分布式發(fā)電在建筑施工現(xiàn)場的應(yīng)用

辛建龍，高泉，潘蜀，馬廣生，張東

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

1 概述

1.1 我國電力資源簡述

隨著社會經(jīng)濟(jì)工業(yè)化的快速發(fā)展，常規(guī)化石能源消耗日漸加劇，峰值將在2020～2030年出現(xiàn)。我國目前的能源結(jié)構(gòu)以電力為中心，煤炭是基礎(chǔ)，石油、天然氣為重點(diǎn)，核能為輔助。其中電力70%左右是以煤炭為原料的火力發(fā)電。隨著化石能源的逐漸衰竭，開發(fā)可再生能源的重要性逐步顯現(xiàn)。項(xiàng)目建設(shè)光伏發(fā)電工程，是滿足未來國內(nèi)電力需求，應(yīng)對能源危機(jī)途徑的新探索。

1.2 太陽能資源的分布

我國國家氣象局風(fēng)能太陽能資源評估中心發(fā)布的我國日照資源分布圖如圖1所示。

按照日照輻射強(qiáng)度，上圖中將我國分為四類地區(qū)。

一類地區(qū)（最豐富帶）全年輻射量在6300MJ/m2以上。主要包括青藏高原、甘肅北部、寧夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部等地。

二類地區(qū)（很豐富帶）全年輻射量在5040～6300MJ/m2。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、江蘇中北部和安徽北部等地。

三類地區(qū)（較豐富帶）全年輻射量在3780～5040MJ/m2。主要是長江中下游、福建、浙江和廣東的一部分地區(qū)，春夏多陰雨，秋冬季太陽能資源還可以。

四類地區(qū)（一般帶）全年輻射量在3780MJ/m2以下。主要包括四川、貴州兩省。此區(qū)是我國太陽能資源最少的地區(qū)。

一、二、三類地區(qū)，年輻射量不小于3780MJ/m2，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，面積較大，約占全國總面積的2/3以上，具有利用太陽能的良好條件。四類地區(qū)雖然太陽能資源條件較差，但仍有一定的利用價(jià)值。

合肥市平均年總輻射在1350kW·h/m2左右，根據(jù)我國太陽能資源區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)，合肥市屬于三類區(qū)，太陽能資源較豐富，具有良好的開發(fā)前景。

按接受太陽能輻射量的大小，一般以全年總輻射量和全年日照總時(shí)數(shù)表示。我國是太陽能資源豐富的國家之一，全國總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000 h。根據(jù)Meteonorm氣象數(shù)據(jù)庫，合肥市平均年總輻射量為1350kW·h/m2，屬于太陽能資源第三類地區(qū)，具有建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目較好的光照條件。

1.3 應(yīng)用項(xiàng)目概況

筆者公司施工的交通銀行金融服務(wù)中心（合肥）項(xiàng)目一期和二期一階段工程位于合肥市濱湖新區(qū)CBD核心商務(wù)區(qū)，東臨徽州大道，南臨嘉陵江路，西臨西藏路，北至用地邊界。工程總占地面積8萬m2，建筑面積17萬m2，其中辦公生活區(qū)占地面積約8000m2，生活區(qū)彩鋼板臨時(shí)用房9棟，屋面總面積為1800m2。

該工程建設(shè)規(guī)模大，工期長，總工期為638d，用電量約為210萬度，需消耗大量外電網(wǎng)供電。為了節(jié)約用電，項(xiàng)目采用了分布式發(fā)電這項(xiàng)新技術(shù)，取得了成功經(jīng)驗(yàn)。因此，本文以該工程應(yīng)用分布式發(fā)電為例，重點(diǎn)從分布式發(fā)電的選型、分布式發(fā)電的計(jì)算和設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)分析、分布式發(fā)電系統(tǒng)概述、分布式發(fā)電的安裝與運(yùn)行，以及應(yīng)用效果等方面作了詳細(xì)介紹，為我國建筑施工現(xiàn)場推廣應(yīng)用分布式發(fā)電提供了可參考資料。

2 分布式發(fā)電及其在建筑施工現(xiàn)場的應(yīng)用

2.1 太陽能分布式發(fā)電的選擇

2.1.1 太陽能分布式發(fā)電計(jì)算

光伏發(fā)電是一種清潔的能源利用形式，既不直接消耗資源，同時(shí)又不釋放污染物、廢料，不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，也不會有廢渣的堆放、廢水排放等問題，有利于保護(hù)周圍環(huán)境，是一種綠色可再生能源。

項(xiàng)目通過建設(shè)50KWp太陽能光伏電站，利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，項(xiàng)目的建設(shè)，將在節(jié)省燃煤、減少 CO2、SO2、NOX、煙塵、灰渣等污染物排放效果上，起到積極的示范作用。

項(xiàng)目裝機(jī)容量為50KWp，25年內(nèi)年平均上網(wǎng)電量約為4.85萬kWh，與相同發(fā)電量的火電廠相比，每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗約17.5t，每年減輕排放溫室效應(yīng)性氣體二氧化碳48.4t，每年減少排放大氣污染氣體SO2約1.5t、NOx約0.7t。

2.1.2 投資估算

晶體硅組件、逆變器等主要設(shè)備價(jià)格根據(jù)目前市場行情；建筑安裝工程、其他設(shè)備費(fèi)用及其他費(fèi)用造價(jià)根據(jù)合肥市光伏電站建設(shè)實(shí)際成本測算，計(jì)算出工程靜態(tài)總投資約46萬元。2.1.3財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)（見表1）

項(xiàng)目財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo) 表1

工程投資46萬元，在度電補(bǔ)貼20年經(jīng)營期內(nèi)，平均凈資產(chǎn)收益率約21%，項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率高于基準(zhǔn)收益率，凈現(xiàn)值大于零，財(cái)務(wù)盈利能力較強(qiáng)。因此，分布式發(fā)電站在施工現(xiàn)場應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上可行。

2.2 分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)介紹

分布式光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)。

2.3 分布式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 光伏本體設(shè)計(jì)

工程共選用220Wp多晶硅組件209塊，每19塊組件為1組串，每1組串為1光伏發(fā)電單元，共計(jì)11個(gè)發(fā)電單元。

工程光伏組件方陣采用順屋平鋪方式安裝，支架和緊固件采用鋁合金材料。材料型號根據(jù)合肥地區(qū)風(fēng)、雪荷載計(jì)算，保證支架滿足25年運(yùn)行期要求。

2.3.2 電氣部分設(shè)計(jì)

本工程裝機(jī)容量為46KWp，接入電網(wǎng)部分嚴(yán)格按照電力公司經(jīng)研所出具的接入系統(tǒng)方案執(zhí)行。光伏方陣所發(fā)電量接入并網(wǎng)逆變器，逆變?yōu)楣ゎl交流電后接入項(xiàng)目部現(xiàn)有400kVA變壓器低壓側(cè)0.4kV母線。

電氣部分，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)（含逆變器、配電裝置）、防雷、過電壓保護(hù)與接地、交流接入系統(tǒng)、電纜敷設(shè)及防火封堵等。

2.3.3 主要設(shè)備清單（見表2）

主要設(shè)備清單 表2

2.3.4 電氣系統(tǒng)（見圖3）

2.4 系統(tǒng)構(gòu)成和發(fā)電流程

通過光伏組件將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，可分為離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩大類。本工程為并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由光伏方陣、并網(wǎng)逆變器、開關(guān)柜、交直流電力網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)示意圖如圖4。

Lars Jensen表示，“按照目前的情況來看，我們暫時(shí)并不能看到事態(tài)有升級和擴(kuò)大的趨勢，所以我認(rèn)為目前沒有理由大驚小怪。”

本工程擬建設(shè)50KWp并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用多晶硅光伏組件作為光電轉(zhuǎn)換裝置，同時(shí)根據(jù)建設(shè)方案配置相應(yīng)的接入系統(tǒng)。

2.5 主要設(shè)備選型

2.5.1 光伏組件

項(xiàng)目使用220Wp多晶硅光伏組件，共228塊，組件參數(shù)如表3。

組件參數(shù)表 表3

2.5.2 逆變器

逆變器初步擬選擇50kW并網(wǎng)型逆變器1臺。

2.6 分布式光伏電站的建設(shè)流程

2.6.1 建設(shè)流程

2.6.2 并網(wǎng)服務(wù)程序

①地市或縣級電網(wǎng)企業(yè)客戶服務(wù)中心為分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目業(yè)主提供并網(wǎng)申請受理服務(wù)，協(xié)助項(xiàng)目業(yè)主填寫并網(wǎng)申請表，接受相關(guān)支持性文件。

②電網(wǎng)企業(yè)為分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目業(yè)主提供接入系統(tǒng)方案制訂和咨詢服務(wù)，并在受理并網(wǎng)申請后20個(gè)工作日內(nèi)，由客戶服務(wù)中心將接入系統(tǒng)方案送達(dá)項(xiàng)目業(yè)主，項(xiàng)目業(yè)主確認(rèn)后實(shí)施。

③380V接入項(xiàng)目，客戶服務(wù)中心在項(xiàng)目業(yè)主確認(rèn)接入系統(tǒng)方案后5個(gè)工作日內(nèi)，雙方確認(rèn)的接入系統(tǒng)方案等同于接入電網(wǎng)意見函。項(xiàng)目業(yè)主根據(jù)接入電網(wǎng)意見函開展項(xiàng)目核準(zhǔn)和工程建設(shè)等后續(xù)工作。

④分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目主體工程和接入系統(tǒng)工程竣工后，客戶服務(wù)中心受理項(xiàng)目業(yè)主并網(wǎng)驗(yàn)收及并網(wǎng)調(diào)試申請，接受相關(guān)材料。

⑤電網(wǎng)企業(yè)在受理并網(wǎng)驗(yàn)收及并網(wǎng)調(diào)試申請后，10個(gè)工作日內(nèi)完成關(guān)口電能計(jì)量裝置安裝服務(wù)，并與項(xiàng)目業(yè)主（或電力用戶）簽署購售電合同和并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議。合同和協(xié)議內(nèi)容執(zhí)行國家電力監(jiān)管委員會和國家工商行政管理總局相關(guān)規(guī)定。

⑥電網(wǎng)企業(yè)在關(guān)口電能計(jì)量裝置安裝完成后，10個(gè)工作日內(nèi)組織并網(wǎng)驗(yàn)收及并網(wǎng)調(diào)試，向項(xiàng)目業(yè)主提供驗(yàn)收意見，調(diào)試通過后直接轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)按國家有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，若驗(yàn)收不合格，電網(wǎng)企業(yè)向項(xiàng)目業(yè)主提出解決方案。

⑦電網(wǎng)企業(yè)在并網(wǎng)申請受理、接入系統(tǒng)方案制訂、合同和協(xié)議簽署、并網(wǎng)驗(yàn)收和并網(wǎng)調(diào)試全過程服務(wù)中，不收取任何費(fèi)用。

2.7 分布式光伏電站的運(yùn)行模式

屋頂電站在項(xiàng)目備案時(shí)可選擇“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”或“全額上網(wǎng)”模式。用戶不足電量由電網(wǎng)企業(yè)提供，上、下網(wǎng)電量分開結(jié)算，電價(jià)執(zhí)行國家相關(guān)政策。

“全額上網(wǎng)”項(xiàng)目的全部發(fā)電量由電網(wǎng)企業(yè)按照當(dāng)?shù)毓夥娬緲?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)收購。

“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”是指分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力主要由電力用戶自己使用，多余電量接入電網(wǎng)，它是分布式光伏發(fā)電的一種商業(yè)模式，對于這種運(yùn)行模式光伏并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)在用戶電表的負(fù)載側(cè)，需要增加一塊光伏反送電量的計(jì)量電表或者將電網(wǎng)用電電表設(shè)置成雙向計(jì)量，用戶自己直接用掉的光伏電量，以節(jié)省電費(fèi)的方式直接享受電網(wǎng)的銷售電價(jià)，反送電量單獨(dú)計(jì)量并以規(guī)定的上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。

2.8 太陽能分布式發(fā)電實(shí)施

項(xiàng)目在工人區(qū)臨建搭設(shè)時(shí)，對擬安裝太陽能光伏發(fā)電的6棟活動板房進(jìn)行了加固處理，以滿足常規(guī)尺寸晶體硅電池板荷載要求。

項(xiàng)目利用生活區(qū)屋頂閑置空間，安裝容量50KWp，光伏并網(wǎng)電站。使用220Wp晶體硅電池組件228塊，采用順屋面平鋪方式安裝。電站所發(fā)電量就地并入項(xiàng)目部0.4kV電網(wǎng)。安裝前需采用方鋼加固活動板房，以滿足荷載要求，見圖5。

3 施工現(xiàn)場應(yīng)用情況

項(xiàng)目部46kW太陽能電站，位于合肥市濱湖區(qū)。電站使用209塊220W太陽能電池板，安裝在6棟工人宿舍屋頂。平均每天可發(fā)150度電，供項(xiàng)目部辦公、生活區(qū)使用。

依據(jù)國家對度電補(bǔ)貼政策0.67元/度（0.42元/度國家補(bǔ)貼，0.25元合肥市補(bǔ)貼），該電站每年可獲得政府補(bǔ)貼資金3.7萬元。施工現(xiàn)場用電屬臨時(shí)用電，電費(fèi)較高，太陽能電站每年可節(jié)約5.5萬元電費(fèi)。經(jīng)測算該項(xiàng)目在運(yùn)行第五年時(shí)可回收成本，剩余的20年運(yùn)行期間可獲得度電補(bǔ)貼和節(jié)約電費(fèi)收益總計(jì)183萬元（稅前）。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能優(yōu)先供辦公生活區(qū)負(fù)載使用，余電上網(wǎng)，當(dāng)陰雨天氣太陽能發(fā)電不足時(shí)則從電網(wǎng)補(bǔ)充電能。太陽能發(fā)電系統(tǒng)一次性投入，后期免維護(hù)或少維護(hù)，每年可為建筑企業(yè)節(jié)約大量電費(fèi)，并可享受國家對太陽能電站補(bǔ)貼政策。

針對建筑工地項(xiàng)目現(xiàn)場周期較短一般為3～4年，將太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可移動式，當(dāng)建筑項(xiàng)目完工時(shí)，可搬遷至另一項(xiàng)目地繼續(xù)使用，系統(tǒng)壽命為25年，至少可供6個(gè)以上的項(xiàng)目使用。

建筑工地臨時(shí)彩鋼板房保溫性能相對較差，在屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)后，可有效降低夏季日照對屋內(nèi)溫度的影響，減少空調(diào)、電扇等降溫設(shè)備的使用，起到了一定節(jié)能降耗的作用。

4 結(jié) 語

建筑施工現(xiàn)場采用太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)，充分利用施工現(xiàn)場場地，既符合綠色施工節(jié)能減排的要求，又能在一定程度上大大節(jié)約項(xiàng)目施工成本。太陽能分布式發(fā)電在施工現(xiàn)場具有較高的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。項(xiàng)目初期雖然一次性投入成本較高，但從企業(yè)長遠(yuǎn)利益及社會效益來看應(yīng)該具有良好的投資回報(bào)。

[1] 太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法[S].

[2] 梁有偉，胡志堅(jiān)，陳允平.分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003（12）.

[3] 李永華，袁超，蒲亮.屋頂式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].電力科學(xué)與工程，2013（9）.

[4] 孟浩，陳穎健.我國太陽能利用技術(shù)現(xiàn)狀及其對策[J].中國科技論壇，2009（5）.