光伏并網供電系統在客運碼頭的應用

張光偉　徐施翮

摘 要：客運旅游碼頭最大的耗電項目是夜間照明及景觀亮化，利用光伏并網供電系統可有效降低碼頭建造及運營成本，同時顯著提高節能減排效率。

關鍵詞：光伏供電 并網 客運碼頭 太陽能 節能減排

武漢國博中心是中西部最大、全國第三大的展覽場館。武漢國博客運碼頭位于國博中心后方江灘，主要功能是為日常輪渡客運、大型展會期間游客疏散及水上旅游觀光。該碼頭采用浮碼頭結構型式，前沿設兩艘靠泊躉船，通過活動鋼引橋及固定架空觀景長廊與國博中心平臺連接。因碼頭位于國博中心景觀帶，夜間照明及亮化要求均較高，照明及亮化用電負荷也較大，采用傳統岸電供電方式設備投資較大，碼頭長期運營成本也較高。

而武漢地區太陽能資源豐富，且太陽能在轉換過程中不會產生危及環境的污染，設備投資不高，運營過程中轉換的電能在自用富余的情況下可外賣產生一定的經濟效益。因此，本碼頭照明及亮化采用了光伏并網供電。

光伏供電特點

美觀和諧。太陽能光伏組件安裝不會破壞躉船安全性能，與躉船建筑合為一體，不影響建筑外觀。安裝后躉船整體效果可視性強，使游客可直接感受到太陽能綠色照明的科技效果。

功能性強。太陽能光伏供電系統可為躉船照明亮化燈具、小功率電器供電，滿足日常照明用電需求，其景觀支架還可起到遮風、遮陽或擋雨的作用。

安全可靠。此系統采用光、電互補供電方式：光、電互補系統可做到穩定、正常的供電，在任何惡劣的天氣下都可以保證正常供電需求并且該系統具有良好的兼容性，整個轉化系統全部自動化控制，無需人員看管；保證了系統的穩定性。

示范效果。躉船采用太陽能光伏發電系統既能展示太陽能光伏景觀一體化合理運用，又能起到宣傳清潔能源、加強市民的環保意識的作用，體現兩型社會的發展需求，保證水上資源可持續性發展。

合理利用資源。風力與太陽能同屬新能源開發的范疇，但長江武漢段屬于風力資源相對貧乏地區，投資回報率小。綜合考慮投資成本因素，不建議采用風能發電，而采用投資回報率高的太陽能為當前新能源發展的趨勢。水上環境建筑物遮擋較少，光電轉換利用效率大大提高。

光伏供電方案選擇

一般太陽能光伏供電系統可分為離網供電系統和并網供電系統。

光伏離網供電系統由太陽能電池板、蓄電池和充放電控制器以及離網逆變器組成，太陽能充放電控制器對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。

光伏并網供電系統是將光伏陣列產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通過并網逆變器直接反向饋入電網的發電系統。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。并網發電系統能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。同時，可再生能源并網系統可以對公用電網起到調峰作用。

為確定本項目選擇何種供電系統，我們從以下幾個方面對兩種系統進行對比分析：①安裝及使用成本。與并網系統相比，離網系統中需增設蓄電池和充放電控制器，成本相對較高，一般同功率離網系統報價是并網系統報價的1.5倍以上。同時，蓄電池使用壽命較短，一般在3～5年左右，更換電池成本較高。另外離網系統日常維護工作量及費用均較并網系統高。②發電及使用效率。離網系統的蓄電池在電量充滿后，電池板所發電力將會大部分被浪費，既達不到節能的目的，又降低了系統的實際運行效率。而并網系統中并網逆變器最大效率較高（可達到 97%），多余的電量可向電網傳輸產生經濟效益；并網系統中省去了充放電控制器、蓄電池，從而也不用考慮其損失的效率。③系統運行可靠性。并網系統中的設備設計使用壽命為25年，而離網系統中的設備設計壽命一般為8～10年。在較短的運行時間內，在可靠性方面也有所區別。離網系統部件較多，故障點相應增加，降低了可靠性，且蓄電池的性能會隨著使用時間有所下降；市電互補系統雖然能夠提高系統在陰雨天氣或故障情況下的可靠性，但其切換時對負載及設備本身造成的沖擊也是系統故障的重要誘因。并網光伏系統沒有任何儲能和切換單元，電力是由系統自動調配，且設備始終自動調控在最佳工作狀態下運行，性能穩定，可靠性高。④環保性。相對并網系統而言，離網系統中需要使用蓄電池對產生的電能進行存儲，蓄電池大量使用原材料金屬鉛，蓄電池廢棄處理不當時可能會對環境產生嚴重污染，而并網系統不存在這種污染風險。

綜合以上幾點，本項目選擇了光伏并網供電系統。

設計方案

在旅游觀光躉船上安裝一套獨立光伏發電系統，共安裝255Wp多晶硅光伏組件160塊，總裝機功率共計約40KWp，使用2臺20KW/AC380V并網逆變器，并配置相應配套監控系統。通過太陽能光伏組件將太陽能轉換為電能，通過并網控制系統、逆變系統將電能轉化為交流電并入躉船局域電網供給躉船負載使用，余電并網。光伏并網電氣主接線圖如圖1所示。

太陽能光伏組件通過支架安裝在躉船頂棚上，采用陣列式安裝，角度10～15°，支架地腳與躉船頂棚頂面直接焊接。躉船光伏建筑一體化既美觀大方又具有很好的防風能力，十分適合躉船的自然環境。光伏陣列安裝布置如圖1所示。

節能減排效果

該工程躉船光伏系統使用太陽能電池板總功率為40000Wp，電費按1.48元/度計算，其節能減排指標如下：

由上表可以看出，與傳統岸電供電相比，本項目采用并網供電系統節能減排效果非常顯著。而系統投資成本也相對于傳統岸電供電更低。

結語

我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環境被破壞的代價，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，群眾對環境污染問題反應尤為強烈。太陽能作為可再生新型能源，有“取之不盡、用之不竭”的優勢，太陽能發電過程無任何有害物質的排放、零噪聲，作為綠色安全型新能源，為國家倡行節能減排、新能源開發政策起到積極的推動作用，太陽能光伏并網供電在水運行業尤其是客運碼頭領域具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2] 趙平，嚴玉廷. 并網光伏發電系統對電網影響的研究[ J ]. 電氣技術，2009（3）：41-44.

（作者單位：中交武漢港灣工程設計研究院有限公司）endprint