天鋼聯(lián)合特鋼光伏發(fā)電站的建設(shè)

天鋼聯(lián)合特鋼光伏發(fā)電站的建設(shè)竇偉【摘要】為滿足生產(chǎn)需求，充分利用太陽(yáng)能資源,在天鋼聯(lián)合特鋼廠區(qū)內(nèi)建設(shè)了光伏發(fā)電站.該發(fā)電站總裝機(jī)容量為18.06MWp,預(yù)估年均發(fā)電量為1753萬(wàn)kW-h,提高了生產(chǎn)用電的安全可靠性，降低了生產(chǎn)成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益.【期刊名稱】《天津冶金》【年(卷)，期】2018(000)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P63-66)【關(guān)鍵詞】光伏組件;分布式;并網(wǎng);發(fā)電;節(jié)能降耗【作者】竇偉【作者單位】天津鋼鐵集團(tuán)有限公司資源再利用分公司,天津300301【正文語(yǔ)種】中文0引言天鋼聯(lián)合特鋼位于天津市寧河經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目位于特鋼廠區(qū)院內(nèi)。該地區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候，全年平均風(fēng)速為3~3.5m/s，多年平均太陽(yáng)輻射量為4824MJ/m2，日照時(shí)間較長(zhǎng)，具有良好的太陽(yáng)能利用條件，因此聯(lián)合特鋼廠區(qū)內(nèi)非常適合建設(shè)大型并網(wǎng)光伏電站。1項(xiàng)目規(guī)模及目標(biāo)光伏發(fā)電的建設(shè)規(guī)模和任務(wù)主要受安裝地區(qū)的日照資源、電力系統(tǒng)容量、平衡、安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境建設(shè)等因素影響。聯(lián)合特鋼18.06MWp屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目廠區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，廠區(qū)生產(chǎn)、生活電量需求大，能消納大部分光伏所發(fā)的電能，剩余的電能采用高壓（部分低壓）并網(wǎng)，且廠區(qū)并網(wǎng)條件好，對(duì)外交通便利。本工程任務(wù)以發(fā)電為主，規(guī)劃安裝總?cè)萘繛?8.06MWp，擬安裝69498塊標(biāo)準(zhǔn)功率為260Wp的多晶硅光伏組件，實(shí)際安裝容量為18.06MWp。因項(xiàng)目主要建設(shè)在已有建筑物上，建筑物在設(shè)計(jì)建造時(shí)，已充分考慮了地質(zhì)結(jié)構(gòu)問題，能夠滿足安裝技術(shù)和規(guī)模要求。2光伏發(fā)電系統(tǒng)方案及上網(wǎng)電量2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的模式分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可分為自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式和全額上網(wǎng)模式。本工程所建設(shè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式。光伏并網(wǎng)發(fā)電原理圖示意如圖1所示。圖1光伏并網(wǎng)發(fā)電原理示意圖2.2光伏發(fā)電組件的選擇光伏組件是通過(guò)將大量的相同性能和規(guī)格的光伏元件，由一定數(shù)量的電池組串聯(lián)成電池板后滿足逆變器可承受最大電壓，再將這些電池板并聯(lián)達(dá)到設(shè)計(jì)功率，最后把電池板按標(biāo)準(zhǔn)的間距進(jìn)行排列布局，形成光伏組件矩陣，將這些矩陣通過(guò)現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，形成光伏電站。綜上所述，組件是光伏發(fā)電的系統(tǒng)核心，其各個(gè)性能參數(shù)的高低直接影響整個(gè)系統(tǒng)的并網(wǎng)可靠性和發(fā)電量。目前，多晶硅的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟可靠，且可選擇的容量較多，應(yīng)用最為廣泛。由于本發(fā)電工程預(yù)計(jì)系統(tǒng)容量為18.06MWp，所以優(yōu)先采用260Wp/15.7%的高效大功率多晶硅，以降低組件使用量，能充分利用場(chǎng)地面積，并且系統(tǒng)接觸電阻較小，故障率低，連接電纜使用少，使系統(tǒng)效率更加優(yōu)化。2.3光伏發(fā)電電氣及接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.1電氣一次系統(tǒng)分析與配置本項(xiàng)目采用分布式發(fā)電、就地并網(wǎng)的原則，依據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)系統(tǒng)容量以及場(chǎng)地分布，將光伏發(fā)電系統(tǒng)分為9個(gè)發(fā)電單元，容量依次為0.057、0.085、0.469、0.48、0.5,0.549、0.732、0.846、14.34MWp，擬分別采用459臺(tái)33~50kW組串式逆變器，113臺(tái)匯流箱，14臺(tái)變壓器，4臺(tái)集裝箱式開關(guān)站。根據(jù)現(xiàn)組裝機(jī)容量，25年年均發(fā)電量為1753萬(wàn)kW-h，因特鋼年耗電量遠(yuǎn)超本光伏項(xiàng)目年發(fā)電量，光伏系統(tǒng)所發(fā)電力總體可在廠區(qū)內(nèi)10kV母線上完全消納。綜合廠區(qū)的現(xiàn)有配電設(shè)備情況以及并網(wǎng)點(diǎn)的接入要求，并網(wǎng)分布式光伏電站由10kV或400V接入。低壓就近并網(wǎng)的子系統(tǒng)與升壓并網(wǎng)的子系統(tǒng)均采用組串式逆變器。光伏配電室采用箱式集成安裝形式，設(shè)備箱體規(guī)格為6058mmx2591mmx2438mm（共6個(gè)），光伏配電設(shè)備組串光伏逆變器、交直流柜（選配）、中壓變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、系統(tǒng)監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)（選配）等功能模塊。2.3.2電氣二次系統(tǒng)功能與配置本光伏發(fā)電系統(tǒng)按無(wú)人值班、遠(yuǎn)程HMI監(jiān)控及兩遙電站設(shè)計(jì)，運(yùn)行人員定期巡視運(yùn)行方式。綜保系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)：即下層為間隔層，上層為站控層。全站采用集測(cè)量、控制操作、繼電保護(hù)、信號(hào)、遠(yuǎn)動(dòng)功能的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，站內(nèi)實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)及遙視功能，每個(gè)光伏矩陣的運(yùn)行數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)，通過(guò)通訊口連接到主監(jiān)控室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。建設(shè)獨(dú)立控制室位于發(fā)電項(xiàng)目附近，完成電站相關(guān)運(yùn)行信息的采集及上報(bào)功能。上報(bào)調(diào)度通道利用現(xiàn)有并網(wǎng)點(diǎn)已具備通道?？刂剖覂?nèi)設(shè)1面監(jiān)控主機(jī)屏，1面公用屏。其中監(jiān)控主機(jī)安裝于監(jiān)控主機(jī)屏中，通訊接口轉(zhuǎn)換單元及通訊管理機(jī)置于公用測(cè)控屏中。本站保護(hù)、控制采用DC220V供電方式。直流電源采自就地高壓配電室直流屏，用于站內(nèi)直流負(fù)荷供電。2.3.3通信系統(tǒng)與計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)狀與配置為滿足生產(chǎn)調(diào)度需要，光伏發(fā)電站站內(nèi)通信應(yīng)包括生產(chǎn)管理通信和生產(chǎn)調(diào)度通信，并設(shè)置生產(chǎn)用程控調(diào)度交換機(jī)，供生產(chǎn)調(diào)度通信和生產(chǎn)管理通信使用。電站的遠(yuǎn)動(dòng)信息向天寧河地調(diào)傳送。廠區(qū)目前10kV電源側(cè)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)不變，有關(guān)考核表及計(jì)量表不必更換，夕卜部考核用計(jì)量點(diǎn)，配置0.2s級(jí)多功能電度表，安裝于電度表屏，布置于控制室內(nèi)。各專業(yè)通道要求：調(diào)度信息：電站至寧河地調(diào)具備主備用調(diào)度專線通道。遠(yuǎn)動(dòng)通道：電站至寧河地調(diào)的數(shù)據(jù)通道采用主副通道方式，其中副通道采用撥號(hào)專用通道，主通道采用電力數(shù)據(jù)調(diào)度網(wǎng)通道。電量遠(yuǎn)傳：電站至電力公司電能量計(jì)量主管部門采用主副方式通道，其中副通道采用撥號(hào)專用通道，主通道采用電力數(shù)據(jù)調(diào)度網(wǎng)通道。2.3.4并網(wǎng)逆變器選用本工程逆變器采用國(guó)內(nèi)知名品牌，本項(xiàng)目擬采用33~50kW組串式逆變器，安裝形式根據(jù)工程情況采用室外集裝箱式布置方式，主要參數(shù)見表1。表133-50kW組串式逆變器主要參數(shù)類別參數(shù)型號(hào)33~50kW最大直流輸入功率/kWp33.8~50.8kW最大直流輸入電壓/V1000MPPT電壓范圍/V200~950最大輸入電流/A48~60.8總電流波形畸變率＜3%額定輸出功率/kW36~46并網(wǎng)電壓范圍/V380~480并網(wǎng)頻率范圍/Hz50/60±5功率因數(shù)＞0.9最大效率/%＞98.2防護(hù)等級(jí)IP65綜合保護(hù)過(guò)電流保護(hù)、短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、可控硅與整流器件的過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)開關(guān)。2.4光伏方陣設(shè)計(jì)2.4.1光伏組件的排布本項(xiàng)目中的車間屋頂和空地全部采用69498塊多晶硅光伏組件平鋪安裝方式，每單元功率為260Wp。本光伏電站總裝機(jī)容量為18.06MWp，預(yù)估電站25年有效運(yùn)營(yíng)期內(nèi)年平均并網(wǎng)電量為1753萬(wàn)kW?h，年均等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)1126h。因各屋面存在傾角及方位角，發(fā)電量計(jì)算采用容量x日照小時(shí)數(shù)x損耗得出。本工程各建筑屋頂及光伏走廊光伏組件安裝數(shù)量及容量見表2。2.4.2光伏方陣的串聯(lián)設(shè)計(jì)本工程選用的并網(wǎng)輸出逆變器最大矩陣的最高允許電壓范圍為0.2~0.95kV，開路電壓為1kV。假定每一個(gè)光伏方陣的最少串聯(lián)數(shù)為Smin，最大串聯(lián)數(shù)為Smax,串聯(lián)組件數(shù)為S。開路電壓為38.1V，工作電壓為31.1V，開路電壓溫度系數(shù)-0.31%/°C，工作電壓電壓溫度系數(shù)-0.41%/C，環(huán)境溫度范圍為-20~85°C,則：表2各建筑屋頂組件安裝容量統(tǒng)計(jì)表類別面積組件數(shù)量容量/kWp發(fā)電量/萬(wàn)kWh-a-1組串逆變器/臺(tái)原材料罩棚150822275887172.88730.44164新增備件庫(kù)69121408366.0837.2798煉鋼合金庫(kù)3744924240.2424.4659修包間5805902234.5223.8828煉鋼北擴(kuò)車間30101056274.5627.95912煉鋼總辦公樓150533085.88.73783水渠73101936503.3651.25911化學(xué)品除油間580522057.25.80422空地135003256846.5686.20930總計(jì)2143506949818069.481840.1459多晶硅組件的串聯(lián)數(shù)S需滿足9<S<24組的要求，才能滿足并網(wǎng)逆變器最大允許電壓范圍。綜合考慮方陣布置合理性，本項(xiàng)目光伏組件選用22塊光伏組件串聯(lián)。每臺(tái)逆變器選用22塊260W晶體硅光伏組件串聯(lián)。2.4.3光伏方陣的并聯(lián)設(shè)計(jì)假設(shè)并網(wǎng)組串式逆變器直流輸入功率為20kW，晶體硅組件峰值功率為260W。假定可以并聯(lián)的支路數(shù)為N,則22塊260W晶體硅組件串聯(lián)功率為260Wx22=5.72kW，并聯(lián)支路數(shù)N=33kW/5.72kW=5.8必6。2.5系統(tǒng)效率及發(fā)電量估算2.5.1系統(tǒng)效率系統(tǒng)的綜合效率約為76%。其中，灰塵遮擋損失4%，變壓器效率98%，逆變器效率98%，輸電損失共4%，組件組合損失2%，溫度引起的效率損失2%，弱光損失2%,屋面傾角、方位角損失6%。2.5.2發(fā)電量估算理論發(fā)電量：光伏數(shù)量為69498塊，單位功率為260Wp，合計(jì)容量為18069kWp，按可利用小時(shí)數(shù)來(lái)計(jì)算：25年年平均發(fā)電量約等于：1753萬(wàn)kW?h。首年理論上網(wǎng)電量約等于：1914.9萬(wàn)kW?h。年均等效滿負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：1126h。25年內(nèi)總發(fā)電利用小時(shí)數(shù)：28150h，總發(fā)電量：43826萬(wàn)kW-ho多晶硅衰減按照首年衰減率不高于2.5%，以后逐年0.7%，整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)25年壽命期內(nèi)所采用的光伏組件10年內(nèi)年衰減不超過(guò)10%,20年內(nèi)衰減不超過(guò)20%。2.6短路計(jì)算特鋼110kV專用變電站110kV開關(guān)設(shè)備額定短路開斷電流為31.5kA，滿足要求；10kV開關(guān)設(shè)備額定短路開斷電流因建設(shè)時(shí)間不同，分為25kA、31.5kA和40kA3類（其中運(yùn)行的主要是31.5kA設(shè)備），能夠滿足要求。3節(jié)能降耗效果及經(jīng)濟(jì)效益特鋼光伏發(fā)電項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，將是一項(xiàng)很好的節(jié)能措施項(xiàng)目，相對(duì)于年供電量達(dá)到0.27億kW-h的燃煤電廠，年節(jié)約標(biāo)煤量約7166.59t。在其最經(jīng)濟(jì)的25年有效使用期內(nèi)，預(yù)計(jì)總共節(jié)約標(biāo)煤17.916萬(wàn)t以上。本項(xiàng)目據(jù)估算潛在的節(jié)能減排效果見表3。4結(jié)論表3節(jié)能減排效果估算表類別每年節(jié)煤/t壽命期內(nèi)節(jié)煤/t每年減排CO2/t每年減排SO2/t每年減排NO2/t原材料罩棚5603.86140096.514570.03134.4952.11新增備件庫(kù)289.357233.75752.316.942.69煉鋼合金庫(kù)196.764919511.5764.721.83煉鋼北庫(kù)184.324608479.234.421.71化學(xué)除油器間207.555188.75539.634.981.93煉鋼總辦公樓39.14978.5101.760.360.04水渠224.715617.75584.2465.392.09修包間27.3268371.030.660.25空地393.589839.51023.319.453.66合計(jì)7166.59179164.7518633.122171.4166.31開展資源綜合利用、節(jié)能減排是我國(guó)重大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策，也是社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中規(guī)模大、能耗多，設(shè)備裝機(jī)容量及每年耗電量相當(dāng)巨大，生產(chǎn)所需電力主要依靠地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)供電，用電供需矛盾十分突出。本項(xiàng)目建成后可作為鋼廠的一個(gè)新的供電點(diǎn)，不僅能夠補(bǔ)充電力，節(jié)約購(gòu)電費(fèi)用，降低企業(yè)成本，同時(shí)還提高了生產(chǎn)用電的安全可靠性。綜上所述，本項(xiàng)目具有明顯的社會(huì)效益和環(huán)保效益，并對(duì)全國(guó)鋼鐵企業(yè)發(fā)