20MW分布式光伏发电项目规划设计建议书.docx
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20MW分布式光伏发电项目规划设计建议书
1.项目概况
1.1项目概况及编制依据
在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。
美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。
在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。
“十二五”时期我国新增太阳能光伏电站装机容量约1000万千瓦，太阳能光热发电装机容量100万千瓦，分布式光伏发电系统约1000万千瓦，光伏电站投资按平均每千瓦1万元测算，分布式光伏系统按每千瓦1.5万元测算，总投资需求约2500亿元。
尽管我国是太阳能产品制造大国，不过我国太阳能产品只用于出口。
在2010年时，全球太阳能光伏电池年产量1600万千瓦，其中我国年产量1000万千瓦。
而到2010年，全球光伏发电总装机容量超过4000万千瓦，主要应用市场在德国、西班牙、日本、意大利，其中德国2010年新增装机容量700万千瓦。
不过，我国太阳能资源十分丰富，适宜太阳能发电的国土面积和建筑物受光面积也很大，其中，青藏高原、黄土高原、冀北高原、内蒙古高原等太阳能资源丰富地区占到陆地国土面积的三分之二，具有大规模开发利用太阳能的资源潜力。
1.2自然地理概况
1.2.1地理位置
某某镇与某某市接壤，版图面积94.5平方公里，耕地面积85,023亩，辖7个管理区，62个行政村，人口36,901人，人均耕地2.5亩。
某某镇政府驻地位于某某村东，建国后，该村一直为区、社、乡、镇驻地。
浓郁的文化底蕴，便利的交通环境，使该镇成为“民营企业的摇篮，投资兴业的宝地，经济发展的重镇”。
1.2.2气候特征
某某镇属暖温带半干旱季风区域大陆性气候。
主要气侯特征是：
季节季风变化显著，光照充足，热量丰富，降水量较少。
春季，降水少，风速大，气候干燥;夏季，温度高，湿度大，降水多。
降水期一般集中在7—8月份；秋季，气温急降，天气凉爽，降水量少，天多晴朗，风和光充足；冬季，低温寒冷，雨雪稀少。
1.2.3地形地貌
高唐县的地貌是微波起伏、类型不同的黄泛冲积平原。
总趋势是由西南向东北倾斜，平均坡降为1/7000-1/9000。
平均海拔27米，最高点在清平镇张庄西、海拔32.1米；最低点在涸河镇三甲王村西北，海拔22.6米。
2.项目建设必要性
2.1缓解能源、电力压力
据有关资料报道，我国人均能源探明储量只有135t标准煤，仅相当于世界人均拥有量264t标准煤的51%。
通过1999年中国一次能源资源储量和世界平均储量的对比情况看，中国的一次能源资源的储量远低于世界的平均水平。
同时我国是一个能源产生和消费大国。
2006年一次能源消费总量为24.6亿吨标准煤，比2005年增长9.3%。
在经济快速增长的拉动下，中国能源的生产和消费高幅度增长，中国已经成为世界第二大能源生产国和消费国。
根据中国电力科学院预测，我国电力供应缺口在2010年约为37GW，2020年预计为102GW。
常规化石燃料资源在地球中的储量是有限的。
随着大规模工业开采和不断增长的能源消费需求，全球的化石燃料资源正在加速枯竭，全世界都面临着化石能源资源日益枯竭的巨大压力。
按照目前的经济发展趋势和中国的资源情况，2010年和2020年的电力供应单靠传统的煤炭、水、核能是不够的。
目前我国探明的煤炭资源将在81年内采光，石油资源将在未来15年左右枯竭，天然气资源也将在未来30年用尽。
根据近年来中国能源消费总量的增长情况分析，其增长速度大于2020年GDP翻两番、能源翻一番的规划速度，我国人口众多，人均能源资源占有量非常低。
说明中国的能源形势比世界能源形势要严峻得多，同时也清楚的表明，中国可再生能源的替代形势比世界要严峻得多、紧迫得多。
2.2太阳能光伏发电将是未来重要能源
由于能源消费的快速增长，环境问题日益严峻，尤其是大气污染状况日益严重，影响经济发展和人民的生活健康。
随着我国经济的高速发展，能耗的大幅度增加，能源和环境对可持续发展的约束越来越严重。
因此，大力开发太阳能、风能、地热能和海洋能等可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施，同时也是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。
太阳能是一种可利用的非常宝贵的可再生能源，相对于人类发展历史而言是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。
在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重视和支持。
迄今为止，太阳能的开发和利用已经历了几十年的发展，逐渐成为绿色领域的前沿技术。
在技术进步的推动和逐步完善的法规政策的强力驱动下，光伏产业自1990年代后半期起进入了快速发展时期。
近几年，随着光伏组件成本的不断下降，光伏市场发展迅速，光伏发电由边远地区和特殊应用向城市应用过渡。
由补充能源向替代能源过渡，人类社会向可持续发展的能源体系过渡。
并网光伏发电在整个可再生能源技术中也是增长最快的技术，成为世界最关注的可再生能源之一，并成为电力工业的重要组成部分。
2.3缓解环境压力
2013年我国能源消费结构有所优化。
根据国家能源局初步统计显示，煤炭消费占一次能源消费的比重为65.7%，同比下降0.9个百分点；非化石能源消费占一次能源消费比重由2012年9.1%提高到2013年的9.8%。
可以看出，煤炭在我国能源结构中比例接近2/3，而其他化石燃料（如石油和天然气）比例较小，与世界能源结构形成鲜明对照。
“十一五”开局以来，在经济快速增长的拉动下，煤炭消费约占商品能源消费构成的75%，已成为我国大气污染的主要来源。
中国是世界SO2排放最为严重的国家，因而也是酸雨污染最严重的国家。
煤炭燃烧排放的污染物占全国同类排放物的比例SO2为87%，CO2为71%，NOx为67%，烟尘为60%。
2007年，除中国SO2排放持续为世界第一外，中国CO2排放也超过美国，成为世界第一。
这给中国节能减排、改善能源结构以及能源可持续发展带来了巨大压力。
加快可再生能源发展，优化能源消费结构，增加清洁能源比例，减少温室气体和有害气体排放是中国能源和环境可持续发展的当务之急。
2.4符合国家和当地宏观政策
国家《可再生资源中长期发展规划》中，确定到2020年可再生能源占到能源总消费的15%的目标，并具体提出：
到2010年，建成大型并网光伏电站总容量2万kW、太阳能热发电总容量5万kW；到2020年，全国太阳能光伏电站总容量达到20万kW，太阳能热发电总容量达到20万kW。
2014年，根据《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》以及《光伏电站项目管理暂行办法》和《分布式光伏发电项目管理暂行办法》有关要求，自2014年起，光伏发电实行年度指导规模管理。
2014年度全年新增备案总规模1400万千瓦，其中分布式800万千瓦，光伏电站600万千瓦。
山东省2014年度全年计划新增光伏发电建设总规模120万千瓦，其中分布式80万千瓦，光伏电站40万千瓦。
2.5充分利用当地资源
太阳能光伏产业的发展方向是针对用电负荷较大地区发展大规模并网电站及分布式能源，尤其是我国中东部地区用电负荷很大，随着经济发展的加速，城市对外扩张加快，用电需求将日益增加，土地需求缺口，土地使用成本快速上升，而农用地与光伏结合不仅不破坏原有的土地性质，而且还能缓解当地电网压力。
某某市是我国光照资源较丰富地区，年平均日照时数在1716小时。
某某镇大气透明度好，加上这里地势平坦，无山峦遮挡。
而且靠近电力线路和负荷中心，并网条件优越，是建设光伏电站、建立太阳能电力输出基地的优选区域。
2.6促进我国光伏发电产业的发展
据欧洲光伏行业协会（EPIA）公布的2013年全球光伏产业统计数据，2013年度全球光伏新增装机容量达37007MW，较2012年同期增长7142MW，增幅为23.9%。
其中中国光伏产业装机容量的增长是推动全球新增装机上升的主要因素。
2013年中国光伏新增装机容量达到11.3GW，同比增长22.9%，中国年度新增装机占全球总量的30.5%。
大型并网光伏电站与分布式光伏电站的建设将有力地推动某某市光伏产业的发展，并带动相关产业的技术进步。
通过并网光伏示范电站技术的进一步研究，将为大规模开发建设太阳能并网光伏电站提供技术支持。
光伏并网发电是太阳能发电进入大规模商业化应用的必由之路，示范电站的建设将提供光伏并网发电商业化管理模式，促进光伏产业的发展。
2.7促进当地经济的可持续发展
新能源是国家积极鼓动投资的产业，光电的发展可以带动某某光伏产业投资，促进地方经济的发展。
作为一种新的旅游形式，科技旅游不仅能推动旅游产业的发展，而且有助于提高公众的科学文化素质，是弘扬科学精神、普及科学知识、传播科学理念和科学方法的有效途径。
光伏电站的高科技理念和宏伟的规模，将会有力的促进当地旅游业的发展。
综上所述，山东省某某市高唐县某某镇分布式农业大棚并网光伏电站的建设，符合国家和当地的能源发展政策，能充分利用当地的可再生能源，对于当地的能源和经济的可持续发展、改善当地的能源结构、带动产业投资和促进我国光伏发电产业发展都有重要的意义，并具有重要的环境意义。
山东省具有发展太阳能产业得天独厚的优越条件，某某市电力基础好，大电网基本覆盖全区，交通便利，是国内建设太阳能并网电站的理想场所，而且项目的实施有助于拉动地方经济发展，具有一定的社会效益和经济效益，具有良好的示范和带动作用，因此建设此项目十分必要。
3.项目规模和任务
某某协昌光伏电力有限公司农业大棚光伏并网电站项目位于山东省某某市境内，根据当地的能源资源情况、电力供需情况、未来电力需求预测情况、电力系统状况等因素，本项目建设规模为20MW，预计投资额1.85亿元，安装20个光伏子系统，每个子系统由8000片250Wp多晶硅太阳能电池组件组成。
4.光伏电站地址的选择及布置
4.1选址原则
结合光伏电站建设的特点、场地地形、地貌、气候条件以及我国现行的政策进行场址选择。
场址选择一般遵循一下原则：
1.丰富的太阳光照资源，大气透明度较高，气候干燥少雨。
2.靠近主干电网，减少新增输电线路的投资。
主干电网具有足够的承载能力，有能力输送光伏电站的电力。
3.场址处地势开阔、平坦、无遮挡物。
4.距离用电负荷中心较近，以减少输电损失。
5.便利的交通、运输条件、和生活条件。
6.能产生附加的经济、生态效益，有助于抵消部分电价成本。
7.当地政府的积极参与和支持，提供优惠政策和各种便利条件。
8.场址内无名胜古迹、文物保护区、自然保护区、居室设施及地下矿藏等。
遵循以上原则，经过综合建设条件比对，最终确定某某镇为项目建设地，场址建设条件均满足项目选址要求。
4.2场址描述
本次工程选用某某市某某区某某镇耕地，占地面积大致为670亩。
4.3场址选择综合评价
综合考虑太阳能资源、工程地质条件、建设条件、交通条件、接入系统便利、政策条件等多种因素，该处场址在技术上是可行的，具备良好建设光伏电站的条件。
5.太阳能资源分析
5.1我国太阳能资源条件
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。
资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。
就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。
我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。
2013年8月30日，国家发改委出台了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，明确对光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策。
根据各地太阳能资源条件和建设成本，将全国分为三类资源区，分别执行每千瓦时0.9元、0.95元、1元的电价标准。
5.2某某市太阳能资源条件及综合评价
某某年平均日照小时数在1716小时以上，属于太阳能资源较丰富地区，为Ⅱ类资源区，所建设光伏电站标杆电价为1元/千瓦时。
6.并网光伏发电系统设计与发电量估算
6.1发电主设备选型
6.1.1太阳能组件选型
（1）选型依据
选择目前市场上流行的电池组件，以便于大批量采购；同时还应该兼顾
a.在易于搬运条件下，选择大尺寸、高效的电池组件，目前工程应用中单块组件的功率多在250wp--300WP；
b.组件各部分抗强紫外线；
c.组件必须符合UL、IEC61215、TUV标准，保证每块组件的质量。
（2）太阳能电池组件的选择
太阳能电池组件事太阳能发电系统的核心部件，其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接影响整个光伏发电系统的发电性能。
表征太阳能电池组件性能的各项参数有标准测试条件下组件峰值功率、最佳工作电流、最佳工作电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数、输出功率公差等。
本项目选用市场常规型号组件，多晶硅250Wp国内一线厂商组件。
技术参数如下表：
编号
项目名称
数据
1
太阳电池种类
多晶硅组件
2
太阳电池组件型号
\
3
组件标准峰值参数
\
3.1
标准功率（Wp）
250
3.2
峰值电压（V）
30.5
3.3
峰值电流（A）
8.2
3.4
短路电流（A）
8.90
3.5
开路电压（V）
37.8
4
组件效率
15.3%
5
峰值功率温度系数（%/℃）
-0.41
6
开路电压温度系数（%/℃）
-0.32
7
短路电流温度系数（%/℃）
0.053
8
10年功率衰降
<10%
9
50年功率衰降
<20%
10
尺寸（mm）
1650×992×40
11
重量（kg）
18.6
6.1.2并网逆变器选型
并网逆变器是并网光伏电站中的核心设备，它的可靠性、高性能和安全性会影响整个光伏系统。
对于大型光伏并网逆变器的选型，应注意以下几个方面的指标比较：
1.光伏并网必须对电网和太阳能电池输出情况进行实时监测，对周围环境做出准确判断，完成相应的动作，如对电网的投、切控制，系统的启动、运行、休眠、停止、故障的状态检测，以确保系统安全、可靠的工作。
2.由于太阳能电池的输出曲线是非线性的，受环境影响很大，为确保系统能最大输出电能，需采用最大功率跟踪控制技术，通过自寻优方法使系统跟踪并稳定运行在太阳能光伏系统的最大输出功率点，从而提高太阳能输出电能利用率。
3.逆变器输出效率：
大功率逆变器在满载时，效率必须在95%以上。
在50W/m2的日照强度下，即可向电网供电，在逆变器输入功率为额定功率10%时，也要保证90%以上的转换效率。
4.逆变器的输出波形：
为使光伏阵列所产生的直流逆变后向公共电网并网供电，就必须是逆变器的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现无扰平滑电网供电。
5.逆变器输入直流电压的范围：
要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定性。
6.光伏发电系统作为分散供电电源，当电网由于电气故障、误操作或自然因素等外部原因引起的中断供电时，为防止损坏用电设备以及确保电网维修人员的安全，系统必须具有孤岛保护的能力。
7.应具有显示功能：
通讯接口；具有监控功能；宽直流输入电压范围；完善的保护功能等。
对于MW级的光伏发电系统，光伏阵列面积非常大，由于光伏电池组件电流、电压的性能参数不可能做到完全一致，因此光伏组件串并联时相互之间的影响可能会导致整体光伏发电系统的发电量下降。
逆变器单机容量不宜过小，单机容量过小，接线复杂、汇线增多，同时也会造成系统效率的降低。
通过对目前国内外技术及商业化比较成熟的大型并网逆变器进行分析，本方案中初选容量为500kW并网逆变器，其主要技术参数见下表：
500KW逆变器技术参数
最大效率/欧洲效率
98.7%/98.4%
额定功率
500KW
最大支流输入功率（@cosφ=1）
560kW
直流输入路数
8路
MPP电压范围
DC450V~DC850V
最大输入电压
1000V
最大输入电流
1120A
额定电网电压/允许电网电压范围
315V/250V–362V
额定电网频率
50Hz
允许电网平率范围
47-52Hz
额定功率下的功率因数/功率因数可调范围
>0.99/0.9超前-0.9滞后
夜间自耗功率
<100W
防护等级
IP20
通讯协议
Ethernet（OFoptional）,RS485
最大总谐波失真（额定功率时）
<3%
6.2光伏方阵安装设计
6.2.1发电系统电气设计
本方案将采用分块发电、集中并网方式。
本次项目建设规模为20MW，由80000片250W多晶组件组成。
分成20个1MWp的光伏并网发电部分,每个1MWp的系统由两台集成式500KWp逆变器、，1台315V/35KV,1000KVA油浸式双分裂变压器组成。
太阳能电池阵列经光伏防雷汇流箱汇流后，接至逆变器直流配电侧，再分别经过变压配电装置汇总至35KV母线实现并网。
6.2.2光伏农业大棚的设计
（1）主要设计参数
多年最大风速:
18.3m/s
多年平均风速：
2.9m/s
多年最大积雪厚度：
29cm
多年极端最高气温：
39.8℃
多年极端最低气温：
-18.5℃
抗震设防烈度：
0.05g
多年最大冻土深度：
0.3m
地基承载力特征值：
120kPa
（2）主要材料:
钢材：
冷弯薄壁型钢、材料应具有钢厂出具的质量证明书或检验报告；其化学成分、力学性能和其他质量要求必须符合国家现行标准规定。
所有钢结构均应热镀锌防腐处理。
钢材采用Q235-B钢；
焊条：
E43；
螺栓:
檩条、支撑的连接采用普通螺栓，性能等级4.6级；
钢筋:
采用HPB235、HRB335钢；
混凝土强度等级：
其余C30。
（3）荷载组合：
根据《建筑抗震设计规范》，对于一般结构地震荷载与风荷载不进行组合，由于电池组件自重很小，支架设计时风荷载起控制作用，因此最不利荷载组合中不考虑地震荷载。
荷载组合考虑下列两种组合：
a）自重荷载+正风荷载+0.7雪荷载；
b）自重荷载+逆风荷载。
本次项目为农业大棚光伏并网发电项目，采用的设计方案示意图如下所示：
6.3系统年发电量预测
6.3.1系统发电效率分析
（1）光伏温度效应
光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。
当他们的温度升高时，不同类型的大多数电池效率呈现降低的趋势。
根据统计光伏组件平均工作在高于气温25度下，效率取97.075%。
（2）光伏阵列的损耗
由于组件上有灰尘或积雪造成的污染，本项目所在地降水量少，多风沙，污染系数高，折减系数取5%，即污染折减因子取95%。
（3）逆变器的平均效率
并网光伏逆变器的平均效率取96%。
（4）光伏电站内用电、线损等能量损失
初步估算电站内用电、输电线路、升压站内损耗，约占总发电量的4%，其配电综合损耗系数为96%。
（5）机组的可利用率
虽然太阳能电池的故障率极低，但定期检修及电网故障依然会造成损失，其系数取4%，光伏发电系统的可利用率为96%。
考虑以上各种因素通过计算分析光伏电站系统发电总效率：
η=97.075%*95%*96%*96%*96%=81.59%
6.3.2光伏发电系统的发电量预估
本次项目建设规模为10MW，结合某某区气象条件，为使全年发电效率达到最大，通过专业光伏设计软件模拟出最佳阵列倾角为30°，考虑晶体硅太阳能电池板输出第1年功率衰减不大于2.5%，2-10年每年衰减不超过0.8%，11-25年每年衰减不超过0.7%来计算，可计算出首年发电量为2745.6万kWh，25年平均发电量2425.58万kWh，25年总发电量约6.12亿kWh。
7电气部分
7.1电气一次
7.1.1接入电力系统方式
根据初步规划方案，本期光伏电站项目装机规模20MWp，通过20个光伏逆变单元升压至35KV后，经35KV线缆送入光伏电站内35kV配电装置，以一回35kV专线送至南镇变110kV变电站35kv间隔并网。
7.1.2电气主接线
7.1.2.1电气主接线方案
根据初步规划方案，本期光伏电站项目装机规模20MWp，通过20个光伏逆变单元升压至35KV后，经35KV线缆送入光伏电站内35kV配电装置，以一回35kV专线送至南镇变110kV变电站35kv间隔并网。
35kV主接线拟采用单母线接线的方式。
根据现有资料计算，本期35kV侧单相接地电容电流约8A，满足规程不大于10A的要求，待后期接入系统设计完成后校核送出线路部分电容电流，必要时需在35kV母线上装设一套消弧消谐装置，以消除弧光接地过电压。
7.1.2.2光伏电站站用电
光伏电站以1MWp为一个光伏发电单元，每个单元通过逆变器整流逆变后输出0.315KV低压三相交流电，再通过一台1000kVA箱式升压变升压后与站内集电线路相连，全站20MWp容量共安装20台1000kVA箱式升压变，通过电缆线路送至站内35kV配电装置。
站内设一台站用变压器为全站提供站用电源。
7.1.2.3主要电气设备选择
短路电流计算
根据现有规模，35kV短路电流水平暂按50kA设计，待下一阶段接入系统设计完成后进行核算。
（1）35kV高压开关柜
选用户内金属封闭铠装移开式高压开关柜，内配真空断路器，额定电流630A，开断电流50kA。
（2）箱式变电站
变压器：
选用S11-1000/3538.5±2x2.5%/0.315kV
逆变器:
500kVA
7.1.2.4过电压保护及接地
所有电气设备的绝缘均按照国家标准选择确定，并按海拔高度进行修正。
考虑到太阳能电池板安装高度较低，且项目所在地为少雷区，本次太阳能电池方阵内不安装避雷针和避雷线等防直击雷装置，只在主控制室屋顶安装避雷带对控制室和综合楼进行防直击雷保护。
站内设一个总的接地装置，以水平接地体为主，垂直接地体为辅，形成复合接地网，将电池设备支架及太阳能板外边金属框与站内地下接地网可靠相连，接地电阻以满足电池厂家要求为准，且不应大于10欧。
7.1.2.5全所照明
本所照明分为正常照明和事故照明，正常照明电源取自所用电交流电源，事故照明电源取自事故照明切换箱，正常时由交流电源供电，交流电源消失时自动切换至直流蓄电池经逆变器供电。
综合楼内，在主控室采用栅格灯作为正常照明，其他房间采用节能灯，屋外道路采用高压钠灯照明。
在主控室、配电室及主要通道处设置事故照明，事故照明也采用荧光灯或节能灯，由事故照明切换箱供电。
7.1.2.6电气设备布置
根据本工程的建设规模，20个箱式变电站分别布置于太阳能电池方阵中，通过35kV电缆汇集至综合楼35kV配电室内，各个单元变压器及逆变器均放置于就地箱式变电站中。
35kV配电室与所用电室并排布置于站内生产管理区综合楼一层，35kV配电装置采用户内成套开关柜，单列布置。
高、低压配电室电缆采用电缆沟敷设，控制室电缆采用电缆沟、活动地板下、穿管和直埋的敷设方式；太阳能电池板至汇流箱电缆主要采用太阳能板下敷设电缆槽盒的方式；汇流箱至集中型逆变器室的电缆采用直埋电缆敷设方式；箱式变电站至35kV配电装置的电缆主要采用直埋电缆的方式敷设。
低压动力和控制电缆拟采用ZRC级阻燃电缆，消防等重要电缆采用耐火型电缆。
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