天然氣管道長輸企業建設分布式光伏發電系統的應用研究及設計

山西國化能源有限責任公司

一、引言

我國能源結構以煤炭為主，“十一五”以來，在經濟快速增長的拉動下，煤炭消費約占商品能源消費構成的75%，已成為我國大氣污染的主要來源。大量CO2、SO2氣體及粉塵等的排放，造成生態環境的破壞和嚴重的環境污染，既影響經濟發展，也影響人民生活和健康。隨著我國經濟的高速發展，能耗的大幅度增加，能源和環境對可持續發展的約束將越來越嚴重。因此，大力開發太陽能、風能、地熱能和海洋能等可再生能源利用技術將成為減少環境污染的重要措施，同時，也是保證我國能源供應安全和可持續發展的必然選擇。

天然氣管道輸氣是天然氣輸送的主要方式，具有運輸成本低、占地少、建設快、油氣運輸量大、安全性能高等優勢。天然氣管道長輸企業鋪設長輸管線，沿管線建立各類輸氣站場，站場的選址一般在城鎮周邊或空曠處，分布廣，每個站的布局分散、單站建設面積小，人員配備少，同時站場用電負荷不大，如果因地制宜的在管線沿線各輸氣站場建設分布式光伏發電項目，自發自用多余電量上網，充分利用當地太陽能資源，替代和減少化石能源消耗，將有效降低企業運行成本，并且提升企業社會形象。

二、天然氣站場分布式光伏發電系統建設可行性研究

（一）建設難點

天然氣輸氣站場在建設過程中，根據GB50183《石油天然氣工程設計防火規范》要求，輸氣站場工藝設施距離輔助生產設施的安全距離必須滿足12米的最低要求，因此輸氣站場內具備建設分布式光伏發電系統的面積并不大，除去道路、回車場地以外，可利用空間包括站場內的綠化區域及建筑物屋頂。

而為達到光伏發電系統自發自用，余電上網的要求，每個站場的光伏系統發電量應大于站場用電量，根據發電量確定太陽能板的安裝面積。

國化公司18個分輸站場實際用電情統計表（見表1）：

根據計算，場站日均用電量126 kW h，年用電量45825 kW h。

站場平均電費為0.804899元/度，上網補貼后電價為0.652元/度（標煤上網電價+補貼電價），因此每個輸氣站場的最低裝機容量大于站場的年用電量才能使收益最大化。

光伏電站發電量采用以下公式計算：

式中：

L——并網光伏電站年發電量；

W——并網光伏電站裝機容量；

H——年峰值日照小時數；

η——光伏電站系統總效率；

年峰值日照小時數H：通過調查山西省日照資源分布情況如下：晉中市年平均峰值日照小時數4.46 h/d；長治市年平均峰值日照小時數4.34 h/d；晉城市年平均峰值日照小時數4.18 h/d；臨汾市年平均峰值日照小時數4.33 h/d；運城市年平均峰值日照小時數4.14 h/d。這里年峰值日照小時數H取1400小時。

光伏電站系統總效率η：光伏系統額效率主要受溫度、霧霾積雪、設備損失等因素影響，這里效率取0.8。

經計算每個輸氣站場的最低裝機容量為：

在平面屋頂或地面上，光伏發電建設單位功率約為70W/平方米，因此每個輸氣站內最少需要建設面積585平方米。

典型站場的占地面積見表2：（單位：平方米）

因此，除在綜合樓屋頂防止光伏設施外，需要另外安排在空地上安放太陽能車棚或者利用場站周邊綠化用地建設高支架光伏設施，以提高裝機容量，才可以滿足安裝面積要求。為提高效益，可根據各輸氣站場實際情況，適當增大光伏系統裝機容量可使收益最大化。

（二）方案設計

目前分布式光伏系統建設方案成熟，方案選擇應綜合考慮：運行可靠性、可維護性、未來技術發展趨勢等，并結合電站區域的氣象條件、地理環境、施工條件、交通運輸等實際因素，經技術經濟綜合比較選用適合大型并網光伏電站使用的解決方案，設計方案原理如圖1。

每個輸氣站設計裝機容量45～60KW，采用自發自用，余額上網模式，選擇低壓并網，自發自用部分直接接入380V配電室，配電室內增加一臺380V并網柜，一臺380V計量柜。

表1

表2

根據建筑立面圖估算，場站能綜合樓屋頂最多安放20kw組件，每塊250w的發電功率，共80塊組件。在綜合樓前空地上安放太陽能車棚或者利用場站周邊綠化用地建設高支架光伏設施，以提高裝機容量，25～40kw左右的太陽能車棚或綠地需占地約500～800平米。（每個多晶硅板尺寸1.65×1×0.04m，且在擺放時需有一定的間距（見表3）。

圖1

表3

表4

三、天然氣站場分布式光伏發電系統建設效益分析

（一）經濟性分析

目前光伏裝機造價約為6.5元/w。

在25年的使用壽命期內，單晶硅電池板在使用過程中光電轉化效率會降低，首年衰減率為3%，10年衰減10%，25年總衰減率不超過20%。

站內

根據相關規定新投運的、采用“自發自用、余電上網”模式的分布式光伏發電項目，全電量度電補貼標準為每千瓦時0.32元，山西省脫硫上網電價為0.332元/度。

在不同裝機容量下的發電量和收益見表4：

由表4可知，不同裝機容量下，系統的投資回收周期在6～8年，裝機容量越大，回收周期越長，但收益也越大。因此，每個輸氣站可根據站場的可利用面積及資金情況合理設置裝機容量。

（二）環境效益

此系統不占用城市中額外的土地進行光伏系統的安裝，通過綠色可再生能源對建筑樓體進行節能減排，滿足能源的可持續發展，并且對環境不產生任何污染，減少環境再處理的大量資金投入。同時使用太陽能光伏發電將減少火力發電導致的環境污染，從而減少國家治理污染的支出，具有難以估量的間接受益。

在18個輸氣站場建立60KW分布式光伏發電系統后，年發電量約106萬kwh，可每年減少二氧化碳排放約106噸，減少二氧化硫排放約3.2噸，減少粉塵排放約29.1噸。

此外，太陽能發電系統的應用還有助于展現我國對環境保護的重視，其發展前景十分廣闊，它對提高人民的環境保護和能源意識，對可再生能源的應用起到良好的展示作用。

四、結論及建議

無論是根據國家能源政策，還是當地支柱產業發展政策，分布式光伏發電都是值得投入的項目，但目前天然氣管道公司建設分布式光伏電站的意愿并不是很高，究其原因，主要有以下幾點：

1.從目前的投資效益說，分布式光伏發電項目不如直接投資管道建設，直接動力不足。

2.分輸站場可利用面積有限，裝機容量小收益不高。

但從長遠來說，分布式光伏發電是企業踐行綠色發展的方向，是企業社會責任的體現，并且能促進企業節能降耗。