互补路灯共 3 种类型,利用厂区原有灯杆和基础进行升级改造。依据路段的功能定位和人流密度进行分类,对于重要生产场所的路灯为了保证照明的持续性和可靠性,路灯改造为光电互补方式,正常时利用太阳能发电,当遇持续阴雨天气的特殊情况时,利用数字式路灯控制器切换为市电供电。公司大门、办公楼,培训中心附近的主要干道采用风光互补式路灯,微机路灯控制器控制风力发电机和光伏组件给蓄电池充电,晚上路灯控制器根据需要控制路灯的照明开启和调节亮度。其他厂区路灯改造为纯光伏路灯。2.2.3 地面光伏场景应用地面光伏主要分为固定倾角方式和跟踪式,跟踪式光伏因增加自动跟踪装置后,将增加占地面积,适合于荒漠区大型并网光伏电站。项目地面光伏以固定倾角安装为主,跟踪式光伏为辅。固定倾角方式安装的光伏组件按其支撑固定的支架又分为混凝土管桩式、螺旋地桩、混凝土支墩 3 种形式。混凝土管桩和双排螺旋地桩安装方式建设农光互补。混凝土管桩在易沉降和基岩深度较深的场地适用;螺旋地桩建设成本相对较低,光伏阵列间可种植不同种类的农作物,实现农光互补。混凝土支墩安装方式适应于地质条件复杂,地面以下有建筑物、岩石层等无法深埋的场景,其主体结构全部位于地面以上,对地质条件要求不高,整体造价也相对较低。考虑到项目定位,提高光伏发电效率,项目设计了多种跟踪式光伏应用。有双轴跟踪、平单轴跟踪、斜单轴跟踪、单轴跟踪、手动调节单轴跟踪、平斜单轴跟踪6 种不同型式的光伏产品。相较于固定倾角的普通光伏,自动跟踪光伏发电效率可提升 15%50%。2.2.4 水面光伏场景应用水面光伏一般采用混凝土管桩或水面浮体承载两种形式,大面积水面光伏电站采用混凝土管桩居多,相对于浮体承载结构,其对水体溶氧、水面以下结构影响很小,大量应用于渔光互补场景,单位工程造价也相对较低。本项目西侧鱼塘设计建设了拉索式、浮筒式和浮台锚固式 3 种不同类型水面浮体承载的水面光伏,东侧鱼塘建设管桩式光伏。拉索式光伏对水系溶氧无影响,夏季阴影遮挡可显著降低水体温度,利于鱼类生存。光伏组件倾角15安装于柔性钢丝绳上,配置双面双玻组件可有效吸收水面漫反射光线,提高发电效率。此方式在地形较复杂地域及渔业资源丰富地区已大量应用。浮筒式光伏对水系溶氧影响极小,夏季阴影遮挡可显著降低水体温度,利于鱼类生存。浮体随水位高低上下漂浮,与水底锚块采用柔性钢丝绳连接以限制位移量。浮筒采用模块化拼接安装方式,可灵活进行增减容量、阵列外形尺寸变化,预置15倾角,支架钢材用量少。浮台锚固式光伏,采用高密度 PVC 泡沫板材作为主浮体,包括抗老化板材亮化。浮台可随水位高低上下漂浮,与水底锚块采用柔性钢丝绳连接以限制位移量。平铺阵列安装面积容量密度最大,支架钢材用量最少。光伏组件造型设计融入了公司的企业文化。2.2.5 绿色低碳建筑光伏应用研究江苏华美热电公司光伏项目结合开展绿色建筑创建活动,改建一大批绿色节能建筑。建筑光伏主要分为幕墙光伏和屋顶光伏。幕墙光伏既要光伏发电创建零碳建筑,又要将光伏组件和建筑融为一体,体现建筑美感。本项目在数据中心南侧和办公楼南侧依据房屋结构建设光伏幕墙。数据中心大楼南侧墙外大型微倾斜光伏幕墙,以钢结构框架固定85倾角平铺安装,高23.66 m,宽 70.20 m,幕墙面积 1 660.932 m2,直流装机容量 335 KWp。它与建筑融为一体,大气磅礴,科技感强烈,既满足装饰功能,又兼顾发电,呈现光伏应用新的亮点。对办公楼原玻璃幕墙进行改造,以铝合金结构框架立面安装碲化镉半透光组件。保留原建筑外形结构,与建筑融为一体,既满足装饰功能,又兼顾发电。40%透光碲化镉组件双层钢化玻璃,强度高,寿命长,采光度高,绿色环保。屋顶光伏不占用土地等资源,利用现有建筑物顶部加装,大大节省资源。屋顶光伏常见有混凝土平面屋顶、瓦面带倾角屋面和钢结构彩钢瓦屋面几种形式,混凝土平面屋顶在载荷允许的情况下可预置高效倾角,发电效率也相对较高,运行维护也更加方便。屋顶光伏作为清洁能源领域的一个重要方面,其合理开发和利用显得至关重要2。利用办公楼、公寓楼、培训楼等楼顶平面,采用支墩式光伏支架安装方式,支墩式光伏支架特点是所有主体结构均在楼面以上,对原防水层不产生破坏,具有防水性能好、安装方便、造价低等优点,设计 15倾角安装,发电效率高。83第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,20242.2.6 特殊类光伏产品场景应用近年来,光伏产品发展与创新日趋丰富,光伏发电玻璃、太阳能地砖,光伏花等新型产品陆续涌现。光伏瓦片屋顶与建筑屋顶实现一体化融合,替代传统建筑瓦片保持建筑原有的风格,符合建筑美学,解决了光伏发电用于民居屋顶建设在建筑美学上的障碍,同时也有利于建设零碳建筑。光伏瓦片是用特殊配方的陶瓷材料制作成高强度的陶瓷瓦片与光伏发电模组通过自动封胶工艺组装成的可以发电的陶瓷瓦片。瓦片在太阳光线的可见光照射下,通过硅材料的光伏效应,产生电能。瓦片式光伏组件,用于安装在斜屋顶上,更适合仿古屋面的光伏建设。光伏组件固定嵌装在边框内,边框上端设有用于与挂瓦条固定相连的槽沟,边框左右两侧分别设有用于与相邻瓦片式光伏组件搭接相连的搭接结构。新能源数字中心楼顶和池塘凉亭顶部采用了新型光伏瓦片式光伏组件,相较于常规屋面安装方式,屋面瓦片式光伏与建筑完全融为一体,色彩可灵活搭配,无突兀感,既简洁美观,又兼顾发电。组件表面为高强度钢化玻璃,机械强度高,抗冲击。光伏连廊,设计建设了双排双玻光伏的场景应用。采用碲化镉 40%透光组件,以不锈钢框架栏杆立面安装。连廊光伏与鱼塘环境融为一体,既满足连廊防护功能,又兼顾发电。40%透光碲化镉组件双面钢化玻璃,强度高、寿命长,目视效果好。在鱼塘连廊北出口处装设了光伏地砖与重力感应地灯组合,地砖发电直接用于地灯,光伏地砖所发电量直接储存于感应地灯内部锂电池组。光伏地砖的开路电压约为 18 V,产品具备良好的绝缘性能,杜绝漏电、触电隐患。其寿命长,性能稳定,能够满足长期使用需求。承重能力高,光伏地砖表面是钢化玻璃材质,可以承受较高压力。光伏花白天跟踪太阳发电,夜晚为周边用电设备提供清洁电能,是一款集科技+能源+景观的光伏发电设备,外观独特美观时尚,容易维护,适合在零碳公园、绿色能源光伏发电、零碳建筑等项目前景中使用。光伏花自动计算当地太阳光的照射角度,实时跟踪太阳方位,自动调整,以使光伏组件始终保持最佳的角度迎合太阳光照,太阳光线垂直于电池板组件,照射强度最大化,保障光伏电池片在良好的一个发电状态,发电效率比普通光伏电池片增加 40%。3 关于分布式光伏集群的效益分析3.1 经济效益依据江苏华美热电有限公司的光伏安装现状,据测算平均每年光伏发电为 800 万 kWh,接入大数据的部分根据前述自用率 60%,其余 40%上网,每年可以给公司带来 350 万元的经济收入。3.2 社会效益太阳能发电利用太阳能转化为电能,能够充分利用可再生、清洁的太阳能资源,且不产生任何污染物,不排放任何有害气体和废弃物,对人类生活居住干扰小。该工程所在地区为厂区内部,整个范围不大,对土地产生的影响非常小。项目已成为公司新的经济增长点和集团公司新能源建设和绿色转型的示范引领基地。3.3 环保效益分布式光伏集群采用绿色清洁能源,并在设计上严格贯彻节能、环保的指导思想,在技术方案、设备和材料选择、建筑结构等方面,充分考虑了环保的要求。按照江苏华美热电有限公司现经营情况,项目建成后,每年可节约标煤2 200 t,二氧化碳减排约6 080 t,同时还可节约大量淡水资源。4 针对分布式光伏集群的发展建议从规划、设计和并网全过程来看,分布式光伏集群主要存在无序建设和并网困难等问题。为了更好地推进分布式光伏发电的接入,提高电力系统的运行质量,科研力度需要加大3,加强对电能和电能质量的控制;同时,还需加大人才引进力度,强化专业技能人员培训,专业的人做专业的事。5 结语根据江苏华美热电的实际情况,在发电方面,分布式光伏集群比其他可再生能源发电项目更有效、更现实4。项目的有效实施能够优化区域能源结构、改善生态、保护环境。华美热电光伏项目顺应国家产业政策,符合可持续发展战略,建成后为其他类似光伏项目建设提供有益参考。参考文献:1 汤琳娜.分布式光伏电站的发展与应用分析J.光源与照明,2021(9):60 61.2 支理想,李蓓.屋顶分布式光伏电站的设计与实现J.集成电路应用,2023,40(3):52 54.3 张建.分布式光伏电站发电效率提升策略研究J.光源与照明,2023(10):121 123.4 丁鹏飞,董恩丞,姜军,等.分布式光伏电站电气设备的选型和设计J.光源与照明,2023(3):106 108.93