燃气电厂建设屋顶光伏设计和环保经济分析

时间：2024-04-25

王艳青

郑州燃气发电有限公司河南郑州 450001

燃气电厂与燃煤发电相比，具有明显的环保优势，其主要污染物的排放强度也远低于燃煤电机组，按单位发电量计算，燃气电厂氮氧化物、二氧化碳排放量仅为燃煤机组的50%和40%，而且二氧化硫和粉尘颗粒的排放量不到十分之一。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器、逆变器等部件就形成了光伏发电装置。太阳光可以无成本持续获得，安全可靠，只受到光照时间和强度限制，而且发电过程完全没有氮氧化物、二氧化碳和粉尘等污染物排放，无噪声。是一种环保、清洁的可再生能源。建造方面，光伏发电项目受区域限制小，可安装于山地、屋顶、海上等，建设周期短。近年，受国家环保补贴政策影响，太阳能光伏元器件成本持续下降，光伏发电正由独立式向并网光伏发电和分布式光伏发电转变。集中式光伏发电和屋顶光伏项目得到大力推广，这也进一步提高了非化石能源的发电比例，有利于改善大气空气质量。它对于优化能源战略、改善电源结构、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。

1 屋顶光伏发电系统

屋顶光伏发电是利用建筑顶上闲置空间，安装太阳能电池板的小型光伏发电系统。因安装的设备较轻，不会对建筑物本体造成影响。系统产生的电能主要供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。整体不占用土地，减少了土地成本。发电厂区一般占地面积较大，主要建筑物包括办公楼、服务楼、化学制水车间、备件仓库等，建筑物屋顶都较大面积的空间，可以用来装设太阳能电池板，主厂房顶若为钢筋混凝土结构，也可以装设太阳能电池板。其产生的电能可以经联接设备接入厂区配电系统，实现自发自用，整体上减少了土地成本和升压设备等支出，有效降低了初期成本。屋顶光伏发电系统并网点靠近用户侧，避免了远距离传输线和变压等损耗问题。

2 燃气电厂屋顶光伏发电项目

2.1 项目介绍

该光伏发电项目是在厂区内包括办公楼、服务楼、化学制水车间、备件仓库等10个建筑物的屋顶空闲区域分别安装太阳能电池组，总共安装单个功率为290Wp太阳能电池板1700余块。太阳能电池板全部采用单晶硅结构太阳能电池组，固定式设计，5°的固定倾角安装。所有太阳能电池组经相关电气元件联接组成两个相对独立发电单元，总装机容量为0.6MWp。

2.2 设计要求

光伏发电规划容量时需要先对其所供用户有准确的负荷计算，设计容量应不高于所供电段白天的最低负荷，保证光伏全天的所发电能被全部利用，避免弃光弃电而降低整体经济性。另外，为保证原电厂系统主设备和重要负荷的安全，光伏发电接入段为非生产重要负荷，避免了其投退或故障可能对配电系统造成影响。本配套光伏发电项目采用的是目前太阳能电池中光电转换效率最高的单晶硅电池组件，其具有坚固耐用，使用寿命长的特点。

2.3 设备和配置介绍

本屋顶光伏发电系统设备主要包括太阳能电池组件、逆变器、交流汇流箱、并网开关、电能计量装置等。安装的单晶硅太阳能电池组件，其电性能参数：单片最大输出功率为290Wp；最大工作电压31.8V；最大工作电流9.1A；组件转换效率为17.75%；输出衰减不大于20%（25年寿命期内）。每两块光伏电池组件竖拼成一排，22块光伏组件组串后并入组串式逆变器。总计14个逆变器再分组并入三台交流汇流箱，之后接入两路并网开关分别并入厂内380V配电系统。其中一部分供给厂前段，其负荷包括服务楼、办公楼、仓库的办公、空调、照明和各类生活用电，另一部分供给公用段升压水泵、空压机、辅机房风机等经常性负荷用电。根据实际供入用电情况，将10台逆变器的容量光伏模块一接入厂前段，剩余部分接入公用段。其控制系统根据在光伏发电时自动并网，将光伏产生的电能供入配电系统内。光伏发电作为接入配电段上的一路补充电源，其主电源仍有其上一级供电段供给，从而保证了供电安全和稳定性。

2.4 运行维护

该光伏发电与配电系统采取自动并网解列控制方式，当逆变器转入运行模式后，自动并网系统调整相关电压、频率参数，经光伏并网开关与系统并联。逆变器具有自动开机功能，在初始待机模式下通过间断检测光伏阵列是否有足够的能量，当达到并网条件后，逆变器转入运行模式。而当逆变器额定功率超过最大需求后，部分模块转入待机休眠模式，以降低系统损耗，提高系统效率。同时，为防止接入的配电系统反送电至光伏发电组件，对设备造成伤害，其并网系统还设置有双路功率测量和逆功率保护功能，按需切换并网开关，保证光伏系统安全。光伏发电系统较简单，日常检查主要对汇流柜、逆变器、并网设备等主要设备进行巡检即可，而且设备与厂内的电气设备大多相同，其日常运行和维护可以分别由电厂运行人员和电气维护人员兼顾，其运维成本几乎可以忽略，这也是电厂内建设该项目的一个优势。

3 屋顶光伏的效益分析

该工程总投资约220万元，主要包括：电缆、电网接入设备、光伏组件及支架、汇流箱、逆变器、并网开关等主要电气设备费用，安装调试费用等。因利用空闲屋顶，土地成本忽略不计。运行维护费用，其日常运行和维护可以分别由电厂运行人员和电气维护人员兼顾，其运维成本几乎可以忽略。本地区分布式光伏发电按发电补贴方式，自发自用为每千瓦时补贴0.42元，年发电量约50万千瓦时，电价有保证，经济效益较好，对原厂供电系统来说，按年发电量15亿计算，可以间接降低厂用电率约0.03个百分点，每年将减少氮氧化物、二氧化硫、粉尘等污染物排放，对区域环境质量改善有益。