光伏电站可行性研究报告 149页

'农业科技示范园生态农业大棚*MWp光伏电站预可行性研究报告目录第一章综合说明31.1概述31.2太阳能资源31.3工程地质31.4工程任务和规模31.5光伏系统总体方案设计及发电量计算31.6电气设计31.7消防设计31.8土建工程31.9施工组织设计31.10工程管理设计31.11环境保持和水土保持设计31.12劳动安全与工业卫生设计31.13节能降耗分析31.14设计概算31.15财务评价与社会效果分析31.16结论及建议31.17附表3第二章太阳能资源32.1太阳能资源概况32.2区域太阳能资源概况32.3太阳能资源分析32.4太阳能资源综合评价3第三章工程地质33.1概述33.2区域地质及构造稳定性33.3场地工程地质条件3第四章工程任务和规模34.1工程任务34.2工程规模34.3工程建设必要性34.4社会稳定性风险分析3第五章系统总体方案设计及发电量计算3144 5.1光伏组件选型35.2光伏阵列运行方式选择35.3逆变器的选择35.4光伏方阵设计35.5光伏子方阵设计35.6方阵接线方案设计35.7辅助方案设计35.8光伏发电工程年发电量计算3第六章电气36.1电气一次36.2电气二次36.3通信36.4调度自动化3第七章土建工程37.1设计安全标准37.2光伏阵列基础及逆变器室设计37.3场内集电线路设计37.4基础价格37.5费率指标3第八章工程消防设计38.1消防总设计方案38.2工程消防设计38.3施工消防3第九章施工组织设计39.1施工条件39.2施工总布置39.3主体工程施工39.4施工总进度3第十章工程管理设计310.1工程管理机构310.2主要生产管理设施310.3电站运行维护、回收及拆除3第十一章环境保护311.1环境保护311.2水土保持设计3第十二章劳动安全与工业卫生312.1设计总则312.2工程劳动安全与工业卫生危害因素分析312.3劳动安全与工业卫生对策措施312.4工程安全卫生设计312.5影响劳动安全因素312.6安全生产监督制度312.7工业卫生与劳动保护管理规定3第十三章节能降耗313.1合理用能标准和节能规范313.2项目能源消耗状况313.3节能措施3144 13.4节能效果分析3第十四章工程设计概算314.1编制说明3第十五章财务评价与社会效果分析315.1概述315.2财务评价315.3基本方案的评价前提315.4财务评价指标结果315.5社会效果评价315.6评价结论3第一章综合说明1.1概述1.1.1项目申报单位概况1.1.1.1项目申报单位基本情况项目申报单位名称：某市某公司国祥电力有限公司公司由某市某某公司新能源电力投资发展有限公司与某某个人共同成立。某市某某公司新能源电力投资发展有限公司注册地址：某市体育中心游泳场二楼经营范围：太阳能光伏发电及其应用系统工程的设计、咨询、集成、工程安装、调试；太阳能光伏电站设计、运营；多晶硅、单晶硅、太阳能电池组件、硅片、硅料销售*成立日期：法人代表：注册资本：某某身份证号：144 常住地址：1.1.1.2项目申报单位简介1、某市某公司国祥电力有限公司某某公司新能源电力投资发展有限公司（简称“某某公司公司”），是某市国有资产经营有限责任公司独资子公司，位于某市体育中心游泳场二楼，是由某市国资公司于2013年10月向某市国资委申请报批，于2013年11月12日正式取得当地工商部门的营业执照。公司注册资金5000万，公司主营业务包括：太阳能光伏发电及其应用系统工程的设计、咨询、集成、工程安装、调试；太阳能光伏电站设计、运营；多晶硅、单晶硅、太阳能电池组件、硅片、硅料销售*（以上项目涉及前置许可及国家有关专项规定的除外）。公司目前投资的某市光伏发电项目已经通过验收；公司的5.9兆瓦项目已进入最后并网验收阶段；*项目主体工程也已完工；另外屋顶300kw、大楼屋顶40kw也正在进行项目前期工作，除上述已经在开展的项目外，某市光伏电站示范区72兆瓦项目也在积极跟进，力争把业务范围扩展到省外乃至全国。1.1.2合作模式双方共同出资成立合资公司，作为合作开发、建设和运营项目的主体。合资公司注册资本金10万元人民币。其中，某市某某公司新能源电力投资发展有限公司出资2万元人民币，占股20%；某某个人出资8万元人民币，占股80%。1.1.3运营模式建设期结束后光伏电站项目公司职能转变为项目运营，项目建设人员和新补充人员承担项目运营管理工作，成立光伏电站运营公司。144 运营公司做好电站运行和日常维护及定期维护工作，电站的大修、电池板的清洗、电池组件钢架的维修养护、绿化养护、卫生保洁等工作均采用外委方式进行，以减少管理成本，提高经济效益。1.1.4项目概况某省省各地年总太阳总辐射量在4542.61～5527.32MJ／㎡之间，其中成武站年总太阳总辐射量最少，为4542.61MJ／㎡，蓬莱年总太阳总辐射量最多，为5527.32MJ／㎡，两者相差约1000MJ／㎡。某市太阳能资源概况根据某市气象资料，某市太阳辐射较丰富，属于太阳能资源利用地区，推广、利用太阳能资源是可行的。太阳辐射量、日照时数、日照百分率年际变化均较稳定，近年的年太阳辐射量、年日照时数、年日照百分率有减少趋势。结合本工程特点，依据统计学原理、建筑热环境模拟、建筑能源分析等研究成果，根据NASA网提出的本工程设计代表年的年太阳总辐射量为4398.3MJ/㎡（1221.75kWh/㎡）。余市日照充足，经计算年太阳辐射总量为1221.75kWh/㎡，10°倾角方阵面上的一年太阳能总辐照量（即峰值小时数）为1258.22kWh/m2，具有良好的开发条件和应用价值。某市位于某市，位于某省省中部偏西，浙某省铁路西段，全境东西最长处101.8公里，南北最宽处65.2公里，距省会南昌市153.1公里，东临樟树市、新干县，西接宜春市袁州区，南连吉安市青原区、安福县、峡江县，北毗上高县、高安市。总面积3178平方公里（占全省总面积的1.9%），其中渝水区面积1785.92平方公里，分宜县面积1391.76平方公里。某市属暖温带东亚半湿润季风区大陆性气候，境内气候四季分明，春季干旱多风、夏季高温多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥。年平均气温11.9℃，无霜期195.5天，日照时数约2700小时，年平均降水量680毫米。农业科技示范园位于某市北部，大沽河西岸，距市区32千米。东西横距12.5千米,南北纵距13千米，面积110平方千米。辖1个居委会、52个行政村。东部为临河高地，西北部为小弧丘地域，西南部为平洼地域。全镇总面积109平方公里。农业科技示范园生态农业大棚所在地年太阳辐射量为144 1406.3KWh/㎡，太阳能资源丰富，比较适宜建设大型光伏电站。农业科技示范园生态农业大棚棚顶60MWp光伏并网电站项目位于某市某市农业科技示范园境内，本工程规划建设在农业科技示范园生态农业园区规划大棚棚顶斜面、钢架大棚上建设，共占棚顶面积约13万平方米，属于充分利用土地。生态农业园区规划占地面积约550亩。本工程建成后并入电网，建设期为6个月，生产运行期为25年，建成后通过35kV变压器一次升压，经35kV开关站汇流后，通过35kV高压电缆并入某市220kV变电站35kV侧。电力系统现状及发展规划某省西供电区位于某省电网的中西部，是某省电网的负荷中心之一，区内罗坊V变处于某省500kV中部主环网，连接着某省500kV主干网架的中部、西部以部地区，是环网的重要枢纽。截止2013年底，区内有统调火电厂3座：某市电厂（2×220MW）、丰城电厂340MW+2×700MW）、分宜发电厂（210MW+330MW），有统调水电站1座：江电站（3×10MW＋10.8MW）；非统调电源7座，总装机容量为53.1MW；区内共有500kV变电站1座，罗坊变（2×750MVA），220kV变电站15座，主台，主变容量4770MVA。其中清江变(2×120MVA)、珠珊变(2×120+1×180MVA)、沙变(2×150MVA)、金子山变(2×120MVA)、石滩变(2×120MVA)、渝水变50MVA)、大台变(2×120MVA)、王舍变(2×150MVA)、经楼变(2×180MVA)、仙女×240MVA)、马洪(2×240MVA)、祥符变(2×150MVA)、盐化工(1×150MVA)，溧江(2×150MVA)、众村变(1×180MVA)。有110kV变电站41座，主变74台，主变容量2506.5MVA。有220kV线路51条，总长度1449.2km，有110kV线路87条，总长度1045.9km。2013年某省西供电区统调用电量完成129.07亿kWh，同比增长4.92%。统调最高供电负荷2118.6MW，同比2012年1892.3MW增加11.98%。2013年某省西供电区110kV及以上电网地理接线图详见图1-2。144 1.1.5目规模和任务该项目计划投资人民币18000万元，建设规模为60MWp多晶硅太阳能光伏并网电站。从能源资源利用分析，农业科技示范园生态农业大棚所在地年太阳辐射量为1406.3KWh/㎡，适宜建设光伏电站。本电站建成投运后，可与地方已建电站联网运行，有效缓解地方电网的供需矛盾，优化系统电源结构，减轻环保压力，促进地区经济可持续发展。从项目开发建设条件方面分析，本电站场址区场地较开阔，适合布置大型光伏电站。交通较为便利，有利于建设期间所需设备材料的运输。综合业主开发建设进度及周边电网现状，农业科技示范园生态农业大棚棚顶60MWp光伏并网电站规模为60MWp是可行的。经调查，场址内无名胜古迹、文物保护区、自然保护区、军事设施及地下矿藏等，项目建设用地符合国家有关土地利用政策。根据现场踏勘情况，距场址最近的有条件接入的变电站为某市220kV变电站，光伏电站出线接入条件较为便利。通过对某市农业科技示范园场址各方面条件的分析，该处场址在技术上是可行的，具备建设大中型光伏电站的条件。1.2太阳能资源根据某市气象站和福山区气象局辐照数据，并采用一定方法计算项目所在地年太阳辐射量为1406.3KWh/㎡，通过分析计算得到本工程的太阳能电池组件在朝向正南20度倾角时，斜面年太阳能辐射量为1574.98KWh/㎡。从太阳能资源利用角度上来说，在场址区建设并网光伏电站是可行的。根据NASA卫星太阳能数据，可知多年水平面太阳能年总辐射量为1221.75kWh/m2。项目所在地水平面太阳能月平均总辐射量变化具有夏季高，冬季低的特点，2~7月呈上升趋势，7月达到最高，最高值为162.75kWh/m2；7~3月呈下降趋势，2144 月达到最低，最低值为55.44kWh/m2。水平面太阳能月平均日总能辐射量变化见表2-1和图2-1。表2-1水平面太阳能月平均总辐射量变化表单位/月份123456kWh/m265.1055.4472.5493.60117.80128.70MJ/m2234.36199.58261.14336.96424.08463.32单位/月份789101112kWh/m2162.75142.29115.20100.1387.6080.60MJ/m2585.90512.24414.72360.47315.36290.16总辐射量1221.75kWh/m2　　　　　4398.30MJ/m2　　　　图2-1水平面太阳能月平均总辐射量柱状图144 1.3工程地质本期工程拟建场址地处平原，场地地形平坦，地貌单一。场址所处某市农业科技示范园区域构造稳定性好，附近无活动断裂，无滑坡，泥石流等影响光伏电站安全的不良地质作用。1.4工程任务和规模项目计划装设容量60MW，就地升压至35kV，并入某市220kV变电站。采用晶硅光伏组件与传统农业大棚相结合的方式创造的“光伏农业大棚”，不仅解决了光伏电站用地问题，而且为国家倡导的绿能农业、节能减排提供了一种良好的解决方案。1.5光伏系统总体方案设计及发电量计算本工程总装机容量为60MWp，推荐采用分块发电、集中并网方案。通过技术与经济综合比较，本工程电池组件选用250Wp多晶硅电池组件78624块。通过对逆变器进行技术与经济综合比较，本工程拟选用国内一线品牌的500kW逆变器，共计36台。本工程采用固定安装方式，安装在生态农业大棚棚顶，倾斜角度为20度。蘑菇大棚长90.5m，宽9.52m，前后间距8.8m，每个标准棚棚顶布置250W多晶组件数量546块，组串21块，26路并联，共136.5KW。每8个大棚为一个1MW发电单元，4个大棚安装一台500kWp的逆变器。太阳能电池组件经阳光辐射后形成直流电，电池组件串联后的直流电采用光伏电缆送至汇流箱，电池组串经汇流箱汇流后引至逆变器室。每个144 1MWp发电单元由2台500kW光伏并网逆变器组成，逆变器输出为315V三相交流电，每2台逆变器交流侧经低压电缆接入1台35kV升压变的低压侧，经过升压接至其它升压变的电缆箱。变压器容量按两台逆变器配套为1MVA，就近布置在逆变器旁，每6台变压器汇成一组，通过断路器接至开关站35kV母线，汇流后通过35kV高压电缆接入某市220KV变电站35kV侧并网发电。各子方阵的逆变器室均布置在其子方阵的中间部位，35kV升压变电站与逆变器室相邻布置。根据农业科技示范园所在地年太阳辐射量，通过分析得到本工程的太阳能电池组件在朝向正南20度倾角时，斜面年太阳能辐射量为1574.98kWh/㎡，系统效率为79％时，首年发电量为2408.98万度，具有良好的开发条件和应用价值。1.6电气设计1.6.1电气一次本工程安装36台500kW逆变器，逆变器出口电压为315V。整个60MWp系统由18个1.092MWp光伏并网发电单元组成，每个1.092MWp发电单元由2台500kW光伏并网逆变器组成，逆变器输出315V三相交流电，通过1250A的断路器引至升压变低压母线侧，经升压变升压至35kV后，通过集电线路接至开关站。该接线具有电能损耗少、接线简单、操作方便、任一台箱式变或逆变器故障不会影响其他逆变器的正常运行等优点。逆变器发电机组采用低压电缆接至箱式升压变压器。变压器容量按两台逆变器配套为1MVA，就近布置在逆变器旁，每6台变压器汇成一组，接至开关站母线。1.6.2电气二次农业科技示范园生态农业大棚棚顶60MWp144 光伏并网电站工程开关站按照少人值守的运行方式设计，采用计算机监控的控制方式，实现开关站可靠、合理、完善的控制、监视和测量，并具备遥控、遥调、遥信、遥测等远动功能。二次设备布置采用集中组屏的布置方式，由控制室集中控制。元件保护按照相关规程规范的要求配置。光伏电站拟安装单机容量为1MVA的35kV变压器18台，变压器分为3组，每组经1路35kV集电线路送至开关站35kV母线。集电线路上的光缆需求由电气二次专业考虑。在为保证调度的可靠性，增加1部市话作为调度电话的备用。1.7消防设计本工程消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的设计原则，针对工程的具体情况，积极采用先进的防火技术，做到保障安全，使用方便，经济合理。电站场区内、外交通道净宽均大于4m，都能兼作消防车道，各主要建筑物均有通向外部的安全通道。方阵配电室配置干粉或CO2灭火器。严禁采用明火采暖。各房间采用安全、可靠、绝缘性能好的辐射式电加热器采暖。消防电源采用两路供电，场内重要场所设有通信电话。1.8土建工程该项目规划60MW光伏并网发电系统，共占棚顶面积约13万平方米，在农业科技示范园生态农业园区规划建设大棚棚顶斜面、钢架大棚上建设，本地区抗震设防烈度为7度。每个标准棚棚顶组串21块，13路并联，1MW为一个发电单元，生产、生活电源从外部接入。144 1.9施工组织设计本期工程项目场址位于某市农业科技示范园，场址内地势平坦。大型车辆或机械设备进入场内可由厂区旁已有的公路接入，较为方便。工程所用建筑材料均可通过公路运至施工现场。水泥可从附件购进，通过公路运至施工现场；沙石料可从附近地区购买。1.10工程管理设计建设期间，根据项目目标，以及针对项目的管理内容和管理深度，光伏电站工程将成立项目公司。项目公司建设期计划设置5个部门：计划部、综合管理部、设备管理部、工程管理部、财务审计部，共12人。建设期结束后本项目公司职能转变为项目运营，项目建设人员和新补充人员承担项目运营管理工作，成立电站运营公司。运营公司做好电站运行和日常维护及定期维护工作，大修采用外委方式进行，以减少管理成本，提高经济效益。1.11环境保持和水土保持设计太阳能光伏发电是可再生能源，其生产过程主要是利用太阳能转变为电能的过程，不排放任何有害气体。工程在施工中由于土石方的开挖和施工车辆的行驶，可能在作业面及其附近区域产生粉尘和二次扬尘，造成局部区域的空气污染。可采用洒水等措施，尽量降低空气中颗粒物的浓度。光伏电站场址远离村庄，不存在电站施工噪声及设备运行噪声对附近居民的影响。144 太阳能光伏发电具有较高的自动化运行水平，电场运行和管理人员只有12人，少量的生活污水经处理后自然下渗，对水环境不会产生不利影响。根据本项目新增水土流失的特点，水土流失防治措施主要采用工程措施、植物措施、临时措施、管理措施相结合的综合防治措施。电站25年运行期满后，电池组件由厂家或专业回收处理公司负责回收及再利用。组件支架等材料由物质再生公司进行回收。所有的建（构）物及其基础由专业拆迁公司拆除、清理。本工程建成后对当地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，还可为当地增加新旅游景点，具有明显的社会效益和环境效益。1.12劳动安全与工业卫生设计劳动安全及工业卫生设计遵循国家己经颁布的政策，贯彻落实“安全第一，预防为主”的方针，参照DL5061-1996《水利水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》的要求，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。设计着重反映工程投产后，职工及劳动者的人身安全与卫生方面紧密相关的内容，分析生产过程中的危害因素，提出防范措施和对策。劳动安全设计包括防火防爆、防电气伤害、防机械伤害、防坠落伤害、防洪、防淹等内容。工业卫生设计包括防噪声及防振动、采光与照明、防尘、防污、防腐蚀、防毒、防电磁辐射等内容。144 安全卫生管理包括安全卫生机构设置及人员配备，事故应急救援预案等，在采取了安全防范措施及对生产运行人员的安全教育和培训后，对光伏电站的安全运行提供了良好的生产条件，有助于减少生产人员错误操作而导致安全事故以及由于运行人员处理事故不及时而导致设备损坏和事故的进一步扩大，降低了经济损失，保障了生产的安全运行。1.13节能降耗分析本工程采用绿色能源—太阳能，并在设计中采用先进可行的节电、节水及节约原材料的措施，能源和资源利用合理，设计中严格贯彻节能、环保的指导思想，在技术方案、设备和材料选择、建筑结构等方面，充分考虑了节能的要求。通过贯彻落实各项节能措施，本工程节能指标满足国家有关规定的要求。建成后，预计年平均发电2153.437万kWh，25年总发电量约为53835.92万kWh，所发电力通过逆变、升压后并入某市220kV变电站。25年共节省标煤约172274.96吨,25年减排温室气体CO2约447914.89吨。可见光伏电站建设对于当地的环境保护、减少大气污染具有积极的作用，并有明显的节能、环境和社会效益。可达到充分利用可再生能源、节约不可再生化石资源的目的，将大大减少对环境的污染，同时还可节约大量淡水资源，对改善大气环境有积极的作用。本工程将是一个环保、低耗能、节约型的太阳能光伏发电项目。1.14设计概算工程设计概算结合国家、部门及地区现行的有关规定、定额、费率标准进行编制。材料预算价格按某市2014年市场价格水平确定，并计入材料运杂费及采购保管费等。本期工程总投资的20%使用自有资本金，其余由银行贷款；贷款年利率按现行5年以上贷款利率6.55%144 计算。电站投产前发生的贷款利息全部计入工程建设投资，投产后发生的利息按投产容量转入生产成本。工程静态投资17260.74万元，工程动态总投资17690.40万元，每千瓦静态投资8781.4103元/kWp，每千瓦动态投资9000元/kWp。1.15财务评价与社会效果分析1.15.1财务评价财务评价是在国家现行财税制度和价格体系的基础上，对项目进行财务效益分析，考察项目的盈利能力、清偿能力等财务状况，以判断其在财务上的可行性。财务评价结果表明：含税上网电价为1元／kW·h（含增值税），在此电价下，项目具有一定的盈利能力。根据财务评价指标依据，在既定的电价下，税前项目全部投资财务内部收益率为：9.62%。本工程的评价指标符合国家对太阳能项目的经济效益评价标准1.15.2社会效果分析农业科技示范园生态农业大棚棚顶60MWp光伏并网电站工程的建设与其他化石能源发电方式相比，可使有害物质排放量明显减少，大大减轻了对环境的污染。还可以促进当地能源电力结构调整，及当地经济和旅游业的发展。1.16结论及建议太阳能光伏发电本身没有废气排放、光伏发电本身不需要消耗水资源，也没有污水排放、没有噪声产生。光伏电场的建成不会对周围环境产生负面影响，提供绿色电力的同时又能增添新的旅游景点，而且不产生大气污染，改善当地的生态环境，有利于环境和资源保护。本工程的建设具有良好的社会效益和环境效益。农业科技示范园生144 态农业大棚棚顶光伏并网电站项目是可行的。1.17附表1.17.1光伏发电工程特性表，见表1。表160MW光伏发电工程特性表一、光伏发电工程站址概况项目单位数量备注装机容量MWp19.656　棚顶面积万平方米13　海拔高度m40　经度（北纬）（°′"）36.54°　纬度（东经）（°′"）120.10°　工程代表年太阳总辐射量kWh/㎡1406.3　二、主要气象要素项目单位数量备注多年平均气温℃13.5　多年极端最高气温℃38　多年极端最低气温℃-6.21　多年平均风速m/s5.0　三、主要设备编号名称单位数量备注1光伏组件（型号：JKM-250P）　　　1.1峰值功率Wp250　1.2开路电压UocV37.7V　1.3短路电流IscA8.85A　1.4最大工作电压V30.5　1.5最大工作电流A8.2　1.6峰值功率温度系数％/℃-0.41　1.7开路电压温度系数％/℃-0.31　1.8短路电流温度系数％/℃0.06　1.9外形尺寸mm1650*984*30　1.10重量kg17.5　1.11数量块78624　1.12向日跟踪方式　无　　1.13固定倾角角度（°）20　2逆变器（型号：SG500MX）　　　编号名称单位数量备注2.1输出额定功率kW500　144 2.2最大直流功率kW560　2.3最大交流电流A1008　2.4最高转换效率％98.7　2.5欧洲效率％98.5　2.6输入直流侧电压范围VDC≤1000　2.7最大功率跟踪（MPPT）范围VDC　500～850　2.8最大直流输入电流A1120　2.9交流输出电压范围V250～362　2.10输出频率范围Hz47～52　2.11功率因素　＞0.9超前或滞后　2.12宽/高/深mm1606×2034×860　2.13重量kg1700　2.14工作环境温度范围℃　-30～+55　2.15数量台36　3升压变（型号：37±2×2.5%/0.315-0.315KV）　3.1台数台18　　3.2容量MVA　1　3.3额定电压kV37　四、土建施工编号名称单位数量备注1光伏组件支架钢材量t2136　2土石方开挖m³2440　3土石方回填m³34328　　4基础混凝土m³3143　5钢筋t180　6施工总工期月6　五、概算指标编号名称单位数量备注1静态总投资万元17260.74　2动态投资万元17690.4　3每千瓦静态投资元/kWp8781.41　4每千瓦动态投资元/kWp9000　5设备及安装工程万元13232.64　6建筑工程万元2402.15　7其他费用万元1187.01　8基本预备费万元438.92　9建设期贷款利息万元411.68　六、经济指标编号名称单位数量备注1装机容量MWp19.656　2年平均上网电量万kWh2153.437　144 3上网电价（25年）元/（kWh）1.0含税4项目投资收益率％9.62税前5项目投资收益率％8.28税后6资本金收益率％10.69税后7投资回收期年10.06税后8借款偿还期年11.76　144 第一章太阳能资源2.1太阳能资源概况2.1.1全国太阳能资源概况我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。根据气象部门的调查、测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/㎡，最小值在四川盆地，仅3300MJ/㎡，从大兴安岭南麓向西南穿过河套，向南沿青藏高原东侧直至西藏南部，形成一条等值线。此线以西为太阳能丰富地区，年日照时数≥3000h，这是由于这些地区位处内陆，全年气候干旱、云量稀少所致；此线以东地区（即我国东北、华北、长江中下游地区）以四川最小，由此向南、北增加，广东沿海较大，台湾和海南西部年日照时数可达2400h/a-2600h/a；内蒙古东部、华北较大，至东北北部又趋减小。中国太阳能资源分布如图2-1所示。图2-1中国太阳能资源分布图按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区。144 一类地区：全年日照时数为3200～3300h，年辐射量在6700～8370MJ/m。相当于228～285kgce(标准煤)燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区。二类地区：全年日照时数为3000～3200h，年辐射量在5860～6700MJ/m，相当于200～228kgce燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。三类地区:全年日照时数为2200～3000h，年辐射量在5020～5860MJ/m，相当于171～200kgce燃烧所发出的热量。主要包括某省、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。四类地区:全年日照时数为1400～2200h，年辐射量在4190～5020MJ/m。相当于142～171kgce燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以，属于太阳能资源可利用地区。五类地区:全年日照时数约1000～1400h，年辐射量在3350～4190MJ/m。相当于114～142kgce燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，年辐射总量高于5860MJ/m2，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。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910.7～2,333kWh/㎡年之间。144 2.1.2某省省太阳能概况某省省各地年总太阳总辐射量在4542.61～5527.32MJ／㎡之间，其中成武站年总太阳总辐射量最少，为4542.61MJ／㎡；蓬莱年总太阳总辐射量最多，为5527.32MJ／㎡，两地相差约1000MJ／㎡。某市当地日照充足，年太阳辐射总量为1406.3KWh/㎡（5158.26MJ／㎡），具有良好的开发条件和应用价值。某市位于胶东半岛西部，地处东经119°31′～120°19′，北纬36°28′～37°02′。东以小沽河、大沽河为界，与莱西市和即墨市相邻；西及西南以胶莱河为界，与昌邑市和高密市相望；南与胶州市毗邻；北与莱州市接壤。东西最大横距69公里，南北最大纵距65公里。总面积3166.54平方公里，是某省省面积最大的县级市，某市属暖温带东亚半湿润季风区大陆性气候，境内气候四季分明，春季干旱多风、夏季高温多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥。年平均气温13.5℃，无霜期294天，日照时数约2700小时，年平均降水量692.59毫米。当地日照充足，年太阳辐射总量为1406.3KWh/㎡，具有良好的开发条件和应用价值。2.2区域太阳能资源概况2.2.1代表气象站的选择距离某市农业科技示范园生态农业大棚60MWp光伏并网电站最近的气象站是某市气象站，该气象站属于一般气候站，主要承担本地的常规气象观测，没有太阳辐射实测资料。距离某市农业科技示范园生态农业大棚最近的具有辐射观测站气象站为福山气象站。根据福山气象站1999年-2008年实测的太阳能辐照资料数据，根据一定的统计方法，计算出有效的辐照数据。144 太阳总辐射与日照百分率存在着以下的关系:Q=Q0(a+bS)(1)式中,为Q太阳总辐射,单位MJ；Q0为天文辐射,单位:MJ•m-2；S为日照百分率；a、b为经验系数。天文辐射日总量按下式计算:(2)式中,I0为太阳常数，取8.36J•cm-1分;ω为地球自转角速度7.292×105弧度•秒-1；为日出时角其中t0为日出至正午或正午至日没的时间；为太阳赤纬;为地理纬度；p为以日地平均距平为单位的日地距离。利用式(1)、(2)和某市1999年-2008年太阳辐射资料、每月15日的p值、某市每月15日(16日)的值及各月平均日照百分率资料,分别计算出每月a,b的值(表略),根据计算的a,b值及1999年-2008年各月日照百分率,利用式(1)计算出1999年-2008年各月太阳总辐射资料。农业科技示范园属于某市，距离某市较近，可研采用计算出的太阳能辐射数据。2.2.2主要气象要素情况某市气象站历年累年各气象要素资料的统计成果如下：项目单位指标气温多年平均℃13.5多年冬季平均℃1.67多年夏季平均℃24.33多年极端最高℃34多年极端最低℃-6.21相对湿度多年平均％69.3降水量多年平均mm692.59风速多年平均m/s5.02.2.3气象条件影响分析在设计时需要考虑以下几个气象要素对光伏发电的影响：144 1)气温条件影响分析某市地区多年平均气温为13.5℃，多年平均冬季气温为1.67℃，多年平均夏季气温为24.33℃，多年极端最高气温为34℃，极端最低气温为-6.21℃。本工程选用逆变器的工作环境温度范围为-25-60℃，选用太阳能电池组件的工作温度范围为-40-85℃。正常情况下，太阳能电池组件的板面工作温度比环境温度高30℃左右。因此，按本工程所在地区极端气温数据校核，本工程太阳能电池组件和逆变器的工作温度可控制在允许范围内。故本工程所在地区气温条件对太阳能电池组件及逆变器的运行安全性没有影响。2)风速影响分析根据某市气象局资料，农业科技示范园多年平均风速5m/s，多年平均冬季风速为5.56m/s，2月份最大为5.6m/s，8月份最小为3.9m/s。当风速过高时，生态大棚设计必须考虑风荷载的影响。并以太阳能电池组件的抗风能力在25m/s风速下不损坏为基本原则。3)雷暴的影响应根据太阳能电池组件布置的区域面积及运行要求，合理设计防雷接地系统。4)降雪的影响降雪天气时，太阳辐射量也会相应降低；会直接影响太阳能组件的工作；降雪后由于积雪的覆盖也会导致太阳能电池组件所接受的太阳辐射量降低，对光伏系统的发电量有一定影响。因此，本工程实施时需考虑采取电池组件积雪清除的措施。144 2.3太阳能资源分析某市年平均日照辐射为3.85kWh/m2/日，20度倾斜面上年平均日辐射为4.32kWh/m2/日。各月太阳能资源分析如下：某市地区水平面及各倾斜面上各月太阳辐射量如下表：月份各月水平面上的平均日辐射（kWh/m/日）月平均温度（℃）各月PV阵列20度倾斜面上的平均日辐射(kWh/m/日)一月2.590.363.66二月3.341.884.25三月4.206.494.81四月5.0213.25.25五月5.2218.45.16六月4.9422.74.78七月4.4625.24.37八月4.2625.14.31九月3.9621.44.32十月3.3415.94.05十一月2.608.833.51十二月2.292.763.32日平均数3.8513.54.32某市地区水平面及20度斜面上各月太阳辐射量变化情况：144 2.4太阳能资源综合评价根据一定的统计方法，计算出有效的辐照数据。本工程选取年太阳辐射量为1406.3KWh。通过以上数据可以看出，具有较好的开发利用价值。因此，从太阳能资源利用角度来说，在某市农业科技示范园地区建设太阳能光伏发电项目是可行的。同时，在设计中关于灾害天气（如极端温庋、灰尘、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。144 第一章工程地质3.1概述拟建的光伏电站项目场址位于位于某市农业科技示范园。农业科技示范园在某市南部，位于某市、市、市三市交界，交通便利。本期工程建设规模为60MWp，总占地面积约为550亩。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版），本工程重要性等级为二级，工程场地等级为二级，中等复杂场地，地基的复杂程度为二级，中等复杂地基，综合确定岩土工程勘察等级为乙级，拟建场地土为中硬土，场地类别为Ⅱ类。3.2区域地质及构造稳定性拟建光伏电站项目场址区域地质构造中位于某市农业科技示范园。某市位于沂沭断裂带东侧，胶北台拱西翼，为一古老基底褶皱地块。有元古代前震旦系与中生界白垩系组成基底的古老变质岩层，广泛出露于北部山地、丘陵。基岩主要为花岗片麻岩、大理岩、碎屑岩等。全市可分平北台隆，平南凹陷，平西穹折。大泽山脉是在古老岩系之上，第四系松散沉积层之下，发育着良好的白垩系地层。 全市地形大体北高南低，呈伞形向东南、西南、西北倾斜。北部是大泽山脉，蜿蜒起伏，绵亘数十公里，地面高程均在100米以上，是市内主要河流的发源地。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）光伏发电工程场址50年一遇超越概率10%的地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期为0.25s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度，根据《建筑抗震规范》（GB50011-2010）附录A可知本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。144 本次勘察结果表明，本工程地地层结构简单，无大的断裂构造，场地地基土比较稳定，无不良物理地质现象，适宜进行本工程的建设。3.3场地工程地质条件3.3.1地形地貌地势平坦，地貌单一。3.3.2地层岩性场地土层主要为一套第四系松散沉积层之下，发育着良好的白垩系地层。按岩土物理力学性质的差异，划分为7个工程地质层，各土层的岩性按剖面图序号分述如下：1、耕植土（Qml）:以褐黄色粉土为主，含植物根茎等杂物。层厚0.30～0.50米，平均厚度0.38米，层低埋深0.30～0.50米。2、粉土（Q42al+pl）:褐黄色～浅褐黄色局部微红色、混灰色，稍湿，中密，偶含铁锰氧化物，夹薄层粉质粘土。层厚2.40～3.50米平均厚度3.06米，层底埋深2.80～3.80米。3、粉土（Q42al+pl）:浅褐黄色～褐黄色，局部桔黄色，稍湿，密实，含粉砂，局部夹粉砂薄层，粉砂的矿物成份以石英为主，有少量长石及云母；层厚1.60～2.6米，平均厚度2.11米，层底埋深5.20～6.00米。4、粉土（Q42al+pl）:褐黄混灰色～褐灰色，灰色局部黄灰色，湿，密实，层厚0.60～2.50米，平均厚度1.48米，层底埋深6.40～7.90米。5、粉质粘土（Q42al+pl）：黄褐色～灰褐色局部灰色，可塑～可硬塑，含螺屑，偶含豆状姜石，局部夹薄层粉土。层厚1.90～2.90米，平均厚度2.48米，层底埋深8.90～10.00米。6、粉土（Q42al+pl）：褐黄色～桔黄色，局部黄灰色，灰黄色，湿，密实，偶含氧化铁，局部含细沙或夹粉砂薄层，浅浅褐黄色～褐黄色，144 粉砂、细沙的矿物成份以石英为主，有少量长石及云母，下部局部夹薄层黑色粉质粘土。层厚2.60～3.20米，平均厚度2.87米，层底埋深12.10～12.70米。7、粉土（Q42al+pl）：黄褐色～黄灰色局部灰黄色、褐灰色，可塑，含d=0.1～0.5cm姜石，夹粉质粘土，局部夹薄层黑色粉质粘土。该层未揭穿，最大揭露厚度为9.60米。3.3.3持力层勘探结果表明，场地的地层结构主要由耕植土、粉土、粉质粘土和粉土组成。各主要层土的层面坡度小于10%，应判定为均匀地基。所有建筑物基础均可以2粉土层为持力层。3.3.4地震设防烈度、建筑场地地段及地震液化分析根据《抗震规范》可得出以下结论：由附录A，本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组；由4.1.1条判定，该场地土层均匀稳定，为建筑抗震一般地段；由于地下水位较深，由4.3.3条第3款判定，可不考虑地震液化影响。3.3.5场地土类型及场地类别根据对2"及6"两个孔的剪切波速测试结果，经计算20米以上土层的等效剪切波速为229～232m/s（见表7.1.2.1），为中软场地土，根据《抗震规范》第4.1.1条，该场地为建筑抗震一般地段。表3.1等效剪切波速一览表孔号2"6"Vse229232根据区域资料，该区场地覆盖层厚度大于50米；依据《抗震规范》表4.1.3、4.1.6判定，其场地类别为III类，设计特征周期为0.55s。3.3.6水文地质条件勘探深度内未见地下水，可不考虑地下水对本工程的影响。144 3.3.7场地不良地质现象除地震作用外，场地内未见影响场地稳定性的不良地质作用和对工程不利的埋葬物，场地是稳定的，适宜本工程建设。3.3.8地基均匀性评价场地的地层结构主要由耕植土、粉土、和粉质粘土组成。各主要层土的层面坡度小于10%，应判定为均匀地基。3.3.9岩土物理力学指标的统计计算各土层物理力学指标见土工试验成果表，标贯试验成果表。3.3.10天然土层承载力的综合评定依据土工试验、标准贯入测试成果和岩土物理力学性质指标统计结果，根据《地基规范》、参考《工程地质手册》（第四版）、结合地区经验提出各层土承载力特征值、变形参数的建议值及压缩性评价见表3.2。表3-2各层土承载力特征值及变形参数建议值表3.4结论本期光伏电站项目场地位于某省省某市农业科技示范园境内，地形平坦，地貌单一，无不良地质现象，宜于建设光伏电站。144 第一章工程任务和规模4.1工程任务4.1.1当地经济、电力系统现状及发展规划1、经济现状某市位于胶东半岛西部，地处东经119°31′～120°19′，北纬36°28′～37°02′。东以小沽河、大沽河为界，与莱西市和即墨市相邻；西及西南以胶莱河为界，与昌邑市和高密市相望；南与胶州市毗邻；北与莱州市接壤。东西最大横距69公里，南北最大纵距65公里。总面积3166.54平方公里，是某省省面积最大的县级市。在2010年全国百强县当中排34名。2、电力现状某市供电公司是某省电网大型供电企业，主要担负着某市七区、五（县）市供电任务，供电面积1.06万平方公里，点多、面广、线长，服务客户102万户。公司管辖某市电网35千伏、110千伏、220千伏、500千伏不同电压等级各类变电站119座，各类营业服务窗口146个，变电总容量1500万千伏安，供电线路总长度达3045公里。电网最高负荷历史突破430万千瓦，某市供电公司已发展成为拥有 102 万客户和 1.06 万平方公里供电区域的大型供电企业。某市电网内有 500 千伏变电站 4座，容量375万千伏安；35-220 千伏变电站 128座，容量 1502 万千伏安；35-220 千伏线路 3044千米。2009 年，地区最高用电负荷 424.9万千瓦，售电量 219.89亿千瓦时。某市辖区内有220千伏变电站3座,主变容量75万千伏安，110千伏变电站8座，主变容量67.05万千伏安，35千伏变电站31座,主变容量51.03万千伏安。农业科技示范园供电：拥有22万伏变电站一座，3.5144 万伏变电站四座，综合电价0.70元/kWh。4.1.2太阳能发展规划国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见中指出，把扩大国内市场、提高技术水平、加快产业转型升级作为促进光伏产业持续健康发展的根本出路和基本立足点，建立适应国内市场的光伏产品生产、销售和服务体系，形成有利于产业持续健康发展的法规、政策、标准体系和市场环境。2013—2015年，年均新增光伏发电装机容量1000万千瓦左右，到2015年总装机容量达到3500万千瓦以上。4.1.3光伏大棚符合国家政策，充分利用土地我国的温室大棚面积世界第一，除了中小拱棚等简易设施外，日光温室、塑料大棚的建筑面积高达200多万公顷以上。温室就是充分利用太阳能的节能建筑。温室设计时的屋面倾角充分考虑了太阳入射角，可以最大限度的利用太阳光对温室进行加温，而且还要保证室内作物进行正常的光合作用。太阳光的光热资源在温室的合理利用保证了蔬菜等园艺作物的正常生产，也为北方冬季吃到新鲜的蔬菜作出了巨大贡献。对于光伏产业来说，如果能将这些透光屋面充分利用，不仅可以节约大量的土地资源，还可以利用温室本身作为光伏发电建筑基础。产生的电力资源可以直接提供给温室内的照明灯、补光灯、灌溉设备、植保设备等使用。还可以供给周围居民和农户生产和生活使用。随着农业科技的不断发展，温室大棚的应用也越来越广泛，但大棚的“升温、保温”一直是困扰农户的关键问题。采用晶硅光伏组件与传统农业大棚相结合的方式创造的“光伏农业大棚”，不仅解决了这一问题，而且为国家倡导的绿能农业、节能减排提供了一种良好的解决方案。这种光伏大棚的开发，对于农业结构的调整、升级和“三农”问题的解决有重要作用。144 4.1.4工程主要任务光伏农业大棚项目属于设施农业示范项目。光伏高效种植大棚是利用太阳能光伏发电和农业种植相结合，大棚内部设有加温和散热设备，实现农业种植的绿色、高产、高效。建筑结构为钢结构，建筑抗震设计类别为丙类。屋顶太阳能组件方阵安装采用固定倾角安装形式，由于需要保障屋顶的防水、保温，所以光伏组件采用插入式专用光伏支架与屋面结合，缝隙处以橡胶条、密封胶填补。图4-1蘑菇大棚项目立面示意图本工程建设规模为60MWp光伏电站，由18个1.092MWp光伏并网发电单元组成，每8个蘑菇大棚为1MW单元，其中每个1MW发电单元有2台500kW并网逆变器，逆变器交流侧接入1台升压变。升压变容量按2台逆变器配套为1MVA配置，每6台变压器汇成一组，经35kV集电线路接入35kV开关站，单母汇流后经35kV高压电缆接至就近变电站35kV侧并网发电。系统配置监测系统监控光伏并网电站的运行状况，不间断地监测和记录所有并网逆变器的运行数据和故障数据。144 4.2工程规模4.2.1规模影响因素光伏电站的规模主要考虑所在地区的太阳能资源、电力系统需求情况、项目开发建设条件等因素。1、太阳能资源农业科技示范园属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，气候温和，日照充足、雨量集中、四季分明。其特点是：春季干旱，回暖快；夏季炎热，雨量多；秋季凉爽雨量集中，冬季严寒少雨雪。太阳能资源丰富，是一个较理想的光伏电站场址。2、对外交通条件本工程位于某市农业科技示范园，交通较为便利。3、地质条件根据区域资料，该区场地覆盖层厚度大于50米；依据《抗震规范》表4.1.3、4.1.6判定，其场地类别为III类，设计特征周期为0.55s。本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组；勘探结果表明，场地的地层结构主要由耕植土、粉土、粉质粘土和粉土组成。各主要层土的层面坡度小于10%，应判定为均匀地基。4、场址内及周边环境初选场址所在地地势较为开阔，场地内光照充足，面积可满足本期光伏电站用地要求。经调查，场址内无名胜古迹、文物保护区、自然保护区、军事设施及地下矿藏等，项目建设用地符合国家有关土地利用政策。5、接入系统144 太阳能光伏发电系统并网时除遵循就近并网的原则外，还需根据光伏电站的发电容量及当地电网实际状况选择合适的电压等级，以减少电量损失，提高并网效率。根据现场踏勘情况，距场址最近的有条件接入的变电站为某市220KV变电站，光伏电站出线接入条件较为便利。6、气候影响根据农业科技示范园实际气候条件，本套光伏发电系统中强度计算只考虑固定荷重G，暴风雪的风压荷重W和积雪荷重S的短期复合荷重。农业科技示范园地区最大风速不超过12级。应由于光伏发电系统有一定的倾角对20cm的积雪有自行滑落的能力，所以本处不考虑积雪所产生的荷重。综上所述，从能源资源利用、电力系统供需、项目开发条件等方面综合分析，农业科技示范园60MWp光伏大棚农业并网光伏电站装机规模为60MWp是可行的。该处场址在技术上是可行的，具备建设大型光伏电站的条件。根据当地地理位置及土地资源，综合各方面因素，该项目规划60MW光伏并网发电系统，共占棚顶面积约13万平方米，在农业科技示范园生态农业园区规划建设大棚棚顶斜面、钢架大棚上建设。4.3工程建设必要性4.3.1可再生能源和光伏发电开发的必要性。我国太阳能光伏技术开始于20世纪70年代，开始时主要用于空间技术，而后逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。80年代末我国开始安装地面光伏电站，主要为边远地区居民供电。近二十年来，我国太阳能的开发利用取得了巨大成就，太阳能光伏发电的技术水平与实用化程度有了显著提高，应用范围和规模不断扩大，并网光伏技术也获得了相当大的发展。截至2012年底，全球光伏电站累计装机主要分布在欧洲地区与亚洲地区。其中，欧洲光伏电站累计装机容量近70GW，占全球累计装机容量的144 71.76%，居世界首位；亚洲地区光伏电站累计装机近20GW，占全球累计装机容量的19.67%，居世界第二位；美洲地区光伏电站累计装机占全球的8.33%；中东与非洲光伏电站累计装机占全球的0.25%。我国调整能源结构，降低化石能源比重的大方向早就确立。而光伏发电由于成本、并网等问题，在我国的发展远落后于欧洲国家。截止2012年，中国累计光伏容量仅为8.3GW，占世界总量的8%，跟德国、意大利等国还有较大差距。根据国家能源局指定的光伏十二五发展规划，我国“十二五”期末的光伏装机容量将达35GW，预计2013年中国将新增光伏装机8.5GW左右，增幅将接近70%。2010年，全省建成光伏并网发电装机容量50兆瓦，其中，地面光伏电站装机容量38兆瓦，屋顶光伏电站装机容量10兆瓦，建筑一体化光伏电站装机容量2兆瓦；2011年，全省建成光伏并网发电装机容量80兆瓦，其中，地面光伏电站装机容量60兆瓦，屋顶光伏电站装机容量16兆瓦，建筑一体化光伏电站装机容量4兆瓦；2012年，全省建成光伏并网发电装机容量150兆瓦，其中，地面光伏电站装机容量120兆瓦，屋顶光伏电站装机容量24兆瓦，建筑一体化光伏电站装机容量6兆瓦。综上所述，本项目将是新能源技术展示和应用的重要组成部分，符合我国21世纪可持续发展能源战略规划，也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现，对推进太阳能利用及光伏发电产业的发展进程具有非常大的意义。同时我国制定及出台了多个法律及法规，明确了鼓励各种所有制经济主体参与可再生能源的开发利用。4.3.2项目开发的必要性某省省能源的特点是在一次性能源消费结构中煤炭资源所占比重为70144 ％，原油、天然气和水能所占比例相对较少。在终端能源消费结构中原煤消费所占的比例居高不下。所以要改善某市地区区域环境，建设光伏电站是非常必要的，即可以改善当地电网压力，又可局部改善当地能源结构，减少环境污染。某市属暖温带东亚半湿润季风区大陆性气候，境内气候四季分明，春季干旱多风、夏季高温多雨、秋季秋高气爽、冬季寒冷干燥。年平均气温11.9℃，无霜期195.5天，日照时数约2700小时，年平均降水量680毫米。某市当地日照充足，年太阳辐射总量为1406.3kWh/㎡（5158.26MJ／㎡），具有良好的开发条件和应用价值。从能源合理利用的角度，开发光伏发电项目是必要的，有利于能源的清洁利用。4.3.3工程建设的作用目前，国际上光伏发电已进入加速发展阶段，近两年太阳电池组件的市场销售年增长率高达40％左右，发展势头强劲。发达国家先后宣布的太阳能屋顶计划强有力地支持了光伏产业的发展，预计今后10年内太阳电池将以平均30％的年增长率增长，估计我国也将以此速度增长。本项目在建设期能给当地提供一定数量的就业岗位。与此同时，本项目以及这些企业的发展，又必然给当地政府和社会提供更多的税收来源和财政支持，使得政府和社会能够有更多的可能去关注社会上需要关注的弱势人群，从而减轻了政府和社会的压力，为创造和谐社会做出了自己的贡献。从项目开发建设条件方面分析，项目建设利用农业园区建筑物屋顶、钢架大棚，符合国家有关土地利用政策。根据现场踏勘情况，距场址最近的有条件接入的变电站为某市变电站。光伏电站出线接入电网条件较为便利，具有建设大型电站的良好条件。电站建成投运后，与地方电网联网运行，可有效缓解地方电网的供需矛盾，优化系统电源结构，减轻环保压力，促进地区经济更好地可持续发展。144 综上所述，该项目的建设对新能源开发利用，减小传统能源不足的压力，对环境保护将起到不可小觑的作用，另外新能源的开发还是国家大力鼓励的产业，该项目的建设对当地经济的发展、就业状况都有很大的促进作用。因此该项目的建设是十分必要的。4.3.4工程建设的必要性农业科技示范园生态农业大棚屋顶60MWp光伏并网电站建设可以发挥清洁能源开发优势，整合电网资源使电站效益达到最优。另一方面，光伏电站的建设可以有效为电网提供大量的电力资源。4.4社会稳定性风险分析项目的建设可以增加当地的电力供应，进而可以加大当地的资源开发力度，促进当地的经济发展，增加地方财政收入。1、项目建设地为农田，不存在拆迁和移民安置等问题。2、项目建设可以做为当地的科普教育基地，为当地的群众和青少年提供太阳能科技知识的普及教育，可促进地区文化，教育事业的发展。同时也能为农业科技示范园地区增加新的科技旅游景点。3、当地政府对项目支持力度大，群众对项目接受程度高，互适性好。项目建设可增加就业，带动工业增加值、税收，促进当地经济发展。4、项目的建设和运营期间不会对当地基础设施，社会服务容量和城市化进程等造成不利影响。5、项目在用地规划，建设和运营期会充分考虑当地民族的风俗习惯，生活方式和宗教信仰，不会影响当地社会安定团结。6、项目所在地区社会环境，文化状况能够满足和适应项目建设和发展需要，能够保证项目实施的既定目标。7、并网光伏电站是高科技工程项目，144 与地方电网联网运行，可有效缓解地方电网的供需矛盾，具有显著的节能减排效益。项目在运营期无噪音，无废物排放，是国家支持的环保产业，项目的建设可有效提高当地居民生活质量，促进地区经济更好地可持续发展。144 第一章系统总体方案设计及发电量计算5.1光伏组件选型并网光伏发电主要由太阳能电池阵列、并网逆变器、输配电系统和远程监测系统组成，包括太阳能电池组件、直流电缆及汇流箱、并网逆变器、交流配电、升压设备等，其中，太阳能阵列到并网逆变器的电气部分称为光伏发电系统。5.1.1太阳能光伏发电系统的分类及构成太阳能光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。并网太阳能光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，一般分为集中式和分散式两种，集中式并网电站一般容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级以上，而分散式并网系统一般容量较小，在几千瓦到几十千瓦。本工程属于集中式大型并网光伏电站。并网太阳能光伏发电系统不设蓄电池，减少了蓄电池的投资与损耗，也间接减少了处理废旧蓄电池产生的污染，降低了系统运行成本，提高了系统运行和供电的稳定性，是太阳能发电发展的最合理和最经济的方向。在集中式并网光伏电站中，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）转换成电压较低的三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电，并直接接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。本工程光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、逆变器及升压系统三大部分组成，其中太阳能电池阵列及逆变器组合为发电单元部分。144 5.1.2太阳能电池组件选择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类型。根据电站所在地的太阳能资源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。1、太阳能电池类型的选择商用的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜锢硒电池等。1）单晶硅单晶硅太阳能电池是最早发展起来的，技术也最为成熟，主要用单晶硅片来制造。单晶硅材料的晶体完整，光学、电学和力学性能均匀一致，纯度较高，载流子迁移率高，串联电阻小，与其它太阳能电池相比，性能稳定，光电转换效率高。单晶硅太阳能电池曾长期占领最大的市场份额，现在退居多晶硅电池之后，位于第二，但其现状仍在大规模应用和工业生产中占据主导地位。今后，单晶硅太阳能电池将继续向超薄、高效发展。受到材料价格及相应复杂的电池工艺影响，单晶硅成本居高不下，与此同时在加工过程中伴随着高耗能、高污染的不利影响。2）多晶硅随着铸144 造多晶硅技术的发展和成本优势，多晶硅太阳能电池逐渐抢占了市场份额。从多晶硅电池表面很容易辨认，多晶硅片是由大量不同大小、不同取向的晶粒构成，在这些结晶区域（晶粒）里的光电转换机制完全等同于单晶硅电池。由于硅片由多个不同大小、不同取向的晶粒组成，而在晶粒界面（晶界）光电转换容易受到干扰，因此多晶硅电池的转换效率相对单晶硅略低。同时多晶硅的光学、电学和力学性能的一致性也不如单晶硅。随着技术的发展，多晶硅电池的转换效率也逐渐提高，尤其做成组件后，和单晶硅组件的效率已相差无几。3）非晶硅非晶硅太阳能电池以其工艺简单，成本低廉，便于大规模生产的优势，取得了长足的发展，被称为第二代太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光性好，受温度影响小等优点，但其太阳能电池转换效率较低，而且非晶硅薄膜太阳能电池在长时间的光照下会出现衰减现象，组件的稳定性和可靠性相对晶体硅组件较差。各类型电池主要性能如表5-1所示。表5-1太阳能电池分类汇总表种类电池类型商用效率实验室效率使用寿命优点目前应用范围晶硅电池单晶硅16%～18%23%25年效率高中央发电系统独立电源技术成熟民用消费品市场多晶硅15%～17%20.30%25年效率较高中央发电系统独立电源技术成熟民用消费品市场薄膜电池非晶硅8%～10%13%25年弱光效应好成本相对较低民用消费品市场中央发电系统碲化镉10%～13%15.80%20年弱光效应好成本相对较低民用消费品市场铜铟硒13%～16%15.30%20年弱光效应好成本相对低民用消费品市场少数独立电源144 晶硅类电池分为单晶硅电池和多晶硅电池。两种电池最大的差别是单晶硅电池的光电转化效率略高于多晶硅电池，也就是相同功率的电池组件，单晶硅电池组件的面积略小于多晶硅电池组件的面积。两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，但相同功率的电池组件，单晶硅比多晶硅价格高约10%。因此在工程实际应用过程中，无论单晶硅还是多晶硅电池都可以选用。晶硅类太阳能电池由于产量充足、制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。非晶硅薄膜太阳能电池转化效率相对较低、占地面积较大、稳定性有待进一步提高等缺点，随着技术和市场的发展，由于制造工艺相对简单、成本低、不需高温过程、且在弱光条件下性能好于晶硅类太阳能电池等部分优点，其在兆瓦级太阳能光伏电站的应用中具备一定的竞争力。而蹄化镉、铜锢硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，其规模化生产受到限制；且非晶硅及薄膜电池转换效率较低，相同功率的电站占地面积约为晶体硅的两倍，其转换效率随时间增长，衰减较快。综合各种因素，结合各种太阳能电池组件的优缺点，并经与业主沟通，本工程光伏组件拟选用多晶硅电池。太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，其各项参数指标的优劣直接影响着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为：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。晶硅太阳能电池组件的功率规格较多，从5MWp到300Wp国内均有生产厂商生产，且产品应用也较为广泛。由于本工程多晶硅电池装机容量为60MWp，组件用量大，占地面积广，组件安装量大，所以设计优先选用单位面积功率大的电池组件，以减少占地面积，降低组件安装量。144 通过对国内外太阳能电池组件生产厂商详细调查，晶体硅电池板占主导地位，综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及采购订货时的可选择余地等因素。综合考虑组件的价格和效率，以及业主采购原因，本工程可研设计阶段暂按多晶硅电池组件JKM250P考虑。在工程实施时，应就电池板抵抗恶劣条件的能力对厂家提出具体要求。JKM250P型多晶硅电池组件如下图所示：多晶硅电池组件各项性能指标如下：表5-2组件型号技术参数250W多晶硅光伏组件参数表太阳电池种类多晶硅太阳电池组件型号250W指标单位数据峰值功率Wp250开路电压（Voc）V37.7短路电流（Isc）A8.85工作电压（Vmppt）V30.5工作电流（Imppt）A8.2尺寸mm1650×984×30重量kg17.5峰值功率温度系数%/℃-0.41开路电压温度系数%/℃-0.31144 短路电流温度系数%/℃+0.0610年功率衰减%≤1025年功率衰减%≤205.2光伏阵列运行方式选择5.2.1太阳能电池阵列的安装形式选择在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的安装形式对系统接收到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏供电系统的发电能力。光伏组件的安装方式有固定安装式和自动跟踪式两种型式。自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（东西方位角跟踪和极轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。1、固定式光伏组件的安装，考虑其经济性和安全性，目前技术最为成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装。该方式将太阳能电池方阵按照一个固定的对地角度和固定的方向安装。这种方式具有安装简单，维护量小的优点，但相对于自动跟踪式发电量较低。2、单轴跟踪单轴自动跟踪器用于承载传统平板光伏组件，可很大程度上调高日均发电量。如果单轴的转轴与地面所成角度为0°，则为水平单轴跟踪；如果单轴的转轴与地面成一定倾角，光伏组件的方位角不为0°，则称为极轴单轴跟踪。对于水平单轴跟踪，统理论发电量可提高15%—20%，若采用极轴跟踪方式，系统理论发电量可提高37.5%。但与水平单轴跟踪相比，极轴单轴跟踪的支架成本较高，抗风性相对较差，144 一般单轴跟踪系统多采用水平单轴跟踪的方式。3、双轴跟踪双轴跟踪是方位角和倾角都可以运动的跟踪方式，双轴跟踪系统可以最大限度的提高太阳能电池对太阳光的利用率。双轴跟踪系统在不同的地方、不同的天气条件下，提高太阳能电池发电量的程度也是不同的，在非常多云且很多雾气的地方，采用双轴跟踪可以提高发电量20%-25%，在比较晴朗的地方，采用双轴跟踪系统，可以提高发电量35%-45%。在实际工程运行中，系统工作效率往往小于理论值较大，其原因有很多，例如：太阳能电池板间的相互投射阴影，跟踪支架运行难于同步等。发电系统普遍采用的是非聚焦平板固定倾角阵列发电方式。因增加自动跟踪装置后，将增加占地面积，所以适合于荒漠区大型并网光伏电站和聚焦型光伏电站，而国内的配套政策支持力度不足，大型高压并网光伏电站项目较少，因此国内跟踪装置生产商的研发投入较少，目前还未实现产业化生产，造成跟踪装置价格相对较贵，反过来又制约了跟踪装置在大型高压并网光伏电站上的使用，同时，随着电池组件价格的不断降低，跟踪装置以及高倍聚光技术带来的成本优势正在不断减小，固定平板的布置方式所具有的成本相对较低、后期维护量少的优势逐渐得到体现。自动跟踪系统增加了光伏方阵接受的太阳能辐射量，不同跟踪系统在当地条件对发电量（与固定支架相比）的影响不同。但由于本工程规模较大，若采用自动跟踪系统，跟踪装置复杂，初始成本和维护成本较高，安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益无法抵消安装跟踪装置所需要的综合成本。因此，本工程光伏组件方阵采用固定式安装。144 “光伏农业大棚”是将传统农业大棚棚顶加以适当改造，使之即具备农业使用功效又兼顾光伏发电的条件。这样解决了光伏发电使用土地资源的难题，尤其是在中东部地区光伏发电因土地资源的限制而受制的难题。为光伏发电的普及推广提供了新的可实施方案。光伏阵列表面倾斜度设计从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D式中：Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S——水平面上太阳直接辐射量D——散射辐射量α——中午时分的太阳高度角β——光伏阵列倾角根据当地气象局和福山区气象局的太阳能辐射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量。综合考虑大棚的建造成本和发电收益情况，可得出棚顶光伏电站安装角度为20°时，综合性价比较高。站址所在地的太阳总辐射量折算到倾角20°的太阳辐射量，如表5-3所示，在20°倾斜面上全年总辐射量为1574.98(kWh/㎡.a)。某市农业科技示范园水平及倾斜面上各月太阳辐射量如下表所示：份温度相对湿度水平面太阳能辐射强度20度倾斜面上辐射强度大气压风速地表温度单位°C%kWh/㎡/dkWh/㎡/dkPam/s°C一月0.1663.80%2.5853.661024.40.36二月1.6563.30%2.8794.251024.421.88三月5.8562.50%3.7414.811014.266.49144 四月12.361.50%4.4375.251014.4213.2五月17.466.40%4.7585.161004.0518.4六月21.375.20%4.8414.781003.6622.7七月23.885.30%4.4924.3799.93.3825.2八月23.983.60%4.1074.311003.0825.1九月20.772.50%3.5944.321003.1821.4十月15.365.60%2.9704.051013.5615.9十一月8.5665.60%2.4853.511014.28.83十二月2.6865.40%2.3203.321024.342.76年均12.869.30%3.6014.321013.9113.5通过以上分析数据可以看出场址所在地区太阳能资源丰富，年平均太阳辐射量比较稳定，能够为光伏电站提供充足的光照资源，实现社会、环境和经济效益。5.3逆变器的选择5.3.1逆变器的选型光伏并网逆变器是光伏电站的核心设备之一，其基本功能是将光伏电池组件输出的直流电转换为交流电；此外，其还有自动运行停止功能、最大功率跟踪控制功能、防孤岛运行功能等。光伏并网逆变器可以分为大功率集中型逆变器和小型组串式逆变器两种。小型组串式逆变器又可细分为有隔离变压器和无隔离变压器两种，其中有隔离变压器的效率略低。集中型逆变器的效率要高于小型组串式逆变器，且单位千瓦造价与小型组串式逆变器相比具有明显的优势。但小型组串式逆变器也有其优点：当逆变器发生故障时，对于小型组串式逆变器，只会影响所有连接到该逆变器的容量很少的电池组件的发电量，其余组件不受影响；而对于集中型逆变器，则有较大功率的电池组件的发电量都会受到影响。考虑到本期光伏电站工程总装机容量较大，经综合分析，本期工程拟采用集中型逆变器方式。144 对于逆变器的选型，主要以以下几个指标进行比较：1、逆变器输入直流电压的范围：由于太阳能电池组串的输出电压随日照强度、天气条件及负载影响，其变化范围比较大。就要求逆变器在能够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。2、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。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在90％以上。即使在逆变器额定功率10％的情况下，也要保证90％（大功率逆变器）以上的转换效率。3、逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，就要求逆变器的输出电压波形、幅值及相位等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。所选逆变器应输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。4、最大功率点跟踪：逆变器的输入终端电阻应自适应于光伏发电发电系统的实际运行特性。保证光伏发电系统运行在最大功率点。5、可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点，限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。6、监控和数据采集：逆变器应有通讯接口进行数据采集并发送到远控室，便于整个电站数据处理分析。逆变器主要技术指标还有：额定容量，输出功率因数，额定输入电压、电流，电压调整率，负载调整率，谐波因数，总谐波畸变率，畸变因数，峰值子数等。144 5.3.2逆变器容量的选择本工程光伏发电系统容量为60MWp，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量小的逆变设备，则设备数量较多，会增加投资后期的维护工作量；在投资相同的条件下，应尽量选用容量大的逆变设备，可在一定程度上降低投资，并提高系统可靠性；但若逆变器容量过大，则在一台逆变器故障时，发电系统损失发电量过大。因此，本工程选用容量为500kW的逆变器。参考合肥阳光的500kW逆变器和SMA的500kW逆变器，两者的电气参数基本接近，而且初选的单片250Wp的多晶硅电池组件也均能与这两种逆变器良好匹配。因此本工程选用国内一线品牌500kW逆变器，各项参考性能指标，见表5.3。表5.3逆变器主要技术参数表指标规格参数输出额定功率500kW最大直流功率560kW最大交流电流1008A最高转换效率98.7%欧洲效率98.5%最大直流电压1000Vdc最大功率跟踪(MPP)范围500Vdc-850Vdc最大直流输入电流1120A交流输出电压315V输出频率范围47Hz-52Hz要求的电网形式IT系统待机功耗／夜间功耗<100W输出电流总谐波畸变率<3%（额定功率时）自动投运条件直流输入及电网满足要求时，逆变器将自动运行144 断电后自动重启时间5min(时间可调)隔离变压器（有／无）无接地点故障检测（有／无）有过载保护（有／无）有反极性保护（有／无）有过电压保护（有／无）有其它保护短路保护,孤岛效应保护、过热保护、过载保护等工作环境温度范围-30℃～+55℃相对湿度0～95%，无冷凝满功率运行的最高海拔高度<6000m(超过3000m需降额使用)防护类型／防护等级IP21（室内）散热方式风冷重量1700kgSG500MX逆变器主电路结构如图5.3所示，并网逆变器通过三相桥式变换器，将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压，通过滤波器滤波变成正弦波交流电，接着通过外置的双分裂三相变压器隔离升压（根据接入电网的要求，变压器另配）后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法。图5-3SG500MX逆变器主电路结构5.4光伏方阵设计144 合理的电池阵列设计及电气主接线对于提高太阳能光伏系统发电效率，减少运行损耗，降低光伏并网电站运营费用以及缩短电站建设周期和经济成本的回收期具有重要的意义，合理的电气主接线可以简化保护配置、减少线路损耗、提高运行可靠性。5.4.1并网光伏发电系统分层结构1、太阳能电池组串由几个到几十个数量不等的太阳能电池组件串联起来，其输出电压在逆变器允许工作电压范围之内的太阳能电池组件串联的最小单元称为太阳电池组串。2、太阳能电池组串单元布置在一个固定支架上的所有太阳能电池组串形成一个太阳能电池组串单元。3、阵列逆变器组由若干个太阳能电池组串单元与一台并网逆变器联合构成一个阵列逆变器组。4、太阳能电池子方阵由一个或若干个阵列逆变器组组合形成一个太阳能电池子方阵。5、太阳能电池阵列由一个或若干个太阳能电池子方阵组合形成一个太阳能电池阵列。5.4.2系统方案概述本项目利用农业科技示范园已有蘑菇大棚棚顶安装太阳能发电设施，设计总装机容量为60MWp。蘑菇大棚长90.5m，宽9.52m，前后间距8.8m，每个标准棚棚顶布置250W多晶组件数量546块，组串21块，26路并联，共136.5KW。每8个大棚为一个1MW发电单元，4个大棚安装一台500kWp的逆变器。太阳能发电设施由升压变升压至35kV，经集电线路汇集后送入开关站，然后经35kV高压电缆并入某市220kV变电站，农业生态园规划总面积550144 亩。本工程总装机容量为60MWp，推荐采用分块发电、集中并网方案。电池组件采用250Wp多晶硅电池组件，固定阵列采用倾角为20°固定安装在生态农业大棚棚顶。5.5光伏子方阵设计5.5.1太阳能电池阵列子方阵设计的原则1、太阳能电池组件串联形成的组串，其输出电压的变化范围必须在逆变器正常工作的允许输入电压范围内。2、每个逆变器直流输入侧连接的太阳能电池组件的总功率应大于该逆变器的额定输入功率，且不应超过逆变器的最大允许输入功率。3、太阳能电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压。4、各太阳能电池板至逆变器的直流部分电缆通路应尽可能短，以减少直流损耗。5.5.2太阳能电池组件的串、并联设计太阳能电池组件串联的数量由逆变器的最高输入电压和最低工作电压、以及太阳能电池组件允许的最大系统电压所确定。太阳能电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。本工程所选500kW逆变器的最高允许输入电压Vdcmax为1000V，启动电压Vdcmin为520V，输入电压MPPT工作范围为500～850V。250Wp多晶硅太阳能电池组件的开路电压Voc为37.7V，最佳工作点电压Vmp为30.5V，开路电压温度系数为-0.31%/℃。组件及线路损耗、尘埃遮挡等电压损失为6％。电池组件串联数量计算144 计算公式：INT(Vdcmin/Vmp)×94％