摘要:通過首都機(jī)場光伏的實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際發(fā)電量數(shù)據(jù),計(jì)算光伏電站的實(shí)際收益并推算未來機(jī)場光伏的運(yùn)維收益,總結(jié)可推廣的運(yùn)維和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:機(jī)場光伏;光伏運(yùn)維;光伏電站效率;用電安全;光伏收益
1、概述
首都機(jī)場GTC光伏節(jié)能改造項(xiàng)目通過2年的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)于2016年底并網(wǎng)發(fā)電,投產(chǎn)至今已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行并發(fā)電2年,取得了一系列機(jī)場光伏的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。隨著國內(nèi)光伏市場的變化,總結(jié)機(jī)場光伏的經(jīng)驗(yàn)并加以推廣,對未來的收益進(jìn)行估算已經(jīng)是非常迫切研究的課題。
2、發(fā)電量對比
首都機(jī)場GTC光伏節(jié)能改造項(xiàng)目安裝容量為484kW,通過采集2017年1月至2018年11月間的光伏電站發(fā)電量數(shù)據(jù)折算成年度發(fā)電量為619520kW·h。實(shí)際利用小時(shí)數(shù)達(dá)到1280h,根據(jù)項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)文件,設(shè)計(jì)值首年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1210h。通過實(shí)際發(fā)電量和設(shè)計(jì)發(fā)電量進(jìn)行對比,系統(tǒng)效率提升4.68%,達(dá)到了85.68%。
發(fā)電量提升的主要原因主要有如下幾點(diǎn):
①設(shè)備穩(wěn)定性好,全年只出現(xiàn)2次逆變器停機(jī)的情況,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
②北京市氣污染防治的效果較好,提升了日照強(qiáng)度,提高了光伏電站的發(fā)電量。
③首都機(jī)場周邊沒有鳥類、高聳建筑物、大型工程等建設(shè)的影響,并且首都機(jī)場巡檢人員素質(zhì)較高,光伏電站清潔度始終保持在較高水平。
項(xiàng)目發(fā)電消納情況
首都機(jī)場GTC光伏節(jié)能改造項(xiàng)目全年所發(fā)電量全部就地消納。由于光伏電站電量就地消納能夠獲得0.9元/kW·h的電費(fèi)和0.42元/kW·h的國家補(bǔ)貼以及0.3元/kW·h的北京市市屬補(bǔ)貼,因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段為保證光伏電站的完全就地消納,設(shè)計(jì)人員對GTC的電量消耗進(jìn)行了分析,最終采用了3個(gè)接入點(diǎn)的形式,保證了電站效益。
機(jī)場用電量較大,且用電負(fù)荷穩(wěn)定,電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)穩(wěn)健,安全系數(shù)高,是理想的分布式光伏電站用戶端。
機(jī)場光伏的成本構(gòu)成
機(jī)場光伏的成本構(gòu)成因?yàn)轫?xiàng)目的不同具有一定的差異性,下面根據(jù)近期完成概算的兩個(gè)不同并網(wǎng)形式的機(jī)場光伏項(xiàng)目進(jìn)行對比。
(1)項(xiàng)目1:采用10kV并網(wǎng)的機(jī)場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)
其中設(shè)備及安裝工程包括光伏組價(jià)、光伏支架、電纜、升壓變、開關(guān)柜、并網(wǎng)柜和控制系統(tǒng)的設(shè)備、材料及安裝工程,占比高。
建筑工程包括,光伏組件基礎(chǔ)、土方開挖和回填,其他設(shè)備支架和基礎(chǔ)和施工輔助工程費(fèi)用。
表1 采用10kV并網(wǎng)的機(jī)場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)單位千瓦造價(jià)(元)
其他費(fèi)用包括,設(shè)計(jì)費(fèi),工程前期費(fèi),保險(xiǎn)費(fèi),土地、屋頂租賃等費(fèi)用。 (2)項(xiàng)目2:采用400V低壓并網(wǎng)的機(jī)場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià) 表2 采用400V并網(wǎng)的機(jī)場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)單位千瓦造價(jià)(元) 其中設(shè)備及安裝工程包括光伏組價(jià)、光伏支架、電纜、并網(wǎng)柜控制系統(tǒng)的設(shè)備、材料及安裝工程,占比高。 建筑工程包括,光伏組件基礎(chǔ)、土方開挖和回填,其他設(shè)備支架和基礎(chǔ)和施工輔助工程費(fèi)用。 其他費(fèi)用包括,設(shè)計(jì)費(fèi),工程前期費(fèi),保險(xiǎn)費(fèi),土地、屋頂租賃等費(fèi)用。 項(xiàng)目實(shí)際效益分析 實(shí)際效益分析部分分為兩部分,第一部分1.3.1為項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段預(yù)估發(fā)電量算出的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果。第二部分1.3.2 為項(xiàng)目實(shí)際發(fā)電后的發(fā)電量計(jì)算出的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果。兩者的折舊年限,成本、稅率水平等其他邊際條件均按照統(tǒng)一進(jìn)行測算。 (1)根據(jù)設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的首都機(jī)場GTC光伏節(jié)能改造項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)階段的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果如下: 測算資本金內(nèi)部收益率為:22.64% 項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率(調(diào)整所得稅后):12.15% 項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(調(diào)整所得稅后)(ic=5%):107.40萬元 項(xiàng)目投資回收期(調(diào)整所得稅后):7.73年 經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目總投資收益率、項(xiàng)目資本金凈利潤率分別為6.93%和19.75%。 (2)根據(jù)設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的首都機(jī)場GTC光伏節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)際發(fā)電量計(jì)算的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果如下 測算資本金內(nèi)部收益率為:35.95% 項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率(調(diào)整所得稅后):21.53% 項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(調(diào)整所得稅后)(ic=5%):107.40萬元 項(xiàng)目投資回收期(調(diào)整所得稅后):4.68年 經(jīng)計(jì)算,通過優(yōu)化設(shè)備選型設(shè)計(jì)和科學(xué)的布局以及較高的運(yùn)維水平,首都機(jī)場GTC光伏項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了實(shí)際收益率的提升。在機(jī)場建設(shè)項(xiàng)目,前置的審批嚴(yán)密,設(shè)計(jì)要求高,充分的論證有利于建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)高水平項(xiàng)目工程。并且機(jī)場運(yùn)維人員的素質(zhì)普遍較高,對于無人或者少人值守的機(jī)場光伏項(xiàng)目,依托機(jī)場人員巡檢和運(yùn)維,尤其是機(jī)場人員對于自身電力系統(tǒng)的保障有力都使得機(jī)場光伏項(xiàng)目具有同類項(xiàng)目中較高的投資價(jià)值。 機(jī)場光伏收益高的原因 分布式光伏具體的收益情況主要取決于消納電力企業(yè)的用電情況。機(jī)場作為穩(wěn)定的用電用戶,能夠保證合理配置的光伏電站的全額消納,確保了光伏電站的利潤。 光伏電站運(yùn)營企業(yè)或者機(jī)場自身也可以通過降低電費(fèi)的形式或者機(jī)場直接投資的模式來獲取更加廉價(jià)的情節(jié)能源電力。不僅降低了成本,完成機(jī)場逐年的節(jié)能減排目標(biāo),而且有助于機(jī)場的電力安全,實(shí)現(xiàn)部分電力的自給自足。 在高收益的情況下,設(shè)計(jì)方已經(jīng)和首都機(jī)場開始探索機(jī)場儲(chǔ)能(電儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、動(dòng)力儲(chǔ)能)方式和智能微電網(wǎng)建設(shè)。 3、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)的介紹
概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備,氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括:站點(diǎn)監(jiān)測,逆變器監(jiān)測,發(fā)電統(tǒng)計(jì),逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環(huán)境監(jiān)測,設(shè)備檔案,運(yùn)維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺(tái),及時(shí)掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
應(yīng)用場所
目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是:廣大農(nóng)村屋頂?shù)?a href="http://www.yiguxuan.cn/news/search.php?kw=戶用光伏" target="_blank">戶用光伏和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計(jì)量儀表,通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。用戶可以通過PC訪問平臺(tái),及時(shí)獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖所示。
系統(tǒng)功能 AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)軟件采用B/S架構(gòu),任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息)。 1)光伏發(fā)電 (1)綜合看板 ●顯示所有光伏電站的數(shù)量,裝機(jī)容量,實(shí)時(shí)發(fā)電功率。 ●累計(jì)日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。 ●累計(jì)社會(huì)效益。 ●柱狀圖展示月發(fā)電量 (2)電站狀態(tài) ●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率,補(bǔ)貼電價(jià),峰值功率等基本參數(shù)。 ●統(tǒng)計(jì)當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。 ●攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境,并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。 ●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。 (3)逆變器狀態(tài) ●逆變器基本參數(shù)顯示。 ●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。 ●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。 ●直流側(cè)電壓電流查詢。 ●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。 (4)電站發(fā)電統(tǒng)計(jì) ●展示所選電站的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。 (5)逆變器發(fā)電統(tǒng)計(jì) ●展示所選逆變器的時(shí)、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表 (6)配電圖 ●實(shí)時(shí)展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。 ●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。 ●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。 ●展示逆變器型號(hào)及廠商。 (7)逆變器曲線分析 ●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。 2)事件記錄 ●操作日志:用戶登錄情況查詢。 ●短信日志:查詢短信推送時(shí)間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。 ●平臺(tái)運(yùn)行日志:查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。 ●報(bào)警信息:將報(bào)警分進(jìn)行分級(jí)處理,記錄報(bào)警內(nèi)容,發(fā)生時(shí)間以及確認(rèn)狀態(tài)。 3)運(yùn)行環(huán)境 ●視頻監(jiān)控:通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭,可以實(shí)時(shí)監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對于有硬件條件的攝像頭,還支持錄像回放以及云臺(tái)控制功能。 系統(tǒng)硬件配置 1)交流220V并網(wǎng) 交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電,裝機(jī)功率在8kW左右。 部分小型光伏電站為自發(fā)自用,余電不上網(wǎng)模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置,避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺(tái)來管理此類光伏電站非常有必要,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面: 2)交流380V并網(wǎng) 根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,8kW~400kW可380V并網(wǎng),超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng),以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏,自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前,應(yīng)明確計(jì)量點(diǎn),計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外,還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置,其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定,以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表,技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置,應(yīng)安裝采集設(shè)備,接入用電信息采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。 光伏陣列接入組串式光伏逆變器,或者通過匯流箱接入逆變器,然后接入企業(yè)380V電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量,同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表,用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量,數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng),用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。 部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用,余電不上網(wǎng)模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置,避免往電網(wǎng)輸送電能,系統(tǒng)圖如下。 這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中,可通過云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面: 3)10kV或35kV并網(wǎng) 根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》(國發(fā)新能〔2019〕49號(hào)),對于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下,通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。 此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大,可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。 光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。 上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置),最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大,涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多,主要如下表:
4、總結(jié)
通過實(shí)際的設(shè)計(jì)和實(shí)施工作,以及對機(jī)場光伏項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)維工作后,機(jī)場光伏項(xiàng)目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和示范效應(yīng)。并且在解決以上各項(xiàng)問題中得到了許多的經(jīng)驗(yàn)并且在現(xiàn)階段對于已經(jīng)落實(shí)的機(jī)場項(xiàng)目所暴露出的問題均已得到比較好的解決,下一步可以繼續(xù)探索在機(jī)場的其他區(qū)域建設(shè)其他形式的光伏電站,并繼續(xù)探索新的并網(wǎng)模式、運(yùn)行模式并擴(kuò)展智能微電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的模式。