甘肃白银市通信基站光伏发电项目金太阳示范工程可研报告0507.docx
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甘肃白银市通信基站光伏发电项目金太阳示范工程可研报告0507
甘肃白银市通信基站光伏发电项目
2012年金太阳示范工程
可行性研究报告
二○一二年五月
1、项目建设的必要性
1.1甘肃白银市通信基站的应用情况
中国移动通信集团甘肃有限公司是中国移动有限公司的全资子公司，中国移动通信集团甘肃有限公司白银分公司隶属于中国移动通信集团公司甘肃有限公司；在甘肃省专注于移动通信网络的建设维护、业务开发，通信产品的市场经营、信息化服务等现代通信业务。
公司下设5个县区分公司。
主要产品和服务内容有移动话音、数据业务和传真、IP电话、多媒体业务，并具有计算机互联网国际联网单位经营权和国际出入口局业务经营权；拥有"全球通"、"神州行"、"动感地带"等著名客户品牌，用户号码段包括“139”、“138”、“137”、“136”、“135”、“134（0至8号段）”和“150”、“151”、“152”、“157”、“158”、“159”、“188”。
经过多年的建设和发展，公司已建成了一个覆盖范围广、通信质量高、业务品种丰富、服务水平一流的移动通信网络，全市拥有通信基站数量约1千多个，覆盖了全市五个区县，所有乡镇、重点旅游景区、高速公路沿线和大部分农村、林场、牧区，全市乡镇覆盖率达100％，行政村覆盖率达98.82%,自然村覆盖率达93.76%。
尤其是步入3G时代，公司勇担重任，引领技术演进，全力以赴推进我国自主创新的第三代移动通信技术TD-SCDMA在甘肃的建设与运营，努力为国有自主通信标准的推广应用承担企业责任。
甘肃省白银运营商的通信基站数量巨大，且运行保障要求高，基站需要24小时不间断供电，对能源的需求非常高。
目前仍以每年10%的速度递增，对当地的能源结构调整非常不利，利用太阳能发电系统做光电互补型节能基站能极大的降低对传统能源的需求，有利于当地的能源结构调整，使甘肃移动能更好地为社会提供通信保障。
本项目作为甘肃白银通信基站的供电系统光伏节能改造项目，共计756个基站，分布在全市5个区县。
1.2实施通信基站供电项目的必要性
1.2.1项目概述
1.2.1.1地理位置
甘肃省白银市位于黄河上游、甘肃省中部，在东经103°3′-105°34′和北纬35°33′-37°38′之间。
南北相距380多公里，东西相距140多公里,区域面积21158平方公里，占甘肃省总面积的4.4%，形似一片巨大的桃叶。
周边与甘肃、宁夏、内蒙古7个市盟和13个县旗接壤。
距省会兰州69公里，地处西宁、银川、西安等大中城市中心位置，是西陇海兰新经济带的重要组成部分。
白银市下辖5个区县：
白银区、平川区、会宁县、靖远县和景泰县，共有69个乡镇、9个街道办事处，人口共175万。
白银市地处陇西黄土高原、祁连山东延余脉与腾格里沙漠三大区域过渡地带。
大体上是南北高，中间低，海拔在1275-3321米之间，高差2046米。
从地形特征来看，可分为祁连支脉构造中山、北部山前冲洪积平川、中部低山丘陵、南部黄土梁峁残塬四个区域，穿越全市中心地带的黄河谷地为全市地势最低一级，最高点为祁连山余脉老虎山。
白银市地理位置图
1.2.1.2资源情况
甘肃地处高原，空气稀薄、清新，大气层密度小，阳光透过率高，全年太阳高角度大，日照射数长，太阳能资源仅次于西藏、内蒙、青海等省区，为中国最丰富的省份之一。
白银是属于自然风、光条件较富裕的地市，属温带干旱、半干旱大陆性气候。
全市太阳年均辐射总量130—1404卡/cm2,年日照时数2500—2800小时。
年平均气温为0-10℃，并且冬夏温差较大。
通常情况下，年平均最高气温出现在七月份，为19-20℃，年平均最低出现在一月份，为-8--7.7℃，年际温差在30℃左右，年均日温差在12.4-13.6℃之间。
无霜期169－220天。
正常年景年降水量176-498mm之间，分布不均匀，呈北低南高。
月份
每日峰值日照小时数-水平线
风速
米/秒
一月
3.24
4.9
二月
4.05
5.1
三月
4.75
5.3
四月
5.65
5.3
五月
5.85
5.0
六月
5.74
4.8
七月
5.55
4.5
八月
5.06
4.6
九月
4.32
4.9
十月
3.64
4.9
十一月
3.35
5.2
十二月
2.93
5.2
年平均数
4.51
5.0
（上表数据来自美国NASA能源网）
1.2.1.3装机容量及总投资
光伏发电系统在通信基站应用后，可以大幅度减少对石油、煤炭等矿石能源的依赖，能够改善当地能源使用结构，有利于节能降耗和环境保护工作，对于构建环境友好型和资源节约型社会大有好处。
根据白银运营商统计结果显示，可在现有的1053个基站中建设756个光伏供电系统，其中：
站型一：
单站太阳能组件容量为2340W，单站设备投资3.25574万元。
可实施安装558个基站。
装机容量1.30572MW。
站型二：
单站太阳能组件容量为3510W，单站设备投资4.88361万元。
可实施安装198个基站。
装机容量0.69498W。
项目总装机容量：
2.0007MW，总投资：
3063万元（其中固定资产2561万元），累计安装756个通信基站的光伏供电系统。
投资额度具体计算如下：
1）基站建设设备费用
基站采用光伏供电系统，实现节能减排，缓解对当地电网的用电负荷，计划建设光伏供电系统756套，设备投资2560.896万元。
首年发电量309万千瓦时
地市
嵌入式式光电互补供电系统
计划建设2340W数量
计划建设3510W数量
套
套
白银区
67
18
平川区
82
25
会宁县
182
51
靖远县
120
74
景泰县
107
30
合计
2560.896万元
2）基站运行管理维护费用
通信基站光伏供电系统维护管理费用预计每年90万元，计算周期17年，其中包括人工工资费用、年度企业正常维护费用等，具体如下：
人工工资费用：
维护公司3人，每人年均工资3万元，共计9万元/年，每人务工补贴500元/月，共计1.8万元/年。
年人均费用4.8万元，合计14.4万元，17年合同期内合计244.8万元。
年度企业正常维护费用：
厂家年度正常维护费用200元/站，包括检修、易损原件更换、交通费等费用，年正常维护费用为15.12万元，17年合同期内合计257.04万元。
项目15年内的维护管理费用：
（通货澎涨及自然灾难除外）。
人工工资费用
年度企业正常维护费用
244.8万元
257.04万元
合计：
501.84万元
1.2.1.4预计发电量
对于太阳能电池板等遮挡物阴影的长度，一般的原则是冬至日上午9：
00至下午3：
00，太阳电池的方阵不应被遮挡，投影长度与遮挡物高度之比S称为阴影系数，其数值与当地的纬度有关。
参照RETScreen、HOMER、PVsyst等相关软件及《不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算》（杨金焕，毛家俊，陈中华）等文献中对最佳倾角的计算，可得出甘肃白银地区在方位角为0°时，最佳倾角根据屋面倾角而定，使太阳能极板对水平面倾角为44°。
本项目发电量的估算执行以下原则：
（1）辐射数据：
本报告发电量估算所采用的辐射数据为NASA气象数据；甘肃白银地区日照时间长，辐射强度高。
年平均日照时数为1646小时以上，水平面年辐射总量为5928MJ/㎡。
太阳能电池组件倾斜面年辐射总量为6722.4MJ/㎡。
峰值日照小时数为：
6722.4*1000/（365*3600）=5.12h
（2）太阳能电池组件规格：
高效单晶硅太阳电池组件；
（3）光伏发电系统的总效率：
光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、控制器的效率两部分组成，各部分论述如下：
1、光伏阵列效率η1：
光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下，实际的直流输出功率与标称功率之比。
光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括：
光伏组件温度影响、表面尘埃遮挡损失、光伏组件匹配损失以及直流线路损失等。
光伏组件温度影响：
由于半导体的特性，随着晶体硅光伏组件温度的升高，组件输出功率会下降。
其功率下降值与环境温度和电池组件的温度特性有关。
根据本规划项目场址的温度气象条件，经计算分析，该损失值约为5.5%，该项效率取值94.5%；
光伏组件表面尘埃遮挡损失：
太阳电池组件周围环境所产生的灰尘及杂物随着空气的流动，会附着在电池组件的表面，影响其光电的转换效率，降低其使用性能。
如果树叶鸟粪粘在其表面还会引起太阳电池局部发热而烧坏太阳电池组件。
据相关文献报道，该项因素会对光伏组件的输出功率产生约7%的影响。
因此，需对太阳能电池组件表面进行定期清洗。
在每年雨季的时候，降雨冲刷太阳能电池组件表面达到自然清洗的目的。
在旱季的时候，为保证太阳能电池组件的正常工作，可通过人工清洗，减少灰尘、杂物对太阳电池组件发电的影响。
由于本规划各项目场址距离公路有近有远，周围环境条件也不近相同，该项效率取值94%；
直流电缆损耗损失：
太阳能光伏电站中，由于电池方阵面积大，组件多，直流电缆的损失也较大。
在工程实践中，通过合理选择电缆，优化设计，该项损失的平均值可控制在2%以内，该项效率取值98%；
综上所述，光伏阵列效率η1为：
η1=94.5%×94%×98%=87.05%
2、控制器的转换效率η2：
控制器输出的直流电功率与直流输入功率之比。
包括控制器转换的损失、最大功率点跟踪（MPPT）精度损失等。
对于DC/DC型控制器，满载效率η2都大于95.5%，考虑到实际运行中控制器不可能始终处于满载状态，取控制器效率η2=95％。
系统的总效率等于上述各部分效率的乘积：
η=η1×η2=87.05%×95%=82.7%
即，系统总效率为82.7%；
最佳固定倾角系统发电量测算：
本工程的发电量计算根据太阳辐射量、系统组件总功率、系统总效率等数据，根据当地纬度，太阳电池组件采用44°最佳倾角固定，估算项目2.0007MW的年总发电量和各月的发电量。
由于阴影面积、线路损耗、转换效率等因素，根据当地气象条件乘以相应的修正系数，发电量估算的基本原则中，总修正系数为0.95。
发电量估算：
序号
项目名称
单位
数值
1
光伏发电输出功率
kWp
2000.7
2
首年年理论发电量
万kWh
309.21
3
综合修正系数
0.95
4
25年年均发电量
万kWh
291.35
5
年有效发电利用小时数
H
1868
计算软件采用联合国环境规划署（UNEP）和加拿大自然资源部联合编写的可再生能源技术规划设计软件RETScreen。
RETScreen与许多政府机构和多边组织共同合作，由来自工业界、政府部门和学术界的大型专家网络提供技术支持，进行开发工作。
该系统的设计寿命为20-25年，按年衰减率为初始功率的0.5%计算，25年的总发电量为：
7283.74万kWh，年平均发电量为291.35万kWh。
该项目预计年均发电量约291.35万kWh，通过对项目建设场地用电负荷季节分布情况的了解，自发自用率可以达到100%。
1.2.1.5接入电网方案分析
1、光伏供电方案选型设计分析
1）通信基站现有供电方式
通信基站是保障通信的基础设施，其通信负载功耗相当稳定，目前均采用48VDC供电，并要求24小时不间断工作，所以保障等级很高。
通信基站的供电设备包括：
交流配电：
负责交流市电的引入和配电输出保护，电能的计量。
开关电源：
为基站内的负载提供48VDC供电，其作用是将交流市电转换成48VDC，与蓄电池组并联组成不间断供电系统，是基站内的“动力中心”。
蓄电池：
直流48V蓄电池组为直流负载提供后备供电。
基站内还有接地系统、防雷系统、动力环境监控系统、后备油机等配套设备。
基站原有供电系统示意图
2）光伏供电侧并网供电接入方案
光伏发电系统可采用400VAC接入系统，逆变器出口直接配至交流配电箱的400VAC接入系统点，即系统从逆变器输出后连接至就近交流配电箱的开关连接至母线排上。
太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及上网配电系统组成。
太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过并网型逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，直接接入当地400VAC电网。
光伏发电系统构成情况：
本系统设计，按照分布逆变就近并网的原则，根据通信基站的主体建筑的情况以及建筑屋顶面积情况，将2KW到3KW左右的光伏发电系统分散式组装组成1个系统。
分别由光伏组件、汇流箱、并网逆变器等组成。
逆变器使用单台5kW并网逆变器。
整个系统逆变输出380V三相交流电，直接并入当地400VAC低压电网。
考虑到将来便于对光伏发电场的集中管理，并网逆变器集中安装在通信基站的房内。
3）光伏供电负载端直流供电方案
该项目光伏系统方案可采用48VDC直流负载母线直接接入系统，通信光伏控制器出口直接配至开关电源的48VDC直流输出母线上，即系统从光伏控制器输出后连接至直流负载上。
就近为通信负载供电。
太阳能光伏发电系统由光伏组件、通信光伏控制器、计量装置及上网配电系统组成。
太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过通信光伏控制器，将直流电能转化为负载可以直接使用的-48VDC电源。
无需再接入当地400VAC电网。
光伏发电系统构成情况：
本系统设计，按照分布式发电就近接入负载的原则，根据通信基站的主体建筑的情况以及建筑屋顶面积情况，将2KW到3KW左右的光伏发电系统分散式组装1个系统。
系统分别由光伏组件、汇流箱、通信光伏控制器等组成。
通信光伏控制器使用单台48V/90A系统。
光伏组件发电量经太阳能控制器转换成48VDC后直接并入负载端，为负载供电。
光伏发电供电系统示意图
4）光伏供电方案结论
太阳能控制器转变的直流电（48VDC）逆变成交流电（市电），交流电（市电）再通过开关电源转换成直流电（48VDC）为负载供电。
这种技术方案会产生直流电（48VDC）逆变成交流电（市电）时的7%的转换损耗和交流电（市电）再转变成直流电（48VDC）时的10%的转换损耗。
累计转换损耗为16.3%。
光伏发电有效利用度不高。
光伏供电方案采取负载端直流侧直接供电，只存在通信光伏控制器6%的效率损耗，其能效比用户侧的交流并网方案降低了10%的转换损耗，大大提高了电能利用率。
该方案无交流电网接入设备、设备投资成本低；光伏控制器模块化设计，系统工作稳定性高，可在线维护；所以本项目采用光伏供电负载端直流供电方案。
能取得更大节能减排的效益。
2.太阳电池发电稳定性措施
并联旁路二极管为防止局部阴影遮蔽导致太阳电池成为系统负载出现“热斑效应”而消耗发电量，太阳电池并联反向旁路二极管。
当太阳电池发电和断路时，旁路二极管上为反向电压不导通；当太阳电池出现热斑效应吸收功率时，旁路二极管上为正向电压导通可短接故障太阳电池、钳制太阳电池两端电位，达到阻断太阳电池吸收功率的目的。
3.防雷接地及过电压保护
（1）防直击雷
雷雨天气雷云中积累的大量电荷会向地面极性相反的电荷密集处建立空间电场，当电荷密集加大致使空间电场场强超过大气击穿场强时，即产生雷电先导通道，从而发生雷击。
防直击雷可采用避雷针和加强泄流等措施。
避雷针尖端可汇集大量电荷，使雷击定向发生于避雷针上从而保护避雷针保护范围下其它设备。
加强泄流可不断分散或引走被保护物上积累的电荷，避免与雷云电荷建立空间电场，从而达到避雷目的。
光伏电池为四周铝合金边框包裹中间玻璃电池板的结构，铝合金边框为良好导体，玻璃为良好绝缘体。
将铝合金边框与钢结构或龙骨块之间进行等电位连接，并进行重复的良好接地，加强光伏电池上电荷的泄流，以达到防止直击雷的目的。
（2）防感应雷
直击雷发生后，极性相反的大量电荷将在先导通道中产生大量的中和作用，从而产生数值可达数十至数百千安的雷电流。
雷电流经接地电阻入地，将在接地电阻两端产生感应过电压，由雷击点沿接地电阻向大地方向感应电势逐渐降低为零。
光伏电池铝合金边框与钢结构或龙骨为一个面积非常庞大的等电位连接体，该等电位连接体上两点之间的回路电阻相对于土壤接地电阻是非常小的，远远小于土壤接地电阻。
等电位连接体上两点之间近似为同一高电势没有高电压差，即等电位连接体上没有感应电压差。
（3）为防止光伏线路雷电侵入过电压、感应雷过电压危害光伏电场电气设备，在防雷汇流箱输入侧回路设熔断器，在输出侧回路设防雷器。
（4）光伏电场设备接地，利用钢结构或龙骨作等电位接地连接，再集中由专用接地扁钢或电缆接至建筑物地下人工接地网。
接地电阻不大于4Ω。
4.安全保护
本工程安全保护全部分散布置于电气设备处。
（1）光伏电场汇流箱输入开关采用断路器。
（2）光伏控制器的保护装置，安装于控制器机箱内。
输出保护采取熔断器。
为了采集光伏发电系统的供电及设备信息，在通信基站的动力环境监控系统中增加配置485通信采集终端接口1个，该系统主要由是选用位于发电侧的直流电表采集终端和通信机房的集中监控中心的主站系统组成。
光伏发电系统信息的采集由安装在通信基站的通信光伏控制器的监控终端完成，通过硬接线或通讯方式汇总到地市公司局用机房的主站系统中。
主站系统将信息上传至省公司局用机房或电力相关单位。
采集终端信息采集的范围如下：
电量信息：
采集每天整点的电量信息（24点/天）。
设备信息：
光伏组件方阵的发电效能比较，通信光伏控制器各部件的工作状态。
通信光伏发电系统配置系统监控器，由监控器完成实施整个发电场的监视控制,并向主站端发送信息。
基站的动力环境监控系统应能实现所有开关量的采集，并与通信光伏控制器等装置实现通信。
本光伏系统在逆变器内成套供配有0.5级计量表（电源侧计量），电度表带通信功能，计量信号送中央监控系统，经通信通道送调度。
图2-2光伏系统发电量计量仪表工作原理示意图
（4）对电网的影响
太阳能光伏发电场的容量配置，小于负载容量。
光伏供电系统运行时，全部发电量，直接接入负载供电的直流供电系统端，全部被通信负载消耗掉，所以其发电对电网的安全性是无影响。
因此可认为本工程对电网的影响完全可以控制在国家标准允许的范围内。
（5）雷击
本工程光伏发电系统建设在通信基站系统内部，通信基站本身已拥有较完善的避雷系统，可避免雷击对设备、人身造成影响。
同时为避免雷雨季节造成人身伤害事故，光伏发电建成后必须安设警示牌，雷雨季节，应注意安全，以防万一。
根据设计规程的要求，通信光伏控制器及其他主要电气设备均采取相应的接地方式，能满足防雷保护的要求。
1.2.1.6项目的示范意义
1）可以有效的利用基站屋顶，无需占用宝贵的土地资源；
2）能有效的减少基站能耗，实现基站节能。
对舒缓高峰电力需求也有帮助；
3）基站自身生产的电力在终端配电，避免了网损；
4）光伏组件阵列一般安装在屋顶，直接吸收太阳能，还降低了墙面及屋顶的温升；
5）太阳能供电系统没有噪音，没有污染物排放，不消耗任何燃料，具有绿色环保概念。
6）太阳能系统在大量通信基站的应用，对于宣传白银市的节能减排工作的成效具有积极意义。
综上所述，该项目符合国家和省市的产业政策，有利于保护白银市优良的生态环境，调整能源消费结构，对新能源产业发展和完成“十二五”节能减排目标任务具有积极的意义。
1.2.1.7技术支持单位介绍
本项目技术支持单位为中科恒源科技股份有限公司（以下简称中科恒源），中科恒源是研究、开发、生产、销售全永磁悬浮风力发电机组及全永磁悬浮风光互补发电系统的高科技企业；经营范围涉及风光互补照明系统、全永磁悬浮风力发电机、新型风力发电机、风光互补供电系统、光伏供电系统、全智能型风光互补控制器、新能源技术咨询等；拥有一批国家级专家和科学家，拥有多项填补国际空白的专有技术，已申请PCT国际专利保护。
中科恒源已有多年的实施金太阳项目的工作经验。
中科恒源秉承客户至上，服务为重，科技为先，管理为本的服务理念，为客户提供设计、制造、安装、售后等全方位服务。
1.2.2改善通信行业能源使用结构，有利于节能环保
光伏发电系统是清洁能源，通信基站安装光伏发电项目后，可以大幅度减少对树木的砍伐和对石油、煤炭等矿石能源的依赖，能够改善当地能源使用结构，有利于节能降耗和环境保护工作，对于构建环境友好型社会大有好处。
通过太阳能光伏供电系统实现进行光电转换，从太阳能获得电力，给通信网络设备供电，有许多同其他电源系统无可比拟的特点：
1、可靠、耐用：
在恶劣的环境和气候条件下，太阳能光伏供电系统很少产生故障，因此光伏系统经常用在要求供电可靠性很高的场合。
目前，绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证使太阳能电池的性能至少10年不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。
2、维护工作量小、维护费用低：
太阳能光伏供电系统只需要周期性进行检查、清洁以及很少的维护工作，尤其适合于如我国西北地区的高山通信局站等市电供电条件恶劣、难以保障有人值守及巡检的地方使用，且维护费用比常规发电系统少得多。
3、无需能源费用、无噪声污染：
太阳能既是一次能源，又是可再生能源。
它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。
理论计算太阳尚可维持数十亿年之久。
光伏系统不需要燃料，从而免去了购买、运输和储存燃料的费用。
太阳能光伏供电系统运动部件很少，基本没有噪声。
4、安装组件模块化
太阳能光伏供电系统便于用户根据自己的需要选择和调整发电系统的容量大小，安装灵活、方便。
5、安全
太阳能光伏供电系统不使用易燃的燃料，只要设计合理和安装适当，系统具有很高的安全性。
6、自主供电
离网运行的太阳能光伏供电系统具有供电的自主性和灵活性。
分散的光伏发电系统可减少由于公用电网故障给用户带来的不良影响及危害。
7、高海拔性能
在高海拔地区，随着日照的增强光伏系统的输出功率将增加，使用太阳能光伏供电系统非常有利。
相反，由于空气稀薄，在高海拔地区使用柴油发电机时工作效率降低，机组的实际输出功率减少很多。
综上所述，通信基站的新能源供电项目是改善能源消耗结构，保障通信事业的良性发展的重要举措，也是全面建设和谐社会的重要内容，因此实施甘肃白银市通信基站光伏供电项目是非常必要和迫切的。
2、甘肃白银市应用“金太阳示范工程”解决通信基站供电的条件分析
2.1甘肃白银市风能、太阳能资源概况
甘肃是属于自然风、光条件较富裕的省份。
甘肃省风能资源总储量为2.37亿千瓦，风能资源丰富区、可利用和季节可利用区的面积为17.66万平方公里，占全省总面积的39%，主要集中在河西走廊和省内部分山口地区。
年平均风功率密度在150瓦／平方米及以上的区域占全省总面积的4%，风能资源储量为3395万千瓦，风能资源技术可开发量为2667万千瓦。
甘肃地处高原，空气稀薄、清新，大气层密度小，阳光透过率高，全年太阳高角度大，日照射数长，太阳能资源仅次于西藏、内蒙、青海等省区，为中国最丰富的省份之一。
白银是属于自然风、光条件较富裕的地市，属温带干旱、半干旱大陆性气候。
全市太阳年均辐射总量130—1404卡/cm2,年日照时数2500—2800小时。
年平均气温为0-10℃，并且冬夏温差较大。
通常情况下，年平均最高气温出现在七月份，为19-20℃，年平均最低出现在一月份，为-8--7.7℃，年际温差在30℃左右，年均日温差在12.4-13.6℃之间。
无霜期169－220天。
正常年景年降水量176-498mm之间，分布不均匀，呈北低南高。
2.2国家的相关政策分析
2009年以来，国家财政部、科技部、国家能源局联合出台了《关于实施金太阳示范工程的通知》（财建[2009]397号）、《关于加强金太阳示范工程和太阳能
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