分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在城鎮(zhèn)污水廠中的應(yīng)用探索

羅曼麗

(廣東省佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司， 廣東 佛山 528000)

?

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在城鎮(zhèn)污水廠中的應(yīng)用探索

羅曼麗

(廣東省佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司， 廣東 佛山 528000)

指出了分布式光伏發(fā)電是國(guó)家能源部鼓勵(lì)發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)，城鎮(zhèn)污水廠具有占地大、能源需求大等特點(diǎn)，兩者結(jié)合具有較大的優(yōu)勢(shì)，綜合闡述了城鎮(zhèn)污水處理廠與分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的可行性，并評(píng)估了其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，探討了進(jìn)一步需解決的問題。

分布式；光伏發(fā)電；太陽(yáng)能；城鎮(zhèn)污水

1　引言

黨的十八屆五中全會(huì)提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念，創(chuàng)新和環(huán)保無疑是國(guó)家未來發(fā)展的重點(diǎn)，將創(chuàng)新理念引入環(huán)保產(chǎn)業(yè)，是作為每一個(gè)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域工作者的思考方向。

2　分布式光伏發(fā)電的前景

隨著傳統(tǒng)能源可開發(fā)資源的日益減少，以及傳統(tǒng)能源在使用過程中對(duì)環(huán)境的污染加劇，近年來世界各國(guó)都在積極探索新能源的開發(fā)和利用。我國(guó)國(guó)務(wù)院在2012年10月24日發(fā)布了《中國(guó)的能源政策》白皮書，提出大力發(fā)展新能源和可再生能源的重要戰(zhàn)略。新能源，一般指核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等在新技術(shù)基礎(chǔ)上，可系統(tǒng)的開發(fā)利用的可再生能源。

20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)在西藏、新疆、內(nèi)蒙等日照時(shí)間長(zhǎng)、幅員遼闊的西部地區(qū)建設(shè)大型的太陽(yáng)能電站，利用光伏電板收集太陽(yáng)光能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電被稱為無污染、可持續(xù)再生、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)低的新能源，但同時(shí)存在輸電距離長(zhǎng)、占用土地資源的弊端。2013年11月，國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法的通知》，分布式光伏發(fā)電迎來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天。 分布式光伏發(fā)電實(shí)行“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、就近消納、電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的運(yùn)營(yíng)模式，鼓勵(lì)各類電力用戶投資建設(shè)和經(jīng)營(yíng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，國(guó)家和地方政府進(jìn)行資金補(bǔ)貼。

3　分布式光伏發(fā)電與城鎮(zhèn)污水項(xiàng)目的結(jié)合

目前，我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠項(xiàng)目大多采用A2/O、SBR、氧化溝等傳統(tǒng)污水處理工藝，污水處理流程的各建(構(gòu))筑物采用地上式分散布置為主，加上城鎮(zhèn)規(guī)劃對(duì)污水處理廠綠化率、容積率等指標(biāo)的限制，城鎮(zhèn)污水處理廠在平面布局上一般具有占地面積大、空間開闊的特點(diǎn)，使光伏發(fā)電項(xiàng)目與城鎮(zhèn)污水處理廠項(xiàng)目具備潛在的共生優(yōu)勢(shì)。

3.1城鎮(zhèn)污水處理廠豐富的空間資源，造就光伏發(fā)電項(xiàng)目的規(guī)模效應(yīng)

在城市里，土地資源是最珍貴的資源。城鎮(zhèn)污水處理廠具有占地面積大、空間開闊的特點(diǎn)，建筑物的屋頂、構(gòu)筑物的池面、綠化用地以及各類的閑置空間，在其上面加裝太陽(yáng)能光伏板有著得天獨(dú)厚的空間優(yōu)勢(shì)。以佛山市鎮(zhèn)安污水處理廠為例，該項(xiàng)目已建成3期共25萬t/d的污水處理規(guī)模，規(guī)劃占地面積共計(jì)20萬m2，其中綜合樓、宿舍、鼓風(fēng)機(jī)房等建筑物的屋頂面積約0.5萬m2，生物反應(yīng)池、二沉池、消毒池等池面面積約4萬m2、綠化面積約8萬m2，道路及其他閑置用地約8萬m2。通過建設(shè)光伏電站，污水處理廠將實(shí)現(xiàn)利用可再生清潔能源治理環(huán)境污染的愿景，同時(shí)通過污水池上土地2次開發(fā)利用，充分利用閑置空間。

3.2光伏發(fā)電就近消納，大大降低污水處理廠的運(yùn)營(yíng)成本

北京城市排水集團(tuán)和北京交通大學(xué)聯(lián)合對(duì)全國(guó)1441座污水廠運(yùn)行能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)污水廠的設(shè)計(jì)規(guī)模、處理工藝、進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)要求不同，污水處理廠單位耗氧污染物削減電耗分布在0.58～3.05 kW·h/m3， 電耗成本是污水處理廠運(yùn)行成本的主要構(gòu)成部分，一般占總運(yùn)行成本的50%～70%。而且隨著出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提升，深度處理工藝的推廣應(yīng)用，電耗成本占污水處理廠運(yùn)行總成本的比重將進(jìn)一步加大。分布式光伏發(fā)電設(shè)施與城鎮(zhèn)污水處理廠項(xiàng)目的結(jié)合，正好營(yíng)造“就近消納，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的產(chǎn)業(yè)格局。污水處理廠內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電站，利用自發(fā)自用的生產(chǎn)模式，為污水處理項(xiàng)目節(jié)能減排的一項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用。

3.3切合國(guó)家能源政策，享受政府資金補(bǔ)貼，提升盈利能力

2016年，國(guó)家出臺(tái)一系列推進(jìn)光伏工業(yè)、鼓勵(lì)太陽(yáng)能光電項(xiàng)目的政策方法，各省市也相繼呼應(yīng)，形成國(guó)家+地方多層次補(bǔ)助的格局。2013年9月，國(guó)家發(fā)展改革委出臺(tái)了《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，完善了光伏發(fā)電價(jià)格政策。通知明確對(duì)光伏電站實(shí)行分區(qū)域的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策，根據(jù)各地太陽(yáng)能資源條件和建設(shè)成本，將全國(guó)分為三類資源區(qū)。對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，實(shí)行按照發(fā)電量進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)貼的政策，電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.42元/kW·h。而廣東省沒有指定統(tǒng)一的補(bǔ)貼政策，而是由各市自行指定。以佛山市為例，度電補(bǔ)貼按實(shí)際發(fā)電量補(bǔ)助0.15元/kW·h，為期3年。可見，污水處理廠內(nèi)建設(shè)光伏發(fā)電站，除可降低電耗成本外，還可以獲得額外的政府補(bǔ)貼，若有剩余的電量，可按標(biāo)桿電價(jià)上網(wǎng)，是一種可行的增加營(yíng)業(yè)收入的方式。

4　經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

現(xiàn)以鎮(zhèn)安污水處理廠為例，對(duì)污水處理廠內(nèi)建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的投資估算和財(cái)務(wù)測(cè)算進(jìn)行分析，對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估。

4.1投資估算

在已建成的污水處理廠內(nèi)安裝光伏發(fā)電設(shè)施，必須依附于現(xiàn)狀設(shè)施進(jìn)行改造和加裝，根據(jù)安裝難度不同，單位造價(jià)也會(huì)有差異。

第一步：安裝難度最底位置為建筑物屋面。在平面屋面或斜屋面架設(shè)簡(jiǎn)單的鋼制支架，就可以安裝光伏板及其他配件。一般取每平方米裝機(jī)容量為100W，若鎮(zhèn)安污水處理廠5000 m2的建筑物屋面全部安裝光伏發(fā)電設(shè)施，總裝機(jī)容量為500 kW。以發(fā)電單位計(jì)，目前每瓦裝機(jī)的分布式系統(tǒng)造價(jià)約8～12元，取其中值計(jì)算，則建筑物屋面部分的項(xiàng)目總投資為500萬元。

第二步：綠化用地和閑置用地，經(jīng)過平整后，可安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，以簡(jiǎn)單鋼制支架支撐。地下管線少、地上為低矮植皮的綠化用地或閑置用地可用于安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用多晶硅太陽(yáng)能板可以讓部分陽(yáng)光穿透太陽(yáng)能板，使地面維持原有植皮，保持廠區(qū)綠化面積。假設(shè)鎮(zhèn)安污水廠有2萬m2的綠化用地和閑置用地具有安裝條件，則總裝機(jī)容量為2000 kW。單位裝機(jī)造價(jià)按12元估算，則綠化用地和閑置用地部分的項(xiàng)目總投資為2400萬元。

第三步：水池面和道路上空加裝光伏設(shè)備是安裝難度最高的部分，首先需要架設(shè)一定高度和強(qiáng)度的支架，并需要考慮材料防腐和日后維修的空間，具體的結(jié)構(gòu)形式需要按照現(xiàn)場(chǎng)的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)初步將光伏系統(tǒng)的造價(jià)和支架部分的造價(jià)按1∶1進(jìn)行估算，則鎮(zhèn)安污水廠約4萬m2的池面，總裝機(jī)容量為4000 kW，該部分項(xiàng)目總投資估算為9600萬元。

4.2營(yíng)收估算

光伏發(fā)電的實(shí)際效能，不可避免地受到所在地的氣象條件影響，日照時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到項(xiàng)目的效益。因此，本文利用類似案例的數(shù)據(jù)演算鎮(zhèn)安污水廠項(xiàng)目的預(yù)計(jì)效能。

佛山市天安數(shù)碼城科技大廈50 kW分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目于2014年3月29日并網(wǎng)發(fā)電，該項(xiàng)目占屋頂450 m2，系統(tǒng)總裝機(jī)容量為50 kW，從2016年3月16日現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)總發(fā)電量為102855.36 kW·h，折算得出在佛山地區(qū)，系統(tǒng)裝機(jī)容量為50 kW的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年發(fā)電量約5.1萬kW·h。以此推算年發(fā)電量如表1。

表1　年發(fā)電量測(cè)算

據(jù)統(tǒng)計(jì)，鎮(zhèn)安污水處理廠年均電耗約1500萬度，因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電量均可以就近供給污水廠生產(chǎn)使用。 按照目前的國(guó)家鼓勵(lì)政策、以及佛山市和禪城區(qū)的相關(guān)補(bǔ)助政策測(cè)算：國(guó)家實(shí)行按照發(fā)電量進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)貼的政策，電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為每千瓦時(shí)0.42元，2016年光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)Ⅲ類資源區(qū)為0.98元/度；度電補(bǔ)貼按實(shí)際發(fā)電量補(bǔ)助0.15元/kw·h，為期3年；禪城區(qū)按40萬/兆瓦的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目投資者進(jìn)行一次性補(bǔ)助，單個(gè)項(xiàng)目補(bǔ)助最高不超過100萬元。佛山市大工業(yè)用電電價(jià)為0.74元/度。由此，測(cè)算結(jié)果如表2。

表2　投資回報(bào)測(cè)算表　萬元

根據(jù)已有項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，太陽(yáng)能光伏板的使用壽命可達(dá)25年，年衰減率約1%，運(yùn)營(yíng)期間維護(hù)工作量不大，但要做好防風(fēng)措施。根據(jù)投資回報(bào)測(cè)算的結(jié)果，在已建成的污水廠內(nèi)加裝光伏發(fā)電設(shè)置，利用屋頂天面、綠化用地和閑置用地較有經(jīng)濟(jì)效益。池面加裝的施工難度大、維護(hù)難度大、建設(shè)造價(jià)高，不納入推薦方案。

5　結(jié)語

已建成的污水處理廠局部增設(shè)光伏發(fā)電設(shè)施，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度上說，是切實(shí)可行的。但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然條件影響，是不連續(xù)運(yùn)行的，因此要進(jìn)一步完善光伏發(fā)電的不連續(xù)性與污水處理廠生產(chǎn)用電的穩(wěn)定性的銜接問題。

鑒于池面和道路占污水處理廠內(nèi)大部分的面積，但在已建成項(xiàng)目中加裝光伏發(fā)電設(shè)施施工難度大、工程造價(jià)高。因此建議對(duì)于新建的項(xiàng)目，可考慮污水處理設(shè)施與光伏發(fā)電設(shè)施同時(shí)設(shè)計(jì)、綜合考慮，以降低造價(jià)，使兩個(gè)項(xiàng)目更科學(xué)合理的結(jié)合。

城鎮(zhèn)污水處理廠引入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，形成環(huán)保產(chǎn)業(yè)與新能源產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，可互惠互利、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，且符合國(guó)家和社會(huì)的整體利益，達(dá)到環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的重大提升，值得推廣應(yīng)用。

[1]王少波，卿湘運(yùn).光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠中的實(shí)施研究[J].能源環(huán)境保護(hù)，2016(4).

[2]王佑.污水處理廠“兼職”光伏發(fā)電年回報(bào)率可達(dá)17%[N].第一財(cái)經(jīng)時(shí)報(bào)，2016-06-01.

2016-04-16

羅曼麗(1981—)，女，工程師，主要從事環(huán)境保護(hù)方面的工作。

X52

A

1674-9944(2016)14-0084-02