永宁县德伏新能源葡光互补分布式光伏发电项目可行性研究报告.docx

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永宁县德伏新能源葡光互补分布式光伏发电项目可行性研究报告

宁夏永宁县德伏新能源葡光互补

分布式光伏发电项目

可行性研究报告

编制单位：

中国水电顾问集团西北勘测设计研究院

1.综合说明

1.1概述

本项目拟建于宁夏回族自治区银川市永宁县，地处宁夏银川平原引黄灌区中部，东临黄河、西靠贺兰山，是宁夏回族自治区首府银川市的郊县，位于银川市区以南。

永宁县地处中西部地区，地广人稀，日照充足，年平均日照时间超过2200小时，适合建设太阳能光伏电站。

宁夏当然也是我国太阳能资源相当丰富的地区之一，在宁夏利用太阳能开发有着无比的优势，区域内日照强烈、高温少雨，与其它地区相比，有日照时间长、太阳辐射强、空气纯净透明、无污染等特点，适宜开发建设大型太阳能光伏发电项目。

光伏发电关键设备是太阳能电池板和逆变器，现在我国生产的太阳能电池板、逆变器都能满足使用要求。

建设光伏发电站自然气候条件要求是：

1、太阳辐射强；2、晴天多，阴天少；3、空气洁净、灰尘少；4、酸雨少（酸雨可以腐蚀设备）；5、雷击天气少。

根据宁夏长期的气候情况对光伏发电设备选型没有特殊的要求，是开发太阳能资源较为理想的区域。

1.2遵守的规程规范

永宁县德伏新能源葡光互补20MWp分布式光伏发电项目遵守的主要规程规范如下：

GB/T18479-2001《地面用光伏（PV）发电系统导则》

GB/T20046-2006《光伏（PV）系统电网接口特性》

GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》

GB/T19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》

SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电保护--导则》

CECS84-96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》

CECS85-96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》

DB37/T729-2007《光伏电站技术条件》

GB2297-89《太阳光伏能源系统术语》

GB50013-2006《室外给水设计规范》

GB50014-2006《室外排水设计规范》

GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

GB50016-2006《建筑设计防火规范》

GB50229-2006《火力发电厂与变电所设计防火规范》

GB50140-2005《建筑灭火器配置设计规范》

GB50222-95《建筑内部装修设计防火规范》

DL/T5003-2005《电力系统调度自动化设计技术规程》

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》

GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》

GB8978-1996《污水综合排放标准》

GB3096-2008《声环境质量标准》

GB12523-90《建筑施工场界噪声限值》

GB8702-88《电磁辐射防护规定》

GB50011-2001《建筑抗震设计规范》

GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》

GB4064-1984《电气设备安全设计导则》

GB50034-1992《工业企业照明设计标准》

GBZ1《工业企业涉及卫生标准》

DL5053《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》

DL5027-1993《电力设备典型消防规程》

GB/T18210-2000《晶体硅光伏方阵Ⅰ-Ⅴ特性的现场测量》

GB/T20514-2006《光伏系统功率调节器效率测量程序》

GB/T20513-2006《光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则》

GBT20047.12006《光伏（PV）组件安全鉴定第一部分结构要求》

IEC617302《光伏（PV）组件安全鉴定第二部分试验要求》

GB/T2423.1-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验A:

低温试验方法》

GB/T2423.2-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验B:

高温试验方法》

GB/T2423.9-2001《电工电子产品基本环境试验规程试验Cb:

设备用恒定湿热试验方法》

GB3859.2-1993《半导体变流器应用导致》

GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》

GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》

EN61000-6-2《电磁兼容性（EMC）第6-2部分：

通用标准工业环境的抗扰度》

EN61000-6-4《电磁兼容性（EMC）第6-4部分：

通用标准工业环境用辐射标准》

EN50178《用于电力安装的电气设备》

《中华人民共和国劳动法》

《中华人民共和国职业病安全生产法》

《中华人民共和国职业病防治法》

《中华人民共和国消防法》

《电力监管条例》（国务院令【2005】第432号）

《国务院关于特大安全事故行政责任追究的规定》（国务院令第302号）

《中华人民共和国环境保护法》

《中华人民共和国环境影响评价法》

《中华人民共和国水土保持法》

《中华人民共和国电力法》

《中华人民共和国防沙治沙法》

《中华人民共和国文物保护法》

《建设项目环境保护管理条例》（国务院令第253号）

1.3太阳能并网发电系统原理框图

2.项目任务与规模

2.1建设的必要性

2.1.1节能减排的需要

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源结构中将近76%由煤炭供给，这种过度依赖石化燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。

大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的生态环境已经造成了极大的破坏。

大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和实现国民经济可持续发展的必然选择。

我国在能源领域实行的工作重点和主要任务是首先加快能源结构调整步伐，努力提高清洁能源开发生产能力。

提出了“十三五”节能减排20%的重要目标，以太阳能发电、风力发电、太阳能热水器、大型沼气工程为重点，以“设备国产化、产品标准化、产业规模化、市场规范化”为目标，加快可再生能源的开发。

积极鼓励和推动全社会的科技创新活动。

我国已将科学发展观作为治国理念，通过制订、颁布和实施《可再生能源法》，大力推动可再生能源的利用。

太阳能光伏发电系统由于其能源来自太阳，取之不尽，用之不竭，获得了人们的青睐。

同时由于太阳能光伏发电系统没有转动部件，没有噪音污染，基本无故障，比其他常规发电方式都要环保。

根据计算，本光伏电站的运行，可替代燃煤电厂年发电量减少1023*104KWh。

考虑到制造单晶硅时的耗能和引起的CO2排放等因素，本工程实际可节省燃煤3585.8t/a；减少温室气体CO2排放量7536.9t/a；减少SO2排放26.1t/a；减少NOX排放18.4t/a（燃煤电厂烟气中的NOX浓度按450mg/Nm3计）；减少灰渣排放537.9t/a，其节能减排效果是十分显著的，显示较高的环境效益。

到2008年，我国太阳能光伏电池的年产量已达到了2GWp，光伏产业就业人口二十多万。

我国已成为世界上太阳电池组件的第一生产大国，但遗憾的是我国生产的98%以上的太阳能电池组件是出口到欧美和其他国家，国内的太阳能发电项目较少。

2008年全年全国装机不到40MWp，而同期全球装机已达到了5.6GWp。

2008年我国已接入国家电网并进入商业运营的兆瓦级大型光伏并网发电项目仅有两个，即上海崇明前卫村兆级太阳能光伏发电项目和上海临港新城兆瓦级太阳能光伏发电项目。

这和我国世界第一太阳电池组件的生产能力是很不相称的。

2.1.2加快能源电力结构调整的需要

2012年，宁夏电网火电装机比重过大，每年耗用大量的燃煤，CO2、SO2等排放量造成生态环境的破坏和严重污染，且火电燃料运输势必增加发电成本。

根据我国《可再生能源中长期发展规划》，提出了未来15年可再生能源发展的目标：

到2020年可再生能源在能源结构中的比例争取达到16%。

宁夏的可再生能源中，除水电外，相对于其他能源，太阳能发电技术已日趋成熟，从资源以及太阳能产品的发展趋势来看，在宁夏开发太阳能兆瓦级发电项目，将改变能源结构，有利于增加可再生能源的比例，同时太阳能发电不受地域限制，所发电力稳定，可与其它清洁能源互补，优化系统电源结构，没有任何污染减轻环保压力。

2.1.3改善生态、保护环境的需要

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。

环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。

提高可再生能源利用率，尤其发展太阳能发电是改善生态、保护环境的有效途径。

太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点，在太阳能产业的发展中占有重要地位。

2.2项目任务与规模

按永宁县德伏新能源有限公司的要求，永宁县德伏新能源葡光互补分布式光伏发电项目的建设规模为20MWp；本期单晶硅电池组件稳定效率下标称功率的代数和不低于20MWp;规划全部太阳电池组件在稳定效率下标称功率的代数和不低于20MWp。

3.太阳能资源和当地气象地理条件

3.1气候条件

永宁县属中温带干旱气候区，大陆性气候特征十分明显。

年平均气温8.7°C，夏季各月平均气温在20°C以上，大于等于10°C的积温平均为3245.6°C，积温有效性高，无霜期平均167天，早霜始于9月25日左右，终霜期一般在4月底到5月初，年太阳总辐射141.7千卡/平方厘米，年日照时数达2866.7小时，光能资源丰富，日照长。

温度和日照条件可满足多数农作物生长发育的需要。

温差大，气候年较差平均为31.5°C，日较差平均13.6°C；全年平均降水量201.4mm。

由于受季风气候的影响，年降水量的季节变化较大，汛期（6-9月）降水量约占全年降水量的60%-70%。

3.2太阳能辐照强度分析

3.2.1我国太阳能资源分布

我国太阳能资源丰富程度的等级划分标准及分布区域见表1图1。

表3.2.1-1全国太阳能资源丰富程度等级

太阳年总辐射量

资源丰富程度

等级

单位：

千瓦时/平方米

单位：

兆焦/平方米

Ⅰ

≥1750

≥6300

资源最丰富

Ⅱ

1400~1750

5040~6300

资源很丰富

Ⅲ

1050~1400

3780~5040

资源丰富

Ⅳ

＜1050

＜3780

资源一般

图3.2.1-2全国太阳能资源丰富程度等级分布图

3.2.2宁夏太阳能资源概况

我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在91.7〜2333kWh/m2年之间。

全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。

我国西藏、甘肃、新疆、青海、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高的，属于世界太阳能资源丰富地区之一。

自大兴安岭西麓向东南，穿黄河延青藏高原东侧到西藏东南，将全国分为东西两大部分。

西部在l625kWh/m2•年以上，东部在其以下。

西部远离海洋，受海洋潮湿气流影响很弱，全年气候干燥，中低云量较少，所以总辐射量较大；东部以内蒙东部和华北较大，长江中下游与东北的总辐射量相当，约在1611~l153kWh/m2•年之间。

广东沿海和台湾、海南沿海总辐射量都较大，在611kWh/m2•年以上，在台湾和海南的西部可达在l625kWh/m2•年以上，是东部总辐射量最丰富地区之一，中国太阳能分布资源如下图1所示。

在东部川黔地区为低值中心，这一低中心与世界上太阳能随纬度的分布规律相反，一般随纬度增高总辐射在减少。

但这一地区出现川黔低中心，使总辐射随着纬度在增加。

这种南低北高的现象是因为该地区处于青藏高原的东麓背风坡，是南北两股气流绕流交绥的地方，天气系统活动频繁，云量较多，影响直接辐射削弱，形成了低中心。

图1中国太阳能资源分布

我国太阳能理论总储量为147x108GWh/年。

从理论上讲除去农田、草原、森林、河流、湖泊、道路等，在任何荒地和建筑上都可以安装太阳能光伏组件。

我国有荒漠面积108万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区。

如果利用十分之一的荒漠安装并网光伏发电系统，按照目前100Wp/m2的一般技术水平，则装机容量就达大约1.08×10kWp。

按照目前并网光伏发电技术水平保守地按100kWh/m2•年计算，这十分之一的荒漠面积每年可发电108,000亿kWh；按照平均每年额定运行1400小时计算，折算装机功率为1928GW，相当于128座三峡电站。

可以提供我国2002年1654亿kWh的耗电量的3.2倍。

换句话说只需要全部荒地+面积的3%，即在3.3万平方公里面积上安装3310GWp并网光伏发电系统就可以提供我国2002年全部耗电量。

我国建筑占地面积总计约2亿m2，假如1%的屋顶用太阳能光伏组件覆盖，每年就可以提供2亿kWh电能。

从上述数据可以得到结论：

搞太阳能光伏发电，利用我国的荒漠资源，是变废为宝，保障我国能源供应战略安全、大幅减小排放和可持续发展的重大战略举措。

3.2.3永宁县太阳能资源条件分析与评价

永宁县太阳能资源丰富，全年辐射总量4521.5兆焦/平方米，年均日照2200小时。

参照《太阳能资源评估方法》（QX/T89-2008）,宁夏太阳能资源属于Ⅱ级地区。

是全国太阳辐射和日照时数较多的地区之一，平均10年太阳能月辐射总量及日照时数分布见图2。

图3.2.3-1全国太阳能资源丰富程度等级分布图

通过上图可以看出，太阳能辐射总量和日照时数在时间分布上较为集中，主要分布在4-9月份，与当地用电负荷高峰时间分布一致，可利用性较好。

根据太阳能资源特点，综合考虑当地可利用土地资源等客观情况，适宜采用与建筑结合的屋顶太阳能光伏发电、太阳能公共照明等多种形式，以此实现太阳能资源的综合化和规模化利用，达到与城市建筑完美融合的效果。

3.3交通运输

永宁县距自治区首府银川市20公里，距银川机场38公里，具有很强的区位优势。

快捷便利的交通运输网络已经成型。

京藏铁路、大古铁路、包兰铁路穿境而过，并设有火车站是京藏铁路大型的客货运站。

109国道、石中高速公路横贯全县，全县四纵7条主要公路已形成网络，该县并率先在全区实现了镇、村通硬化路面，形成了四通八达快捷的立体交通网。

京珠高速公路相连，运输极为方便。

本项目建设地银川市永宁县德龙集团德龙十万亩有机葡萄产业园内，厂区道路已与外部公路相连。

4.总体设计方案

4.1场址选择

永宁县德伏新能源有限公司利用永宁县德龙集团德龙十万亩有机葡萄产业园内不能种植葡萄的边脚地、荒洼地建设分布式光伏电站，光伏电站所发的电并网，属于用户全额上网的分布式光伏电站，具有良好的经济效益。

4.2主要设计原则

（1）设计寿命为25年（不含建设期）。

（2）采用单晶硅电池。

这是考虑到太阳电池的应用目前是以晶体硅电池为主，。

（3）单晶硅电池组件在稳定效率下标称功率代数和不低于200Wp。

（4）为降低造价和扶持国产设备，本项目单晶硅电池组件、逆变器等主要设备全部选用国产设备，国产化率为99.92%。

（5）根据宁夏地区多年的太阳能辐射为计算依据，对单晶硅电池组件进行年发电量计算。

（6）系统方阵的倾角设计以获取全年最大太阳能辐射为基准。

（7）光伏发电系统以1MWp为一个基本单元，每个基本单元是配置2台500kw逆变器，还是4台250kw逆变器，待项目批准后通过技术经济分析决定。

从逆变器的投资看，*250kw要比*500kw投资大，但逆变器故障对发电的影响比较小。

（8）逆变器的工作方式是各不自独立并网，采用群控方式。

（9）并网逆变器与输电网（35kv）的连接通过升压变压器完成，逆变器自身不带变压器，逆变后直接通过升压变完成升压。

（10）太阳电池方阵采用固定安装方式，不采用自动向日跟踪系统。

这是考虑到目前国外自动向日跟踪装置的价格较高，而国产向日跟踪装置的性能还有待长期运行验证。

（11）优化方阵支架和基础的设计，在满足安全运行的前提下尽量降低造价和方便施工。

（12）每兆瓦太阳电池方阵配置一个逆变器室，将交流配电柜、直流配电柜、逆变器和10kv/0.27kv变压器安置其中。

逆变器室布置在每兆瓦的太阳电池方阵近中间的位置以减少电缆的长度，并且不遮蔽布置在其北面的太阳电池组件上的阳光。

（13）对每一串太阳电池组件的电性能参数进行检测，及时发现故障并检修和更换。

（14）对电站的输出电压、频率、功率因数和谐波进行监测和记录，以确保电站输出的电能质量符合电网要求。

4.3总体设计系统总图

1MWp组件的接线图如图4.3-1所示：

5.电站的技术设计

5.1太阳能电池组件

5.1.1太阳电池组件

太阳能电池按材料可分为晶体硅太阳电池、。

晶体硅太阳电池包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种，是目前PV（Photovoltaic）市场上的主导产品。

晶体硅电池的结构有很多种，最常见的是在p型基体上高温掺杂扩散，形成n型区也叫扩散层，形成p-n结。

扩散层上有与它形成欧姆接触的银质上电极，它是由两条主栅线和若干条副栅线组成，副栅线通过主栅线连接起来。

而基体下面有与它形成欧姆接触的下电极，一般由铝背场和银电极组成。

为了便于使用，具有足够的机械强度，确保电池的耐候性，匹配负载的电压电流要求，在实际使用中需要把单独的太阳电池片进行串联封装成太阳电池组件，比较常见的晶体硅太阳电池组件的结构为正面用超白低铁钢化玻璃，背面用耐候绝缘性良好的TPT或PET复合膜，中间填充EVA，一般还会在这种三明治结构四周加装既结实耐用又轻巧美观的铝合金边框。

优质的、经过预衰减的太阳电池组件，可以正常使用保证20年功率衰减不超过20%，能抵御2400Pa的阵风和5400Pa的雪压，各式各样的新型组件也正不段涌现出来，这些都有利于清洁的太阳能应用技术推广与普及。

5.1.1.1单晶硅太阳电池

在所有电池种类中，单晶硅太阳电池转换效率较高，技术也最为成熟，使用最为广泛。

在实验室里最高的转换效率可达24.7%，规模生产时的效率可达17%左右。

目前在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。

5.1.1.2多晶硅太阳电池

多晶硅太阳电池与单晶硅比较，其效率高于非晶硅薄膜电池而低于单晶硅电池，其实验室最高转换效率可达18%，工业规模生产的转换效率为15%左右。

因此，多晶硅电池在效率和价格方面能够继续扩大其优势的话，将会在太阳能电池市场上占据重要位置。

5.1.1.3硅基薄膜太阳电池

与晶体硅太阳电池相比，就硅基薄膜太阳电池最重要的是成本优势，具有弱光响应好和温度系数小的特性，便于大规模生产，有极大的发展和应用潜力。

通常，硅基薄膜太阳电池的最主要问题是效率相对较低，效率目前为6-9%，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。

通过在不同经纬度、辐照量地区的年发量对比，硅基薄膜电池比晶体硅电池年发量约高6-15%。

在日照条件特别好的地区或者阴雨天较多的地区均具有明显的发电优势。

5.1.1.4太阳电池组件的应用和比较

上述三大类电池产品的价格从目前市场上来看是多晶硅和单晶硅价格接近。

硅基薄膜比多晶硅和单晶硅便宜，单太阳能转换效率单晶硅>多晶硅>硅基薄膜，占地面积单晶硅与多晶硅差不多，硅基薄膜较大。

产品的成熟程度是单晶硅比多晶硅更加成熟，硅基薄膜稍差。

但是价格并不是固定不变，随着供需状况的变化而改变。

据目前国内厂家报价的情况，单晶硅与多晶硅的价格基本一致。

通过设计方案比较，采用单晶硅的技术经济指标要好于采用多晶硅。

按照市场相同组件产品的材料，本次项目按单晶硅电池组件设计。

项目本期建设容量为20MW。

5.1.1.5组件技术参数

单晶硅太阳能电池组件200w。

本项目太阳电池组件采用的单晶硅电池组件的主要参数如下：

单晶硅太阳电池组件

指标

单位

数据

峰值功率

Wp

200

开路电压（Voc）

V

45.6

短路电流（Isc）

A

5.89

工作电压（Vmppt）

V

36.9

工作电流（Imppt）

A

5.42

尺寸

Mm

1580*808*40

功率误差范围

℃

+-3

重量

Kg

15.5

峰值功率温度系数

%/K

-0.44%

开路电压温度系数

%/K

-0.33%

短路电流温度系数

%/K

0.055%

10年功率衰降

%

8%

20年功率衰降

%

15%

组件效率

%

18.1%

5.1.2太阳电池阵列设计

为了统一和一致起见，现对以下概念作如下定义：

◆方阵：

由全部相同类型组件构成的一个总体的发电排列系统。

由晶体硅电池组件构成的排列定义为晶硅方阵；由硅基薄膜电池组件构成的排列定义为薄膜方阵。

◆串：

由若干块组件串联而成的一个直流回路。

◆组：

由若干串并联输入至汇流箱的直流回路。

◆单元：

由若干个汇流箱输出至逆变器（或直流配电柜）输入端的直流回路。

单个逆变器容量500kw，单块单晶硅组件标称功率200Wp。

单晶硅电池组件的工作电压,其每一串的最大功率点电压是由逆变器的最佳工作电压决定的。

其太阳电池最大功率点跟踪范围（VOC）在DC400V~DC900V,最佳工作电压设在DC800V左右。

因此，每一串的组件数量为22

每一串的组件数量=逆变器的最佳工作电压/每个电池组件的工作电压=811/900

每一串的功率=每个组件标称功率*串联组件数量

=200*22

每组（汇流箱A）的功率=每一串的功率*并联组件数量

=每一串的功率*汇流箱的输入端口数

每台500kw需要汇流箱的数量为：

因此，每一台500kw的逆变器需要18/12台“汇流箱”构成一个单元。

每一单元的功率为0.5mw。

5.1.3光伏组件支架

地面支架图5.1.3-1

5.2电气

5.2.1主要设备参数及功能

5.2.1.1汇流箱

图5.2.1.1-1汇流箱示意图

用于户外，防护等级IP65。

对于单晶硅电池组件，实际每回路工作电流A，短路电流A。

汇流箱为12路输入，输出直流电流78.7/86.4A（工作电流/短路电流）。

最大开路电压为850V，熔断器的耐压值不少于1000Vdc，每路输入具有防反充保护功能，配有光伏专用高压防雷器，具备防雷功能，具有高直流耐压值，可承受的直流电压不小于DC1000V。

5.2.1.2直流配电柜

直流配电柜按照500kw的逆变器进行设计，500kw的逆变器配置1台直流配电柜。

直流配电柜的每路输入都配有电压和电流监测。

输入/输出有防雷保护。

其接地电阻小于5欧姆。

对于单晶硅方阵，共有65A直流输入18路接入500kw逆变器。

直流配电柜的输出直流开关电流65A,18回路。

本期20MWp分布式光伏电站共配置逆变器20台，规划20MWp分布式光伏电站共配置直流配电柜20台。

5.2.1.3逆变器

逆变器具有较好的人机界面和监控通信功能，便于监控中心远端控制。

配有合适的独立的交直流防雷元件，实现过电压保护。

具有自动同期功能。

250kw并网逆变器性能参数表

容量

500kw

隔离方式

工频变压器

最大太阳能电池阵列功率

550kwp

最大阵列开路电压

850Vdc

太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）

450Vdc~880Vdc

最大阵列输入电流

1200A

MPPT精度

>99%

额定交流输出功率

500KW

总电流波形畸变率

<3%（额定功率时）

功率因数

>0.99

效率

94%

允许电网电压范围（三相）

320V~440AC

允许电网频率范围

47~51.5hz

夜间自耗电

<50W

保护功能

极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、欠压及过压保护