风光储充一体化综合智慧能源项目可行性研究报告风光储充.docx
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风光储充一体化综合智慧能源项目可行性研究报告风光储充
风光储充一体化综合智慧能源
项目可行性研究报告
（风+光+储+充）
*****电力有限公司
2020年5月11日
第一章总体概述
1.1工程总体概况
1）工程名称：
***综合智慧能源工程工程；
2）建设单位：
****有限公司；
3）建设地点：
苏州市***大厦；
4）建设内容与规模：
37.38kWp屋面光伏+10x600W微风风力发电机组+2x400kW/2000kWh磷酸铁锂储能系统+3x60kW一机两枪直流充电桩；
5）上网模式：
所发电量自发自用，由企业自行消纳；
6）投资概算：
根据本阶段设计成果及现行概算编制办法，编制出的本工程静态投资758.86万元（包含风+光+储+充）。
1.2工程所在地概况
***大厦位于苏州市西城区，西直门桥西，与德宝大厦隔街相望，邻近苏州动物园、动物园批发市场、苏州展览馆等著名标。
***大厦属于中关村西城园的“创新金融中心”，毗邻地铁2号线、4号线、13号线西直门站，总建筑面积约20万m2（其中地上14.7万m2）,分A、B、C（C1、C2）、D座。
A座为商住楼、B座为公寓，C、D座为写字楼，其中A、B、C2为韩建集团自持，C1、D栋已出售。
苏州公司其前身为***是集团公司系统一家“零碳智慧能源”企业。
《苏州市“十三五”时期新能源和可再生能源发展规划》也定下了本市的小目标：
到2020年，本市新能源和可再生能源开发利用总量达到620万吨标准煤，较2015年增长35%以上，占全市能源消费总量的比重达到8%以上。
苏州公司作为***下的一家“零碳智慧能源”企业，有责任、有义务推动苏州市的可再生能源开发利用。
苏州公司利用韩建集团旗下***大厦屋顶空置空间及大厦周围的玻璃雨蓬、地下车库入口处雨棚，布置光伏发电系统，利用太阳能发电，为大厦提供绿色、清洁的电力，达到节能减排、提高可再生资源渗透率的目的。
1.3工程方案概述
本工程利用已有B座、C1座屋面新建光伏发电工程，同时利用A座新建微风风力发电机组。
选用445Wp单面单晶硅光伏组件和组串式逆变器形式。
混凝土屋面的光伏支架和风机支架采用钢结构支架，基础直接搁置在屋面，不破坏屋面原有的防水层，利用其自重抵抗风荷载，保证结构的安全性。
混凝土屋面现场情况见图1.3-1。
图1.3-1***大厦屋面现状图
1.4太阳能资源
工程位于西城区***大厦，距离工程地最近的辐射观测站为苏州气象站。
根据气象资料，近30年苏州气象站平均年总辐射量为4943MJ/m2，平均年日照时数为2533h，属于太阳能资源丰富区域，稳定程度等级为稳定级。
1.5工程任务和规模
本工程利用2座已有建筑物屋面新建分布式光伏电站，该工程总装机容量为37.38kWp屋面光伏+10x600W微风风力发电机组+2x400kW/2000kWh磷酸铁锂储能系统+3x60kW一机两枪直流充电桩。
光伏发电设计运行期为25年。
工程投产后，光伏预计年平均发电量约4.6x104kWh，风机预计年平均发电量约4800kWh，该工程所发电量自发自用，由企业自行消纳。
本工程由****有限公司投资，由国核电力规划设计研究院有限公司设计（以下简称国核院）。
国核院承担***大厦37.38kWp屋面光伏+10x600W微风风力发电机组+2x400kW/2000kWh磷酸铁锂储能系统+3x60kW一机两枪直流充电桩可行性研究报告的编制工作。
内容包括工程任务与规模、太阳能资源、风光互补发电系统设计、电气、电站总平面布置及土建工程设计、施工组织设计、环境影响评价、投资估算、财务效益初步分析、结论及建议等。
1.6总体方案设计
根据工程建设地具体情况，太阳能电池阵列在钢筋混凝土屋顶位置采用固定倾角式安装，在彩钢厂房顶部采用平铺式安装，本工程拟采用84块445Wp单晶硅太阳能光伏组件,总装机容量37.38kWp，分布在2座建筑物屋顶上。
逆变器采用输出电压400V的12kW、20kW组串式逆变器，光伏系统为“自发自用”模式。
本系统设计运行期为25年，年均有效发电小时数约为1214.2小时，年均发电量约4.6x104kWh。
新建10x600W微风风力发电机组安装在安装在大厦A座，风机年均发电量暂按4800kWh。
在C座地下3层，拟利用一处141m2空地集中布置储能设备，新建2套400kW/2000kWh磷酸铁锂电池储能系统，储能电池接入变流器，将电流逆变为交流电，再与光伏系统输出汇流后，通过变压器升压至10kV接入大厦10kV母线。
在地下车位新建3台60kW双枪一体式直流快速充电桩，充电桩总容量180kW。
1.7电气设计
本工程利用***大厦B座和C座屋面新建分布式光伏发电系统，光伏方阵的电气接线采用“就地逆变，集中并网”的方式。
光伏阵列接入逆变器，将电流逆变为交流电后，通过低压开关柜和并网接入箱并入变压器低压侧的400V母线上。
本期***大厦屋面拟安装84块445Wp单晶硅光伏组件，光伏总装机容量37.38kWp。
根据组件的安装情况，拟采用20kW逆变器1台、12kW逆变器1台，分别布置在各个建筑的屋面上。
本期工程拟建设2套400kW1000kWh磷酸铁锂电池储能系统，储能电池接入变流器，将电流逆变为交流电，再与光伏系统输出汇流后，通过变压器升压至10kV接入大厦10kV母线。
1.8消防设计
消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的方针，立足自防自救。
针对不同建（构）筑物和设施，采取多种消防措施。
根据《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005及《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229-2019、《电力设备典型消防规程》DL5027-2015要求，在设有精密仪器、设备及表盘等不宜水消防的场所设置手提式、推车式磷酸铵盐干粉灭火器。
控制室内部连接电缆、电线均采用阻燃型。
对可能发生火灾的场所，布置、安装相应消防器材，采用有效的灭火措施。
以消防自救为主、外援为辅的原则配置。
一旦发生也能在短时间内予以扑灭使火灾损失减少到最低程度，同时确保火灾时人员的安全疏散。
本工程室外消防用水及设施可利用***大厦原有消防水系统，故本工程不考虑新增消防水设施。
本工程考虑在原有地下车库设置储能设备间，对储能设备间设置感温式气体灭火系统，灭火介质采用七氟丙烷为灭火介质。
1.9土建工程
混凝土屋面：
光伏钢支架采用冷弯薄壁型钢，结构体系为梁、柱、檩条体系，电池组件与檩条采用螺栓连接。
风机钢支架采用热轧无缝钢管。
所用钢材均采用冷喷锌处理，可有效防锈防蚀。
屋面光伏支架、风机支架基础为新增钢筋混凝土条形基础或支墩，条形基础断面尺寸约300x500mm，支墩断面尺寸约500x500mm。
基础顶面预留埋件或螺栓用于连接钢结构支架柱。
屋面光伏支架基础、风机支架基础直接搁置在屋面，不破坏屋面原有的防水层，利用其自重抵抗风荷载，保证结构的安全性。
原屋面上的支墩尺寸约300x300偏小，原屋面上钢支架已锈蚀，建议原支墩和支架拆除。
轻钢屋面：
轻型屋面采用夹具将光伏板固定在压型钢板上。
地下电池室及电气房间：
于地下车库3层新增电池室及电气房间，建筑面积110m2，采用240厚加气混凝土砌块内墙围护。
图1.9-1混凝土屋面光伏钢结构支架及基础示意图
图1.9-2压型钢板屋面光伏组件布置示意图
1.10施工组织设计
工程所用建筑材料可在当地采购。
施工人员尽量使用当地劳力，以节约施工生活、管理区占地面积。
光伏阵列施工、安装所需材料尽量放置于所规划的光伏发电分系统范围内；风机施工、安装所需材料尽量放置于所规划的风机发电分系统范围内，以节省设备、材料堆放场占地。
本工程在已建***大厦内组织施工，应积极配合各专业工种施工，科学的组织安装与土建的交叉作业，精心施工，满足施工进度计划。
在安装过程中，光伏发电系统、风机发电系统将成为***大厦的有机组成部分，与***大厦建筑风格统一，实现美观与实用的结合。
本工程施工生产生活用水从***大厦已有供水管网引接。
施工电源由***大厦的配电室引接。
1.11工程管理设计
工程投产后，根据生产和经营需要，结合工程实际的运行特点，遵循精干、统一、高效的原则，本风光互补发电站的机构设置和人员编制按集团公司相关规定，结合本工程实际条件确定。
本工程定员标准暂定0人。
1.12环境保护和水土保持设计
1.12.1环境保护
本工程主要环境影响分析分为施工期和运营期两个阶段：
施工期主要为屋面安装布置光伏和微风风力发电机组过程，地面安装储能系统和直流充电桩过程。
施工期环境影响主要包括施工车辆、施工机械的运行噪声，汽车运输产生的扬尘，施工弃渣和施工人员的生活废水及垃圾，以及施工作业对生态环境的影响等。
运营期只有部分太阳能模板表面清洗用水排至雨水系统。
运营期环境影响主要为电磁噪声、电磁辐射，固废以及光伏组件板产生的光污染等。
本工程为清洁能源发电工程，无烟尘、SO2、NOX等烟气污染物和温室气体CO2的排放，无生产废水外排，不会对周围环境产生负面影响，因此本工程的建设有良好的环境效益。
1.12.2水土保持
本工程利用已建成的建筑物屋面建设屋面光伏和微风风力发电机组，地面布置储能系统和直流充电桩，对地表原有植被的破坏力较小，基本不新增水土流失。
为消减施工活动对***大厦绿化及周边外侧植被的影响，要标桩立界，标明施工活动区，禁止施工人员进入非施工占用地区域；临时堆放场要设置围栏，做好防护工作，以减少水土流失。
1.13劳动安全与工业卫生设计
本工程贯彻落实“安全第一，预防为主”的方针，在设计中结合工程实际，采用先进的技术措施和可靠的防范手段，确保工程投产后符合劳动安全及工业卫生的要求，保障劳动者在生产过程中的安全与健康。
本工程在设计中对防火防雷电伤害、防高空坠落、防电伤、防机械伤害以及防噪声等各方面均按各项规程、规范、标准等采取了相应的措施，为本工程的安全生产、减少事故发生创造了较好的条件。
1.14节能降耗分析
太阳能光伏发电和风力发电均属于清洁能源，与同样发电量的火电相比，本工程可节约大量的煤炭或油气资源，避免了多种大气污染物、温室效应气体以及灰渣的排放。
本工程屋顶光伏总容量为37.38kWp、微风风力发电机组总容量为6kW，其建成后的年均发电量为5.07万kWh。
按火力发电煤耗计算（2018年，火电厂平均供电标准煤耗307.6克/千瓦时，单位火电发电量二氧化碳排放约为841克/千瓦时），平均每年可节约标准煤约15.6t/a，减排42.7t/a二氧化碳，环境效益十分显著。
1.15结论及建议
1.15.1结论
（1）本工程不改变原有建筑物的结构，充分利用***大厦现有屋面可用面积以及现有支墩的情况下，使经济效益最大化，同时一定程度上增加了***大厦电力供给，降低了用电成本，保障了用电安全。
（2）本工程无化石燃料消耗，年均供应为5.08x104kWh可再生的清洁能源，对于优化能源战略、改善电源结构、节能减排、提高环境质量非常有利。
（3）本工程符合我国能源发展战略的需要，符合***大厦经济发展的需要。
（4）本工程位于苏州市西城区，年总辐射量约4943MJ/m2，平均年日照时数为2533h，属于太阳能资源丰富区域，适合风光互补开发利用价值。
1.15.2建议
（1）积极申请国家能源关于分布能光伏电站补贴政策；
（2）在本工程可行性研究工作完成后，尽快争取对该工程的可行性研究进行审查，并积极准备申请立项核准的工作，同时积极开展施工前的准备工作，争取工程能早日开工建设；
（3）尽快取得本工程相关支持性文件并开展接入系统相关工作。
（4）本工程利用已有屋顶安装光伏和风机，应对各建设屋面进行结构安全性验算，保证增加各类荷载情况下建筑安全稳定。
本工程可研阶段结构荷载验算工作由另行委托具有相关资质单位进行，该项工作应尽快开展，以确定屋顶是否需加固设计。
第二章太阳能资源
2.1全国太阳能资源概况
全国各地太阳年辐射总量范围为3340～8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。
太阳能资源分布的主要特点有：
①太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°。
这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；
②太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；
③由于南方多数地区云多雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的升高而增长。
这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理等条件的制约。
根据太阳年总辐射量的大小，可将中国划分为4个太阳能资源带，太阳能资源分布见图2.1-1。
A——资源最丰富区（太阳能辐射总量≥6300MJ/（m2·a））
B——资源很丰富区（太阳能辐射总量5040～6300MJ/（m2·a））
C——资源丰富区（太阳能辐射总量3780～5040MJ/（m2·a））
D——资源一般区（太阳能辐射总量≤3780MJ/（m2·a））
图2.1-1中国太阳能资源分布图
根据图2.1-1，苏州地区太阳能总辐射年总量位于B类区域，即资源很丰富区域，太阳能总辐射年总量在5040～6300MJ/（m2•a）之间。
2.2苏州市太阳能资源概况
苏州地区属大陆性季风气候，温带与中温带、半干旱与湿润带的过度地带。
春季干旱少雨、蒸发强度大，夏季炎热多雨，秋季天高气爽、风和日丽，冬季因受蒙古高压槽影响，干燥寒冷。
据1980年以前的统计资料，苏州太阳辐射量全年平均为4704～5712MJ/（m2·a）。
两个高值区分别分布在延庆及密云县西北部至怀柔东部一带，年辐射量均在5670MJ/（m2·a）以上；低值区位于房山区的霞云岭附近，年辐射量为4704MJ/（m2·a）。
根据《苏州气候志》（苏州市气象局气候资料室编，1987.9）1980年以前的实测资料统计分析，苏州年平均日照时数在2084～2873h之间，其中大部分地区在2700h左右。
年日照分布与太阳辐射的分布相一致，最大值在延庆县和古北口，为2800h以上，最小值分布在霞云岭，日照为2063h。
全年日照时数以春季最多，月日照在230～290h；夏季正当雨季，日照时数减少，月日照在230h左右；秋季日照时数虽没有春季多，但比夏季要多，月日照230～245h；冬季是一年当中日照时数最少季节，月日照不足200h，一般在170～190h。
表2.2-1苏州地区年日照时数 单位：
h
由于苏州地区近年来日照时数变化趋势较明显，表2.2-1日照时数统计仅供苏州地区年日照时数分布规律使用。
2.3太阳能资源分析
西城区位于苏州市中心位置，属大陆季风气候区，是温带与中温带、半干旱与半湿润的过度地带。
由于海拔较高，地形呈口袋形向西南开口，故大陆季风气候较强，四季分明，冬季干冷，夏季多雨，春秋两季冷暖气团接触频繁，对流异常活跃，天气与气候要素波动大，多风少雨。
本次长期站采用了苏州气象站1958～2012年实测太阳辐射量和1951～2012年日照时数观测资料。
2.3.1太阳辐射量分析
根据苏州气象站1958～2012年实测太阳辐射量观测资料，苏州气象站辐射量年际变化见图2.3-1，累年逐月及全年辐射量统计结果见表2.3-1和图2.3-2所示。
图2.3-1苏州气象站辐射量年际变化图
表2.3-1苏州气象站累年逐月及全年平均辐射量表
月份
总辐射（MJ/m2）
1983～2012散射辐射
（MJ/m2）
1983～2012直接辐射
（MJ/m2）
1958～2012
1983～2012
2003～2012
1
266
245
247
104
141
2
327
307
301
132
175
3
475
447
453
201
243
4
557
527
533
248
275
5
659
615
611
286
329
6
619
568
555
297
272
7
556
518
511
301
217
8
524
492
497
271
221
9
466
428
418
193
234
10
375
347
345
144
203
11
262
242
238
104
138
12
227
208
209
90.3
117
全年
5313
4943
4917
2371.3
2565
从图2.3-1辐射量年际变化图可以看出，从上世纪80年代初开始，苏州气象站实测太阳总辐射量有明显的下降趋势。
如表2.3-1所示，1958～2012年平均年总辐射量为5313MJ/m2，1983～2012年平均年总辐射量为4943MJ/m2，年均值降低了370MJ/m2；2003～2012年实测年平均总辐射为4917MJ/m2，略低于近30年平均值。
苏州和国内外许多城市研究表明，近年来年总辐射不断减小的原因主要是大气污染状况逐渐加重，对太阳辐射产生的减弱作用也逐渐增大。
图2.3-2近30年苏州气象站累年逐月平均辐射量变化图
从表2.3-1和图2.3-2苏州气象站累年逐月辐射量可以看出，苏州气象站年内变化较大，5月和6月太阳总辐射量最大。
2.3.2日照时数分析
根据苏州气象站1951～2012年实测日照时数观测资料，苏州气象站历年和累年逐月日照时数变化见图2.3-3、2.3-4和表2.3-2。
从图2.3-3历年日照时数变化图可以看出，苏州气象站日照时数变化趋势和太阳总辐射量变化趋势基本一致。
1951～2012年平均年日照时数为2660h，1983～2012年平均年日照时数为2533h，年均值降低了127h；2003～2012年平均年日照时数为2412h，较近30年平均降低了121h。
图2.3-3苏州气象站历年日照时数变化图
图2.3-4苏州气象站累年逐月平均日照时数变化图
表2.3-2苏州气象站累年逐月及全年平均日照时数表单位：
h
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
总计
1951~2012年
196
194
234
248
279
255
215
220
230
220
188
183
2660
1983～2012年
189
191
229
242
267
234
198
207
214
209
180
173
2533
2003～2012年
190
182
227
236
253
210
171
194
196
204
175
175
2412
根据《太阳能资源等级》（GB/T31155-2014），太阳能资源稳定程度评估采用稳定度等级来评价。
根据上述公式，太阳能资源稳定程度评估的等级划分见表2.3-3。
表2.3-3太阳能资源稳定度等级表
等级名称
分级阈值
等级符号
很稳定
Rw≧0.47
A
稳定
0.36≦Rw≦0.47
B
一般
0.28≦Rw<0.36
C
欠稳定
Rw<0.28
D
Rw表示稳定度，计算Rw时，首先计算总辐射各月平均日照辐射量的多年平均值（一般取30年平均值），然后求最小值与最大值之比。
根据表2.3-2的数据，计算得出Rw=0.68。
综上所述，太阳能资源从稳定程度评估为A级稳定级。
2.3.3太阳能资源评估结论和建议
1）根据上述分析，近30年苏州气象站平均年总辐射量为4943MJ/m2，平均年日照时数为2533h；由于社会经济的发展，大气污染有严重的趋势，雾霾天气逐渐增加，苏州气象站总辐射和日照时数有日趋降低的趋势。
2）根据《太阳能资源评估方法》（GB/T37526-2019），1958～2012年苏州市属于太阳能资源很丰富区域，但从1983～2012年计算成果看苏州市太阳能资源属于丰富区域，太阳能资源有日趋降低的趋势。
3）太阳能资源稳定程度等级为稳定级。
2.4气象条件
苏州市气候属温带湿润季风气候区，冬季寒冷干燥，盛行西北风，夏季高温多雨，盛行东南风。
四季分明，冬季干冷，夏季多雨，春秋两季冷暖气团接触频繁，对流异常活跃，天气与气候要素波动大，多风少雨。
根据苏州市气象站累年观测资料系列进行统计分析，各气象要素成果如下：
累年平均气温：
12.5℃；
极端最高气温：
41.6℃；
极端最低气温：
-21.7℃；
累年最大气压：
961.7hPa；
累年最小气压：
956.1hPa；
累年平均相对湿度：
54%；
累年平均水汽压：
10.6hPa；
累年平均风速：
2.6m/s；
累年最多雷暴日数：
36.3d；
累年平均冰雹日数：
13d；
累年最大冰雹直径30mm；
累年最小冰雹直径3mm。
2.5太阳能资源综合评价
根据分析计算，近30年苏州气象站平均年总辐射量为4943MJ/m2，平均年日照时数为2533h，根据《太阳能资源评估方法》（GB/T37526-2019），属于太阳能资源丰富区域。
太阳能资源稳定程度等级为稳定级。
第三章工程规模及建设必要性
3.1工程任务
3.1.1工程任务概述
本工程利用2座已有屋面新建37.38kWp分布式光伏电站，光伏发电设计运行期为25年，工程投产后预计年平均发电量约4.6x104kWh，本工程所发电量采用400V电压等级接入用户的变压器低压侧的配电回路上。
微风风机：
新建10x600W微风风力发电机组。
储能系统：
新建2套400kW/2000kWh磷酸铁锂储能系统及一台10kV升压变压器,以一路出线接入大厦10kV配电系统。
充电桩：
新建3台60kW双枪一体式直流快速充电桩，充电桩总容量180kW。
本工程的实施将对***大厦整体发展起到积极作用，既可以提供能源，又不增加环境压力，具有明显的社会效益和环境效益。
3.1.2工程建设的背景
我国是一个能源大国、资源贫国，煤炭、石油、天然气等常规能源的人均占有量、可开采量只有世界平均水平的十几分之一，石油对外依存度已经超过40%，常规能源大量消耗带来的环境污染问题也非常严重，成为政府和百姓共同关注的重大民生问题之一。
大力开发以风能、太阳能为重点的新能源产业，是我国产业升级、节能减排、经济快速健康发展的必由之路。
因此，近年来扶持清洁能源发电产业的政策频繁出台，其中就包括正在审议的《可再生能源法》中的相关宏观层面的条款。
3.1.3国家政策指导
2013年7月以来，国家先后颁发了《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《国家发展改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》。
进一步完善光伏发电工程价格政策，充分发挥价格杠杆引导资源优化配置的积极作用，促进光伏发电产业健康发展。
国内光伏发电应用市场有望在近期得到快速的发展。
本工程实施的目的：
一是落实国家开拓国内光伏市场的政策，促进光伏发电系统在国内的应用；二是为日后分布式光伏发电系统在国内的应用提供参考和借鉴；
三是积累风光发电系统设计、施工和使用的经验，为制定相关国家标准提供参考。
与其他常规能源相比，太阳能光伏发电具有明显的优越性。
主要概括为四个方面：
一是高度的清洁性。
在发电过程中无污染、无噪音、无损耗，对保护环境极其有利；
二是绝对的安全性。
只要有太阳光照射，太阳能电池就能发电，对人、动植物无任何伤害；
三是普遍的实用性。
凡是能安装太阳能电池的地方，就能实现“到处阳光到处电”的目标；
四是资源
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