敦煌8MWP光伏发电站设计方案.ppt

'甘肃敦煌8MWp大型并网光伏发电系统技术方案设计报告2004年9月•北京• 目录一.总体技术方案二.系统构成三.主要设备及其主要技术要求四.发电量预测五.技术设计实例六.技术方案设计与选择要点 总体技术方案“集中安装建设,多支路上网”●在电气线路上,分为8个独立的1MWp分系统,分别发电上网;●1MWp分系统包括5个200kWp的发电单元、一台1000kVA变压器;●每个发电单元由200kWp组件、200kVA并网逆变器组成,输出0.4kV三相交流电.特点:●每个200kWp的发电单元即是一个低压并网光伏发电系统*直接并网给用户供电,*经变压器升压后并入高压电网●8个独立的1MWp并网光伏分系统之间没有任何电气联系.*可分别实施工程建设及运行与维护管理;*局部故障检修时不影响整个系统的运行.●可灵活地以各种“交钥匙工程”方式进行项目建设:*整体承包、分系统承包、单个发电单元分包等.●便于进行各种不同元器件设备、不同技术设计的技术经济性能评估.*国产设备和进口设备;*晶体硅、非晶硅、及其他组件;*不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等) 图1.单个发电单元原理框图图21MWp并网光伏发电分系统原理框图 图38MWp并网光伏发电系统原理总框图 二.系统构成●光伏阵列:包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等)、接线箱、电缆电线等;●直流-交流逆变设备:包括直流屏、配电柜、并网逆变器等;●升压并网设施:包括升压变压器、户外真空断路器、高压避雷器等;●控制检测系统:包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设备等;●附属设施:防雷及接地装置、清洁设备、厂房及办公室、围栏、通道及道路等. 三.主要设备及其主要技术要求█太阳电池组件:◆总容量8MWp.优选晶体硅组件.适量试用其他组件.█支承结构:◆足够的强度;防腐蚀.█并网逆变器:◆有最大功率跟踪(MPPT)功能;效率＞93％.█升压变压器:█控制检测及远程信息交换:◆采集并记录运行数据，如气象资料、电性能参数、设备工作状态等;◆执行相关的控制操作,如切合逆变器的输出、太阳电池方阵的输出,◆有自动跟踪时太阳电池方阵的跟踪控制等;◆系统故障的自动保护功能,记录并保存故障信息,发送报警信号;◆遥控、遥测等远程信息交换功能.█机房与办公室:█防雷及接地保护:◆符合国家标准规定的技术要求;◆直流侧与交流侧都需有接地保护;◆有足够的防雷保护范围,并且不得遮挡光电场的太阳辐射.█场地道路:█防护围栏:◆足够的高度和强度以满足防护要求;◆距光伏方阵有一定的距离以免遮挡光电场的太阳辐射. 四.发电量预测1.气象资料表2.敦煌地区太阳辐射数据表 2.倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量:从气象站得到的资料,一般为水平面上的太阳辐射量,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统发电量的计算.计算日辐射量的公式:Rβ=S×[sin(α-β)/sinα]+D式中;Rβ—倾斜方阵面上的太阳总辐射量D—散射辐射量,假定D与斜面倾角无关;S—水平面上的太阳直接辐射量β—方阵倾角α—中午时分的太阳高度角.对于北半球地理纬度=Φ的地区,α与太阳赤纬角δ的关系如下:α=900-φ+δ其中,δ=23.45*sin[360*(284+N)/365](度),N为一年中某日的日期序号，如1月1日的N=1,2月1日的N=32,12月31日的N=365等。 表3.敦煌地区不同角度倾斜面的太阳辐射量表(kWh/m2)(纬度=40.6°)从表中可以看出:+倾角等于38°时,全年所接收到的太阳辐射能最大,比水平面的数值高约18.7%.++倾角在36~42°之间(即β=0.9~1.05Φ)时,全年太阳辐射量差别不大.+++即使倾角在30°~50°之间改变,对倾斜面太阳辐射量的影响也不超过1.5%. 表4.敦煌地区各月最佳倾角的角度及对应太阳辐射量表(kWh/m2)每月改变一次角度,使斜面处于最佳倾角位置,全年所接收到的太阳能比固定倾角为38°安装的倾斜面所接收到的太阳能大约高3%. 3.并网光伏系统的效率分析1).光伏阵列效率η1:◆光伏阵列在1000W/㎡太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比.光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括:▂组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统,约有4%的损失;▃太阳辐射损失:包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值5%;▅偏离最大功率点损失:如温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等.取值4%;█直流线路损失:按有关标准规定,应小于3%.得:η1=96%×95%×96%×97%=85%2).逆变器的转换效率η2:◆逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比.对于大型并网逆变器,可取η1=95%.3).交流并网效率η3:◆从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中最主要的是变压器的效率.可取η3=5%.●系统的总效率等于上述各部分效率的乘积:η=η1×η2×η3=85%×95%×95%=77% 4.敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算:●依据:◆敦煌地区太阳辐射量◆系统组件总功率8MWp◆系统效率77%●光伏阵列倾角等于40°,固定式安装:◆年发电量约1,392万千瓦小时;◆25年的总发电量约为3.2亿千瓦小时,年平均发电1,280万千瓦小时(按25年输出衰减15%计算).●每月调节一次倾角的情况下,全年总发电量比40°固定倾角时增加3%.●有关资料表明:◆单轴跟踪阵列比固定倾角安装的年发电量增加约20%,◆双轴跟踪比固定倾角安装年发电量增加30%以上. 表5-1.敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算表(单位:万kWh)说明:1.此表根据敦煌地区的气象资料,按系统效率77%计算.2.根据有关资料,单轴跟踪比固定倾角增加约20%,双轴跟踪比固定倾角增加30%以上. 表5-2.敦煌太阳辐射及8MWp并网光伏系统发电量测算表(单位:万kWh)敦煌太阳辐射量及8MWp并网光伏系统发电量与月份关系曲线 五.技术设计实例完整的系统设计方案应包括:系统配置图、太阳能电池方阵的设计、逆变器的设计、输变电设计、防雷接地设计、土建设计（机房、变电站面积和布局、场内道路、光伏组件基础、防雷接地基础、围栏、接线）等。本案例仅做初步的电气设计及系统规模和主要技术参数.1.主要设备选项1).太阳电池组件:国产160Wp多晶硅太阳电池组件.2).并网逆变器:性能可靠、效率高、可进行多机并联的进口产品，额定容量为200kW.3).交流升压变压器:国产(0.4)KV/(35-38.5)KV电力变压器,容量1000KVA.4).避雷装置:装设避雷设施防直接雷击,并需有良好的接地. 表6.太阳电池组件性能参数表表7.并网逆变器性能参数表 2.太阳能电池方阵设计1).200kWp发电单元的光伏方阵设计:●18块组件串联得到逆变器所要求的电压验算:▲最高输出电压=792V;▲最大功率点电压=640.8V;▲组件结温比标准状态升高70℃时,最大功率点电压=461V.逆变器输入电压(450-800V),最大输入电压(880V),满足逆变器使用要求。●70路并联组成200kWp发电单元▲单个发电单元的容量为：70×18×160Wp=201,600Wp=201.6kWp2)40个发电单元组成8MWp并网系统▲系统总容量:P=40×201.6=8,064kWp▲需用160Wp太阳能电池组件总数量:M=40×70×18＝50,400（块） 3).太阳能电池方阵支承结构设计★安装方式设计:固定式.结构简单,安全可靠,安装调试及管理维护都很方便.★固定式支架倾角设计:根据年发电量计算结果,倾角定为40°。★方阵支架方位角的设计:一般情况下,太阳能电池方阵应面向正南安装.★太阳能电池阵列间距的设计计算:光伏方阵阵列间距应不小于D.计算公式：计算得:D=6087mm.取间距为6.5米。(纬度Φ=40.6°,倾角=400)支架间距计算图 4).光电场太阳能电池阵列布置★组件排列:纵向两排,2×18=36块组件.平面尺寸14.5米×3.2米.单支架方阵面组件排列图★200kWp发电单元:由70路串联组件并联组成,安装在35个支架上.★1MWp的分系统:5个200kWp发电单元,占地面积=(72.5米×320米).★8MWp并网系统:5×1MWp子阵列组成,子阵列之间有通道.总占地面积=(558米×552米)=308,016平方米 200kWp发电单元的光伏阵列布置图(左)1MWp分系统的光伏阵列排布图(下) 8MWp并网光伏系统光电场平面布置全图说明:光电场占地总面积:558×552=308,016㎡房屋建筑总占地面积:3,000㎡.图中:1-南大门2-机房控制室及办公室3-升压变电站4-东大门 3.避雷、防雷及接地保护的设计1).场地防雷◆目的:使光电场及附属设施免遭直接雷击.◆方式:避雷针避雷带.▼避雷针:★30米高的避雷针,被保护物高度5米:◢单支避雷针保护半径为＝35米◢两支避雷针的保护间距＝175（米）★大面积防护,须采用网点结构,布建多座避雷塔,会遮挡太阳辐射.▲:显然,光伏阵列的防雷不宜用避雷针方式.▼避雷带:★将金属导体沿被保护物顶部轮廓敷设,并保持适当距离,消引雷电荷、避免直接雷击.★阵列支架本身就是金属导体,只要将支架良好接地,即可达到防雷效果.2).电网线路防雷●直流侧的防雷:逆变器内部有防雷系统;●交流侧的防雷:使用符合国家标准的避雷器。3).系统接地保护设计：●雷电保护系统的接地电阻应符合DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的要求;(一般不应大于10Ω，在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30Ω).●线路接地系统应符合DL/T621-1997《交流电气装置的接地》以及DL499-92《农村低压电力技术规程》的技术要求(一般不应大于4Ω);●干旱戈壁滩的土层电阻率高，应设置多个接地坑，放入长效降阻剂，埋设水平接地网以降低接地电阻。 4．土建设计●光电场的规划设计◥用地面积：558×552=308,016平方米.其中,光伏阵列占地约21.3万平方米;◥围栏：围栏总长度（光电场+变电站）＝2,220米◥光电场平面布置总图:●房屋建筑总占地面积=3,000平方米.各部分的占地面积:◥机房、控制室:100m×20m=2,000平方米;◥工作间、库房:30m×20m=600平方米;◥办公室及会议室:20m×20m=400平方米.◥升压变电站,占地面积=900平方米.●围栏:总长度2,220米,高度2.5米◥采用透光的高速公路用铁丝网围栏，,距光伏阵列应有20-30米的距离,以免遮挡太阳辐射.●方阵基础设计:◥混凝土现场浇铸.◥在浇铸过程中预埋上端有螺纹的钢筋.◥应符合GB50202-2002的要求。◥每个方阵支架基础体积为0.12立方米. 5.系统概貌及主要参数1).太阳电池组件:国产160Wp多晶硅组件,总容量8.064MWp,总计50,400块组件.组件总重量756吨.2).并网逆变器:进口产品,额定容量200kW.总计40台,总容量8,000kkW.总重量约56吨.3).交流升压变压器:国产0.4kV/35kV电力变压器,额定容量1000kVA.8台并联上网,总容量8,000kVA.4).光伏阵列:固定式面向正南安装,倾角40°.总计40个200kWp的发电单元.5).组件支架:200kWp发电单元的组件安装在35个支架上.总计1,400个支架.支架钢材总重约840吨.6).支架基础:每个支架用12个混凝土基础上,总共16,800个基础.浇铸基础约需5,000吨水泥沙石.7).系统总占地面积:约30万平方米.其中光伏阵列约占21万平方米.8).系统年总发电量:约1,300万kWh,平均每天发电3.6万kWh 6.敦煌8MWP并网光伏发电系统投资概算●敦煌8MWp并网光伏发电系统初期总投资约为32,247万元(见表8).●其中的设备成本及建设费用约为30,012万元(见表9).表8.敦煌8MWP并网光伏发电系统投资概算表 表9.敦煌8MWP并网光伏发电系统投资概算分类明细表. 表10.敦煌5MWP并网光伏发电系统投资概算分类明细表(续). 六.技术方案设计与选择要点1.指导思想:●实用性、示范性、实验性●开放式、积木式、多元化◆标称容量;8MWp,适当增减;◆地点:首选敦煌,渐及沿丝绸之路之大漠其他地域;◆多样化方式融资;◆多元化技术方案及设备.2.敦煌8MWp系统技术方案设计原则:集中安装建设,多支路上网●独立分系统:在电气线路上分为若干个独立的分系统,分别发电上网.●低压发电单元:每个分系统由若干发电单元组成,输出0.4kV三相交流电.●太阳电池组件:以晶体硅组件为主,少量选用其他成熟组件.●安装方式:以固定式安装为主,少量采用跟踪方式安装.●并网逆变器:以进口设备为主,适当选用国产研制设备.●升压输变电设施:全部用国产设备.●检测控制系统:性能可靠,自动化程度高,采集的数据资料准确齐全.●厂区自用电:配备少量蓄电池,按不间断电源设计,容量约200kWh.3.系统初设概貌●太阳电池组件标称总容量8MWp.●光伏阵列为固定式安装,倾角36-42°.●系统总占地面积约30万平方米.●系统年平均发电量1,280万kWh,平均每天3.5万kWh●按25年输出衰减15%计算,8MWp系统25年的总发电量约为3.2亿千瓦时'