新高安中学12MW光伏发电示范工程可研性分析报告71改.docx
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新高安中学12MW光伏发电示范工程可研性分析报告71改
高安宇之源太阳能科技有限公司
1.2MWp分布式光伏发电示范工程
可研性分析报告
二○一五年六月
1.概述
1.1地理位置
工程名称：
1.2MWp分布式光伏发电示范工程，以下简称本项目。
地理位置：
高安市位于江西省中部偏西北，属长江中下游平原。
地理坐标为东经115°00′12″至115°34′56″，北纬28°02′44″至28°38′29″。
全市幅员面积2439.33平方公里，地跨锦江中下游两岸，东界新建县和丰城市；南接樟树、新余二市；西连上高、宜丰县；北倚奉新、安义县。
高安，素有“赣中明珠”之称，历史悠久。
始于汉高祖六年（公元前201年），取名建成。
距今已有2200多年历史。
中平年间（184～189年），从建成县划出一部分设置上蔡县（今上高县）。
唐朝武德五年（622年），避“太子”（李建成）名讳，改建成为高安。
市区先后易名为靖州、米州、筠州。
绍兴十三年（1143年），筠州改名高安郡，五年后复名筠州。
宝庆元年（1225年），改筠州为瑞州，高安仍是县名，为瑞州治所。
元朝改州为路，高安归瑞州路治。
明清两朝改路为府，高安归瑞州府治。
民国3年（1914年）全省划为四道，高安隶属庐陵道。
民国15年（1926年）废道属省。
不久，高安隶属第一行、第二行政区。
民国31年（1942年）全省调整为九个行政区，高安改属第一行政区。
1949年7月10日，高安解放。
同年7月14日成立高安县人民政府，隶属于江西省人民政府南昌分区督查专员公署管辖。
1959年1月南昌专员公署改名为宜春专员公署，高安县隶属宜春专员公署管辖。
此后，宜春专员公署于1968年2月改为宜春地区革命委员会、于1978年7月改为宜春地区行政公署，高安县仍隶属于其管辖。
1993年12月8日，国务院批准高安撤县设市。
高安市为县级省辖市，由宜春地区（2000年5月改为宜春市）代管。
1.2项目任务
本项目利用校区屋顶安装太阳能光伏组件建设光伏电站，利用太阳能发电。
本项目建成后对高安市地方经济发展将起到积极作用，提供新的电源，促进光伏产业在高安市的发展，具有明显的社会效益、经济效益和环境效益。
1.3项目建设规模
本项目建设规模为1.2MWp，拟釆用250Wp太阳能光伏组件，全部采用固定式安装方式，建设多个太阳组件方阵。
1.4太阳能资源
高安市地处中纬度，属中亚热带湿润季风气候。
具有气候温和，雨量充沛，光照充足，四季分明，无霜期长的特点，为发展农业生产提供了良好的环境条件。
全市年平均气温17.8℃，七、八月最热，极端最高气温达40.4℃，一月气温最低，极端最低气温为-11.2℃。
年无霜期为276天。
多年平均日照时数为1667.2小时，太阳辐射总量多年平均值为102.89千卡/cm2。
高安市多年平均降水量为1567.4mm，最大降水量为2219mm，最小降水量为917.5mm，受季风影响，每年4～6月为雨季，降水量占全年雨量75%以上，极易导致春夏之交洪涝发生；10～12月为旱季，水量仅占全年的11.5%左右，年平均蒸发量为1071mm，低于年均降水量。
最大蒸发量1360.4mm，最小年蒸发量为820.8mm，7～9月蒸发量占全年的45%，1～3月蒸发量约占全年的12%左右。
全年主导风向为东北风，夏季主导风向为西南风，风力多为二级，多年平均风速2.55m/s，最大风力31米/秒（12级，1972年6月21日记载），风速大于七级风（风速17m/s）以上日期平均每年1.25天。
2.工程建设的必要性
太阳能发电对解决我国能源匮乏、资源短缺、电力紧缺、改善环境污染、节约土地，促进经济社会可持续发展都具有重要的现实意义。
本项目的建设将有力地推动本市光伏发电事业的发展，为该地区规模化发展太阳能发电项目提供好的工程经验和试验平台。
2.1符合可再生能源发展规划和能源产业发展方向
我国能源结构以煤炭为主，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%，己成为我国大气污染的主要来源。
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愈发严重，既影响经济发展，也影响人民生活和健康。
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将越来越严重。
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。
根据《中国应对气候变化国家方案》和《可再生能源发展“十二五”规划》，我国将通过大力发展可再生能源，提高可再生能源在能源结构中的比重，促进可再生能源技术和产业发展，提高可再生能源技术研发能力和产业化水平。
到2020年，可再生能源在能源消费中的比重将达到10%，全国可再生能源利用量达到3亿吨标准煤。
可再生能源中，利用太阳能发电是最有前景的技术之一。
根据《可再生能源发展“十二五”规划》，至2015年底，光伏发电装机要达到900万千瓦，其中中国节能投资公司、华电、国电等公司进行MW级并网太阳能光伏发电示范工程的试点工作，带动相关产业配套生产体系的发展，为实现太阳能发电技术的模块化应用奠定技术基础。
随着《中华人民共和国可再生能源法》的正式实施以及《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》、《可再生能源发电有关管理规定》等一系列配套政策出台，国内太阳能发电市场将有望迅速打开。
太阳能发电从环境保护及能源战略上都具有重大的意义；从发展看，太阳能光伏发电电源将逐步进入电力市场，并部分取代常规能源。
《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《可再生能源中长期发展规划》中多次提到发展太阳能光伏发电，并提出在太阳能资源充足地区建设大规模并网太阳能光伏发电示范工程。
2.2推进国内光伏并网发电产业的发展
2009年7月以来，国家先后颁发了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》、《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》以及《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》，计划以财政补助的方式推动光伏发电应用示范项目的实施。
国内光伏发电应用市场有望在近期得到快速的发展。
本项目的实施
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；
二是为日后大型的光伏发电系统在国内的应用提供参考和借鉴；
三是积累光伏发电系统设计、施工和使用的经验，为制定相关国家标准提供参考。
2.3优化区域电源和网络结构，取得经济效益和社会效益
本项目的建设，符合将本市建成“低碳、绿色生态区”的目标。
并以此为起点，在本市境内建设区域性光伏并网发电及应用推广示范，为本市及全国资源枯竭型城市的经济转型和可持续发展探出一条新路。
本项目有利于获取建设经验，有利于提升企业业内形象，有助于获得社会声誉、提升信任程度，取得社会效益，同时可通过出售光伏发电电量给企业和单位带来经济效益。
2.4运用新技术，推动科学技术进步，保护自然资源和生态环境
太阳能是干净的、清洁的、储量极为丰富的可再生能源，太阳能发电是目前世界上先进的能源利用技术。
建设本项目，不消耗煤、石油、天然气、水、大气等自然资源；亦不产生有害气体、污染粉尘，不引起温室效应、酸雨现象等，可有效的保护生态环境。
本项目装机容量为1.2MWp，项目建成后光伏系统平均年发电量约为127.495万度，25年发电总量约为3187.38万度。
同时，按照火电煤耗平均312g标煤/kWh计算，每年可节约标准煤约397.784吨，减排二氧化碳约969.691吨、二氧化硫约9.112吨、氮氧化物约1.668吨、烟尘约121.476吨、灰渣约409.111吨。
25年发电周期内，共可节约标准煤约9944.6吨，减排二氧化碳约24242.275吨、二氧化硫约227.8吨、氮氧化物约41.7吨、烟尘排放量约3036.9万吨、灰渣约10227.775吨。
有助改善当地的大气环境，促进我国的节能减排工作。
本项目的实施可以为新能源的推广起到积极的示范作用。
2.5有利于促进江西光伏产业的健康发展及本市光伏规模化发展
截止2012年底，我国太阳能电池组件的总产量达到2050.436万千瓦，位居世界第一位，组件相比于2012年中国新增太阳能装机容量，中国约有84%的太阳能电池产品销往国外市场，尤其是欧美市场，我国国内太阳能电池组件的应用份额相对很小，国内太阳能电池组件的应用市场与其产量或生产能力极不匹配。
在国际市场变化或各国进行自我保护的情况下，我国的太阳能电池组件产业将受到极大的打击。
因此，积极开发我国的太阳能电池组件应用市场，扩大我国太阳能电池组件的安装量，对促进和保护我国光伏太阳能产业的发展具有极其重要的战略意义。
建设本项目既是积极响应国家及江西省发展光伏产业的政策，又可有力地推动高安市光伏发电事业的发展，为该市规模化发展太阳能发电项目提供好的工程经验和试验平台。
3.项目任务与规模
3.1项目任务
本项目的建设符合《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《全国农业和农村经济发展第十二个五年规划》、《可再生能源中长期发展规划》等文件，所提出的“坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。
深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，节约能源，降低温室气体排放强度，发展循环经济，推广低碳技术，积极应对全球气候变化，走回绿色可持续发展之路；促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化，加强农村基础设施建设大力发展太阳能，推进现代农业示范区建设；培育发展战略性新兴产业，新能源产业重点发展太阳能热利用和光伏光热发电，培育一批战略性新兴产业骨干企业和示范基地；推动能源生产和利用方式变革,积极发展太阳能等其他新能源，促进分布式能源系统的推广应用。
”的精神和要求。
本项目建成后对本市的地方经济发展将起到积极作用，既可以提供新的电源，又不增加环境压力，具有明显的社会效益和环境效益。
3.2工程规模
该分布式光伏发电工程建设规模为1.2MWp，釆用250Wp太阳能光伏组件，全部采用固定式安装方式，建设多个太阳组件方阵。
4.太阳能资源
4.1太阳能资源分析
4.1.1我国太阳能资源分析
我国属世界上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2,000小时，全年辐射总量在91.7～2,333kWh/m2年之间。
为了按照各地不同条件更好地利用太阳能，根据太阳年总辐射量的大小，将中国划分为四个太阳能资源带，如图4-1所示。
这四个太阳能资源带的年总辐射量指标，如表4-1所示。
由图4-1可见，我国的西藏地区太阳能极丰富，新疆、甘肃、内蒙及四川西部都很丰富，华北、东北、华南及长江中下游的太阳能资源为资源丰富带地带，重庆、贵州等地的太阳能资源一般。
太阳能资源的分布具有明显的地域性，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。
图4-1中国太阳能资源分布图
由全国太阳能资源分布图4-1，江西省太阳能资源属较丰富带，有很大的利用价值。
表4-1中国太阳年总辐射量指标表
等级
资源代号
年总辐射量
（MJ/m2）
年总辐射量
（kWh/m2）
平均日辐射量
（kWh/m2）
最丰富
I
≥6300
≥1750
≥4.8
很丰富
II
5040～6300
1400～1750
3.8～4.8
较丰富
III
3780～5040
1050～1400
2.9～3.8
一般
IV
＜3780
＜1050
＜2.9
4.1.2本市太阳能资源分析
本市全年日照小时数2660小时。
太阳总辐射量年内月平均辐射变幅为217.56～557.06MJ/m2，月平均辐射最高值出现在7月份，为557.06MJ/m2，月平均辐射最低值出现在2月份，为217.56MJ/m2。
4～10月月平均辐射较大，变幅为335.75～557.06MJ/m2。
多年年平均太阳总辐射量4560.44MJ/m2（1272.56kWh/m2）。
4.2太阳能资源综合评价
本市光资源稳定，适合建设光伏电站，更能充分利用光资源，实现社会、环境和经济效益。
同时，在设计中关于灾害天气（如极端温度、大风、雷暴等）对本工程的影响应给予考虑，以便很好的提高本工程的效益。
5.整体方案设计
5.1设计依据
方案设计均遵照最新版本的电力行业标准（DL）、国家标准（GB）和IEC标准及国际单位制（SI）。
标准号
标准名称
DL/T599-2005
<<城市中低压配电网改造技术导则>>
GB50054-95
<<低压配电设计规范>>
GB17478
<<低压直流电源设备的特性和安全要求>>
GB50171
<<电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范>>
GB4208-1993
<<外壳防护等级（IP代码）>>
GB/T17626
<<电磁兼容试验和测量技术>>
DL/T620
<<交流电气装置的过电压保护和绝缘配合>>
DL/T621
<<交流电气装置的接地>>
GBJ232－82
<<电气装置安装工程施工及验收规范>>
GB3859.2-1993
<<半导体变流器应用导则>>
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>>
GB/T14549-1993
<<电能质量公用电网谐波>>
GB/T12325-2008
<<电能质量供电电压偏差>>
GB/T12326-2008
<<电能质量电压波动和闪变>>
GB/T15543-2008
<<电能质量三相电压不平衡>>
IEC61970
<<公共信息模型及通用接口定义>>
IEC61968
<<公共信息模型>>
DLT860-61850
<<基于通用网络通信平台的变电站自动化系统>>
5.2系统总体设计
系统主要由光伏组件、汇流箱、逆变器机组、直流配电柜、交流配电柜、升变压器以及电缆等构成。
光伏组件通过光伏效应将太阳能转化为电能，且为直流电，然后通过汇流箱输送至逆变器，而逆变器将直流电转变为可直接使用的交流电，可自己使用或汇入国家电网。
5.3项目建议方案
根据项目实际情况，项目光伏发电整体方案为1套。
本项目实施校区屋顶坡度平均约为15°，光伏阵列安装方向面向正南方向，安装倾角为与水平面夹角20°。
系统中以500KW为一个电气单元，设计方案相同，每个300KW电气单元由1200块250W晶体硅光伏组件组成，接入1台300KW逆变器。
本项目合计共需光伏组件4800块，总重量为：
91200Kg；300KW逆变器4台，总装机容量1.2MWp。
每300KW电气接线形式相同，组件电气连接选取20块太阳能组件串联为一串，10串并至一台汇流箱，每个300KW单元共6个汇流箱。
其并网模式为“分散发电，集中并网”，380V的三相电经由变压器升压，10KV接入电网。
5.4分布式光伏发电部分
5.4.1光伏发电系统概述
1.2MW光伏发电系统共有4800块250Wp多晶硅电池组件（每20块电池组件组成一个阵列，共有240个阵列）、24个直流汇流箱、4台300kW并网逆变器、直流配电柜、电缆、钢结构支架等。
系统原理图
5.4.2光伏电池组件设计与阵列间距计算
5.4.2.1组件最佳倾角设计
最理想的倾斜角可以根据组件年间发电量最大时的年间最大倾斜角来选择。
但是，在已建好的屋顶设置时则可与屋顶的倾斜角相同。
有积雪的地区，为了使积雪能自动滑落，倾斜角一般选择50～60°。
所以，组件阵列的倾斜角可以选择年间最佳倾斜角、屋顶的倾斜角以及使雪自动滑落的倾斜角等。
各月辐射
按照年发电量最大的原则来选择计算组件的最佳倾角，项目所在地光伏组件的最佳倾角为20度，方位角朝向正南方。
5.4.2.2光伏组件选型
根据场址所属地的电力分布情况，本工程太阳能光伏发电系统为不蓄电池环节的不可调度式并网太阳能光伏发电系统。
太阳能通过太阳能电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网要求的交流电，并直接接入公共电网。
本项目在新高安中学校区屋顶上安装光伏组件。
本工程光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、逆变器及变配电系统三大部分组成。
太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件。
根据电站所在地的太阳能状况和所选用的太阳能电池组件类型，计算光伏电站的年发电量，选择综合指标最佳的太阳能电池组件。
商用太阳能电池组件主要有以下几种类型：
单晶硅太阳能电池组件、多晶硅太阳能电池组件、非晶硅太阳能电池组件、碲化镉电池组件、铜铟硒电池组件等。
晶硅太阳能电池与薄膜太阳能电池转换效率详细对比
太阳能电池类别
晶硅太阳能电池
薄膜太阳能电池
单晶硅
多晶硅
碲化镉
铜铟硒
非晶硅
非晶/微晶硅
工业生产达到效率
19.6%
18.5%
11.1%
12%
7%
9%
可实现效率目标
＞20%
20%
12%
12%
6%
10%
生产成本（元/瓦）
15
12~15
6.7
10
10
10
2020年预计成本（元/瓦）
＜5
＜5
＜3
＜3
＜3
＜3
单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点，商业化电池组件的转换效率在17%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本相对较高。
多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化电池组件的转换效率在13%～15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低。
两种组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15％。
根据性价比及目前市场上单晶硅产量很低的现状，本方案推荐采用多晶硅光伏电池组件。
同时我们可以在建设阶段对其进行光伏支架一体化的设计，使建筑更美观，结构更合理。
本项目选择功率为250Wp的高效多晶硅光伏组件，其规格参数如下：
250Wp多晶硅光伏组件性能参数
序号
项目名称
参数指标
1
组件型号
JSM-250P-60
2
峰值功率
250Wp
3
峰值电压
30.4V
4
峰值电流
8.23A
5
开路电压
37.6V
6
短路电流
8.81A
7
功率误差
正负2%
8
最高系统电压
1000V
9
抗风力
2400Pa
10
绝缘强度
DC3500V,1min
11
重量
19Kg
12
外形尺寸
1650*990*40mm
组件产品性能描述：
1）多晶硅电池组件弱光性好；
2）太阳电池绒面表面处理和减反射层减少对阳光的反射；
3）电池片采用全自动焊接，有良好的接触可靠性；
4）低铁超白钢化玻璃覆盖在表面，有很好的机械强度并保证好的透光性；
5）后面的背板防止被磨损，撕裂和刺破，起到密封防水和绝缘的作用；
6）铝边框上有四个安装孔，2个接地孔，便于安装和接地；
7）接线盒达到IP65的防护等级，接线方便，安全并有保护作用；
8）在接线盒内，设有旁路二极管，可有效减少阴影带来的组件输出功率损失；
9）组件的功率是从接线盒内由接线端子输出的。
端子的材料是表面附银浆的H59，具有优良的耐候、抗腐蚀性能，可确保在产品在寿命期内的可靠输出；
10）在接线盒上用O型圈，保证其密封性良好；
11）接线盒用优质硅胶固定，保证有良好的耐腐蚀性、密封性；
12）产品一致性好。
5.4.2.3光伏组件安装设计要求
本光伏系统利用校区屋顶安装建设，应考虑到安装方便和需要少维护的原则。
太阳电池组件支架的前立撑和后立撑均采用钢构，并且按设计角度加设扁铁斜撑以提高稳定性。
立撑和基座的连接、以及支架和太阳能电池板的连接应该便于加工及安装时容易就位和调整。
如果采用螺栓连接的形式。
所有螺栓均配装弹簧垫圈和平垫圈，避免其在常年风沙荷载的反复作用力下，形成螺栓松动、螺母脱落的情况，造成太阳电池组件损坏。
1）支架设计强度要求
本光伏系统在校区屋顶安装建设，在设计时必须考虑抗风沙的防护措施，以保证系统设备在运营期内不因风沙而损坏。
太阳电池板的固定支架采用型钢钢结构，在设计计算时充分考虑当地最大风速风沙的风力，保证钢构件的强度安全可靠，变形稳定性能满足规范要求。
每个子方阵均采用低重心、一体化连接设计方案，方阵高度设计较低，为了减少风阻组件之间要留有间隙。
2）支架设计承重要求
本光伏系统在校区屋顶安装建设，方阵和支架的重量应能满足房屋的承重以及固定，尽量不增加预埋件，原则上使用钢筋混凝土基础，基座选型和设计满足高稳定、抗滑移能力，以保证正常使用承载力和稳定性。
5.4.3逆变器选型
并网逆变器是光伏并网发电系统的核心转换设备，它连接直流侧和交流侧，需具有完善的保护功能、优质的电能输出。
对逆变器的选型应需满足如下要求：
（1）优质的电能输出
逆变器应具有高性能滤波电路，使得逆变器交流输出的电能质量很高，不会对电网质量造成污染。
在输出功率≥50％额定功率，电网波动＜5％的情况下，逆变器的交流输出电流总谐波畸变率（THD）<3％。
并网型逆变器在运行过程中，需要实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使得逆变器的交流输出电流与电网电压的相位保持一致，所以功率因数能保持在1.0附近。
（2）有效的“孤岛效应”防护手段
采用多种“孤岛效应”检测方法，确保电网失电时，能够对电压、频率、相位等参数进行准确的跟踪和检测，及时判断出电网的供电状态，使逆变器准确动作，确保电网的安全。
（3）电气隔离
并网逆变器应带有隔离变压器，使得逆变器的直流输入与交流输出之间电气隔离开来。
直流侧的光伏组件阵列为“浮地”，正负极与地之间都没有电气连接。
逆变器在运行过程中，随时检测直流正负极的对地阻抗，从而保证逆变器直流侧的短路故障不会影响到电网。
（4）完善的通讯功能
光伏并网逆变器须为发电系统提供完善的监测手段，并网系统通过总线通讯，每台逆变器安装一块通讯板，在其中一台主控逆变器上安装数据采集盒，数据采集盒主要采集光伏组件温度、光照度、风速等相关参数，系统通讯配备一台上位机，上位机上安装专用的通讯监控软件，可以实时显示累计发电量、方阵电压、方阵电流、方阵功率、电网电压、电网频率、实际输出功率、实际输出电流。
显示系统可安装液晶屏，使显示更加直观。
从系统的稳定性出发，该系统所选择额定功率为500kW（降额使用）的三相逆变器，性能参数如下表：
300kW逆变器参数表
型号
ENA-CoSun-300
直流输入
最大直流输入功率（KW）
350
最大直流输入电压（V）
900/1000可选
输入MPPT电压范围（Vdc）
270~550
最大直流输入电流（A）
1170
交流输出
额定输出功率（KW）
300
最大输出功率（KW）
325
额定输出电流（A）
525
输出电压范围（Vac）
400正负15%
允许电网频率（Hz）
50、60（正负4.5）
电流畸变率（THDi）
<3%（额定功率）
功率因数
0.99
输出相线
三相四线
转换效率
最大效率
96.80%
欧洲效率
96.10%
MPPT效率
>99.9%
环境参数
防护等级
IP20
允许环境温度（度）
—20度~50度
冷却方式
智能风冷
允许相对湿度
0~95%（无冷凝）
允许最高海拔（m）
3000
常规参数
夜间自损耗（W）
<40
噪音（dB）
<62
通讯接口
RS485，以太网
显示
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