淺析並網或光伏發電技術在地下汙水廠的應用

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定 201800

摘要：結合工程案例，討論了在地下汙水處理廠工程設計中，依據規劃，建築、景觀設計，建設並網光伏發電係統，用於(yu) 地下汙水處理廠照明及通風等係統供電的可行性。從(cong) 係統的設計、計算、成本等方麵介紹了並網光伏發電技術在該項目中的應用，並對係統在類似項目中應用存在的問題進行了分析。

關(guan) 鍵詞：並網光伏發電係統；地下汙水處理廠；效益分析

引言

      汙水處理作為(wei) 能耗型行業(ye) ，電能消耗是主要的能源消耗，其成本占其總成本的40％以上。據相關(guan) 數據統計，我國城鎮汙水處理年電耗已突破100億(yi) kW·h，其能耗量約占到社會(hui) 總能耗量的2％。隨著城鎮化建設步伐的加快，新增的汙水量需要新建或改擴建汙水處理廠，同時規劃等部門對汙水處理廠工程節約土地資源提出了更高的要求。在“生態治汙”理念的指導下，在土地資源相對緊缺的城鎮地區發展地下汙水處理廠，成為(wei) 城鎮新建汙水處理設施發展的目標。但是地下汙水處理廠對通風、照明等要求較高，照明及通風設備折算到單位處理水量的能耗較高。經實際工程測算，此部分能耗約占到地下汙水處理廠總電耗的7％一10％，且該部分負荷在地下汙水處理廠中需要係數遠高於(yu) 常規汙水處理廠。所以在地下汙水處理廠的工程設計中，如何降低地下式汙水處理廠相對常規汙水處理廠額外增加的運營成本，成為(wei) 工程設計中一個(ge) 須考慮的課題。

在方案設計階段，經過多方案對比(光伏發電、光導照明等)，在本項目中，擬結合地上建(構)築物及景觀設計，設置光伏方陣，建設光伏係統，實現光伏係統與(yu) 汙水廠地上建(構)築物及景觀的有機結合，為(wei) 地下空間照明、通風等設備補充電源，有效利用汙水處理廠地上空間，降低本項目的運營成本。

一、並網光伏發電係統設計

1工程概況

      本工程根據規劃批複采用地下式汙水處理廠建設方案，近期規模7．5萬(wan) m³／d，遠期規模15萬(wan) m³／d，工程占地約68．8畝(mu) 。規劃對本項目地上景觀的要求較高，但實際可利用的地上空間有限。項目地上景觀效果如圖1所示。

結合總圖布置及景觀要求，確定利用地上綜合樓屋頂進行光伏發電係統綜合設計，光伏組件按照20串、4並連接方式進行方陣布局安裝。方陣結合總圖布置及景觀要求，確定利用地上綜合樓屋頂進行光伏發電係統綜合設計，光伏組件按照20串、4並連接方式進行方陣布局安裝。方陣由架台固定安裝後，平鋪固定在南向屋頂上。方陣的方位角為(wei) 0°(朝向正南)，傾(qing) 斜角為(wei) 20°，其東(dong) 西長度為(wei) 33．19m，南北寬度為(wei) 3．76m，總建築麵積約為(wei) 125㎡。

2光伏發電係統設計計算

（1）負荷要求：

      經計算，本工程地下箱體(ti) 部分照明負荷約48kW，通風負荷約133kW。根據光伏方陣可實施的麵積情況，確定地下箱體(ti) 照明負荷為(wei) 光伏發電係統的負載。

（2）氣象地理數據：

      由國家氣象局查找本次項目所在地區的多年氣象數據，如表1所示。

（3）係統設計係數：

      根據以上氣象數據並結合現場的其他各種情況，設計的係統參數如下文所示。

①有關(guan) 光伏電池設計方麵的設計係數

1)光伏方陣組合損耗係數

      光伏方陣組合損耗係數是組件在組合成方陣的過程中由於(yu) 組件失配而引起的損耗。在進行組件配置時，要求電壓失配控製值為(wei) ±2％，電流失配控製值為(wei) 4-1％，功率失配控製值為(wei) 4-1％。

2)環境係數

      工程中並網型發電係統進行優(you) 化安裝，使係統的環境適應達到好效果，環境係數取100％。

3)衰減係數

      隨著使用時間的推移，光伏電池組件在紫外線照射引起物理反應，發電量會(hui) 有所衰減。選用的組件10年實際衰減率≤10％。

②有關(guan) 係統運行和安全方麵的設計係數

1)係統供電可用率99．99％以上。

2)平均時間MTBF>100000h。

3)光伏電池支架風力係數30m／s。

4)電壓電流回路安全係數≥1．5。

5)設備容量安全係數低值為(wei) 120％。

③係統發電量統計

係統發電量統計如表2所示。

3並網係統設計

      本工程中，有公共電網的正常情況下，在晴朗的白天由光伏方陣產(chan) 生電能，然後經過並網發電用功率調節器控製，輸出給光伏能係統與(yu) 電網並網點的用電負荷——汙水廠地下空間照明。本工程中因地下空間照明負荷消耗的功率一般情況下大於(yu) 電池方陣的發電功率，所以此時照明設備所消耗的功率雖然由電池方陣和電網同時提供，但優(you) 先使用光伏電池方陣所產(chan) 生的電能。在特殊情況下，如汙水處理廠地下空間照明采用特殊場景組合方式，在某些特定場景下，光伏電池方陣的發電功率大於(yu) 照明設備消耗功率，則將剩餘(yu) 電量上送到公共電網，然後通過電網給電網上的其他用電負荷設備供電。

地下汙水處理廠按照二級負荷設計，且對包括地下空間照明負荷在內(nei) 的重要負荷已考慮備用電源，因此本工程的太陽能係統一般不會(hui) 出現“孤島效應”。但為(wei) 預防意外，采用過／欠壓、過／欠頻保護方案：如果並網逆變器輸出功率(有功功率、無功功率)與(yu) 負載需求功率不匹配，電壓或頻率將產(chan) 生偏移，一旦超出正常範圍，此時可以利用係統軟硬件所規定的電網電壓的過(欠)電壓保護設置點及過(欠)頻率保護設置點來進行檢測，將逆變器並網開關(guan) 跳閘，逆變器就將停止運行，從(cong) 而防止孤島的產(chan) 生。

4計算機數據采集裝置

為(wei) 直觀地展示光伏發電係統的運行，凸顯清潔能源的有效利用，項目設計了光伏發電係統的計算機數據采集裝置。裝置通過RS485接口連接功率調節器，並將所采集的數據進行相應的處理，形成圖形顯示界麵和數據表格形式，並計算統計每天、每月、每年的各種參數數據的分項數據和匯總數據，形成數據曲線圖表的形式進行存儲(chu) 。

5效益分析

（1）社會(hui) 效益

本項目並網光伏發電係統每年的發電量約15×103kW．h，相當於(yu) 每年可節約標準煤5．4t，減少CO2的排放量約為(wei) 12．2t，SO2的排放量約為(wei) 0．135t，減少氮氧化物的排放量約為(wei) 0．066t。

（2）經濟效益

本工程光伏發電係統每日的工作時間在白天高峰時段，按照項目地區平均電費1．1元／kWh，在不考慮電價(jia) 上漲、國家及地方補貼的情況下，測算本項目的年節約電費約16．5萬(wan) 元，靜態投資回收期約3年。

二、安科瑞分布式光伏監控係統

1概述

      AcrelCloud-1200分布式光伏運維雲(yun) 平台通過監測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監測，逆變器監測，發電統計，逆變器一次圖，操作日誌，告警信息，環境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平台，及時掌握光伏發電效率和發電收益。

2應用場所

      目前我國的兩(liang) 種分布式應用場景分別是：廣大農(nong) 村屋頂的戶用光伏和工商業(ye) 企業(ye) 屋頂光伏，這兩(liang) 類分布式光伏電站今年都發展迅速。

3係統結構

      在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀(yi) 表，通過網關(guan) 將采集的數據上傳(chuan) 至服務器，並將數據進行集中存儲(chu) 管理。用戶可以通過PC訪問平台，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平台整體(ti) 結構如圖所示。

4係統功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維雲(yun) 平台軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限範圍監視分布在區域內(nei) 各建築的光伏電站的運行狀態（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否並網、當前發電量、總發電量等信息）。

（1）光伏發電綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。

●累計日、月、年發電量及發電收益。

●累計社會(hui) 效益。

●柱狀圖展示月發電量

（2）電站狀態

●電站狀態展示當前光伏電站發電功率，補貼電價(jia) ，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

●攝像頭實時監測現場環境，並且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

（3）逆變器狀態

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發電量及發電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

●直流側(ce) 電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

（4）電站發電統計

●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

（5）逆變器發電統計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

（6）配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(ce) 的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

（7）逆變器曲線分析

●展示交、直流側(ce) 電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

（8）事件記錄

●操作日誌：用戶登錄情況查詢。

●短信日誌：查詢短信推送時間、內(nei) 容、發送結果、回複等。

●平台運行日誌：查看儀(yi) 表、網關(guan) 離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nei) 容，發生時間以及確認狀態。

（9）運行環境

●視頻監控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監視光伏站運行情況。對於(yu) 有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及雲(yun) 台控製功能。

三、結語

      地下汙水處理廠相對常規汙水處理廠雖然增加了地下空間照明及通風負荷，單采用光伏發電技術作為(wei) 補充電源是可行的。且因為(wei) 在地下汙水處理廠中這部分負荷是常用負荷，光伏發電係統產(chan) 生的電能可以即發即用，無需考慮儲(chu) 能裝置，簡化了係統配置，避免了廢舊蓄電池的回收及汙染問題。

地下汙水處理廠受項目總體(ti) 規劃、地上建築、景觀設計等限製，大規模利用地上空間建設光伏方陣較為(wei) 困難，需在確定負荷需求後，結合光伏發電係統的容量，合理設計配電及並網係統。如果要在地下汙水處理廠實現建築光伏一體(ti) 化，要在項目前期報規階段提前介入，結合地上建築功能及建築、結構等專(zhuan) 業(ye) ，確定光伏發電係統的參數。

近年來隨著光伏發電技術的成熟、成本的降低，光伏發電係統在汙水處理廠中的應用逐漸增加，大規模應用的成功案例也時有報道，但是在地下汙水處理廠建設中，較大規模光伏發電係統的案例較少，筆者認為(wei) ，主要是受地下汙水處理廠的規劃、總平、景觀、可有效利用空間等條件限製。要在地下汙水處理廠實現可再生能源的有效利用，在實現汙水處理的同時，有效地降低地下汙水處理廠相對常規汙水處理廠增加的電能消耗和運營成本，需要行業(ye) 設計師從(cong) 多角度去進行研究、分析與(yu) 設計。本文結合工程實例進行的分析僅(jin) 做拋磚引玉，不妥之處還望指正。

參考文獻

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作者簡介

簡婷，女，現任職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究智能配電在水利行業(ye) 的應用