14MW分布式光伏并网发电系统设计探讨

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论文字数:38244 论文编号:sb2022042411471346470 日期:2022-05-11 来源:硕博论文网

本文是一篇电气自动化论文,本文中对于光伏组件相关概念及其特点作了简要的介绍,从选址、接入方式、组件选择、设备布置、电气接线及电气设备的选择、系统通信等几个方面对该项目开展可行性分析,解决实际问题。
1 绪论
1.1 概述
伴随人类社会文明的发展,工业文明的演进,人类对电力的需求快速增长,整个 20 世纪,煤炭、石油等化石能源是人类赖以发展的主要能源来源,其中煤炭是发电的主要能源来源。大量的开发利用化石能源,致使温室气体的大量排放,其造成的环境与发展的矛盾问题越来越突出。如此看来减少使用化石能源、大力开发光伏等新能源发电,在当今社会,显得越来越迫切。
美国的贝尔实验室在 20 世纪 50 年代,首次研究并取得了具有 6%的转换效率实用性硅电池的成果,该成果是具有革命性的,在当时,这预示着光伏发电即将成为一种新型的能源利用形式。半个多世纪以来,光伏发电技术在全球各国科研和产业人员的共同努力下日渐成熟,应用范围从最初的宇航空间等领域逐步扩展到民用规模发电领域。基于应对化石能源危机、全球气候变化和环境保护等需要,实现能源清洁转型和低碳发展逐渐成为全球大多数国家的普遍共识。进入新世纪以来,以欧美为首的各国政府大力开展光伏发电产业政策扶持,同时以中国为主的光伏装备制造产业链实现快速增长,联合共同实现了全球清洁能源发电的快速发展。截至 2019 年底,全球发电行业中,光伏总装机容量共计 5.8 亿千瓦,是我国南方电网五个省总电力装机容量的 1.5 倍。
1.1.1 研究目标
进入本世纪后,不可再生资源资源尤其是化石能源,逐步开采利用消耗殆尽,部分地区面临化石能源消耗枯竭,特别是全球受到新冠肺炎疫情的影响,各个国家普遍产生了能源短缺的现象,人类社会在将来也无法避免的面临能源越来越短缺的局面,同时大量的消耗化石能源,带来了生态环境的严重污染,近期世界各地频繁出现的极端天气就是最好的证明。在世界范围内,围绕争夺能源的战争从未停止,加大清洁能源开发力度,降低对传统化石的依赖程度已经成为世界各国的广泛共识。
我国已经成为电力生产和使用最多的国家,但是我国的电力结构中,火电依然占据着不可动摇的地位。严重倚靠化石能源的能源结构,带来的严重的环境、经济甚至国际政治的重大的负面影响。例如,日益被破坏的我过的空气环境,不可再生能源的消费利用,导致我国很多地区常年遭受雾霾影响。
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1.2 国内外现状
光伏发电历经 30 年的发展,相对其他新能源的利用,技术日渐完善,发展相对成熟,并逐步成为全球新能源供给的主要形式。光伏发电和风力发电在全球电力供应中所占比例将从 2019 年的 8%上升至 2030 年的 30%左右、2040 年的约50%左右。未来 20 年,全球电力行业将大幅降低对煤炭的依赖,煤炭在全球发电结构中的比重将从 2019 年的 37%下降至 2030 年的 15%、2040 年的 5%[69]。
1.2.1 国外研究现状
自上世纪 70 年代的石油危机以来,世界各国均意识到发展可再生能源的必要性和紧迫性,各国政府及企业也加大了对新能源发电技术的研发投入。西方各国对发展太阳能发电技术展示出了浓厚的兴趣和意愿。各国政府纷纷出台了用以鼓励光伏技术的发展的政策,在政策的激励下,光伏产业及光伏发电技术发展迅速。
国际能源署(IEA)于 2020 年发布了全球光伏市场报告,该报告指出, 2019年世界光伏发电总装机容量增长了 114.9GW,自 2016 年起,连续三年增长超100GW,较 2018 年同比增长 12%,全球光伏发电总装机容量累计为 627GW。不考虑中国市场,从 2018 年至 2019 年,全球光伏发电总装机容量从 58.8GW 增长至 84.9GW,同比增长 44%[5]。欧盟 27 国的光伏发电总装机容量达到 16GW,欧洲除欧盟外的其他国家大约增增长了 5GW。美国 2019 年,光伏发电装机容量新增 13.3GW,其中 60%为地面电站。印度 2019 年光伏发电总装机却下降了9.9GW,但其总装机容量仍牌名第三,其中分布式和孤网光伏装机容量约为1.1GW。日本排名第四,2019 年新增 7GW。总装机容量增长排名前 10 的国家中,美洲有 1 个(美国),亚洲有 6 个 (韩国、中国、日本、印度、越南、澳大利亚)、欧洲有 3 个(乌克兰、西班牙、德国)[2]。
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2 光伏电站的设计条件
2.1 项目地点及规模概况
2.1.1 所在地概况
江苏全境地处中国大陆东部区域,东临黄海,处长江中下游,经度跨度为东经 116°18’~121°57’,纬度跨度为北纬 30°45’~35°07’。根据全国第七次人口普查数据,江苏省常驻人口 8474.8 万人,户籍人口 7831.86 万人,地域面积约为10.72 万平方公里,人口密度约为 847 人/km2,地貌主要为平原,全省海拔最高点在连云港花果山。气候特征为亚热带季风,是华东地区亚热带至暖风带的过渡地带,淮河—灌溉总渠一线以北属暖温带湿润季风气候,以南为亚热带湿润季风气候。
徐州处于江苏、安徽、山东、河南四省交界处,是全国性的交通枢纽,是淮海经济区的中心城市,淮海经济圈目前也是江苏省重点发展的三大经济圈之一,徐州市经济发达,装备制造业发达,同时又属能源枯竭型城市,存在突出的用电需求与能源运输成本的矛盾。徐州气候特征属暖温带季风气候,按照往年气象数据的统计,徐州季节界限分明,夏季不酷热,冬季少严寒。
2.1.2 光伏电站规模及概况
本项目位于徐州市华东机械厂和煤机厂内,地处江苏省徐州经济技术开发区,经度 117°12′,纬度 34°16′,水平面辐射量为 4832.6MJ/m2/a,属于三类地区,利用徐州华东机械厂原厂房屋顶,可利用面积为 193547m2。由于项目投资预算以及厂房利用条件限制,其中部分厂房年限时间较长,防水性能较差,目前利用价值不高,综合考虑架设排布数量为 53406 块的 265Wp 多晶硅双玻组件组件,总装机容量达 14.15MWp。
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2.2 江苏省太阳能资源概况
如图 2-2 所示,江苏省绝大部分地区的太阳辐射资源属于资源较贫乏地区,太阳总辐射量不高,苏南地区较差,苏北较丰富。总体来说,淮安、盐城、宿迁、连云港及徐州的部分地区的太阳能光照相对比较充沛,全年中太阳总辐射量约为5000MJ/(m2•a),全年平均日照时间在 2300h 以上,太阳能光照资源较为丰富;苏南地区和江苏中部太阳能资源相对匮乏,全年平均日照时间约 1900~2300h。

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全年江苏省日照时间平均 2000-2600 小时,其中, 0℃以上的日照时间平均为 1800-2240 小时;日照百分率在 48%-59%之间。淮北区域平均日照时间在春季要多于秋季,淮南区域平均日照时间在秋季要多于春季。江苏省全年太阳辐射总量为 4200-5200 MJ/(m2•a),并由北向南逐步递减,因雨、雪等异常天气的影响,长江沿岸地区和江南地区平均日照时间比淮北少。
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3 光伏电站的总体设计.....................13
3.1 光伏电池的工作原理........................14
3.2 光伏组件选择..................................15
4 电气一次部分设计.....................30
4.1 接入电力系统方案.....................30
4.2 电气一次设计......................33
5 电气二次设计................50
5.1 监控系统.......................50
5.2 继电保护及安全自动装置........................50
6 设计实现及效益评价
6.1 PVsyst 设计实现
根据前文对 PV syst 使用分析,总结出该仿真软件应用流程,如下图所示:

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通过上文中选取的光伏组件、逆变器、组件的倾角、财务成本等数据输入到PVsyst 仿真软件中进行设置依照运算分析与匹配参考获得最高效率的选型方案,生成如图所示的仿真参数及容配信息。由于仿真条件的限制,光伏组件暂选择275Wp,仿真电量、效率等参数与上文中的计算结果稍有偏差,但在合理范围内。
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7 结论与展望
7.1 结论
在目前全球能源形势非常紧张的情况下,全世界因为能源而发生的战争从未停止,我国是一个能源消耗大国,煤炭发电在我国电力行业中占比依然很大,根据习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的口号,我国也在不断寻求新的能源替代,大力开发太阳能、风能等清洁能源发电,不断提升清洁能源发电的份额。同时随着技术的进步,清洁能源发电的投资成本也在不断的降低,发电可靠性不断的提高。
徐州是江苏唯一具有开发煤炭资源的城市,但是经过一百多年的开采,已然成为一个煤炭枯竭型城市。在徐州矿务集团近期的发展中,重点发展电源项目,稳步发展电站服务,探索发展售电新领域,火电暂缓开发新的项目,大力发展光伏、风电等新能源项目。建设该屋顶分布式光伏项目,可以创造良好的经济效益,解决徐矿转型过程中闲置土地的利用,推动企业由规模速度型向质量效益型转变。同时该光伏电站项目的建设可以减少二氧化碳、氮氧化物、烟尘等污染物的排放,一定程度上缓解该地区的环保压力,同时可以为保障江苏省电力能源安全贡献一份力量。
本文中对于光伏组件相关概念及其特点作了简要的介绍,从选址、接入方式、组件选择、设备布置、电气接线及电气设备的选择、系统通信等几个方面对该项目开展可行性分析,解决实际问题。
本项目具有特殊性,由于采用的是徐州华东机械厂屋顶作为建设地点,直接由逆变器接入华东机械厂已有的变压器并入电网,更加降低了光伏项目接入系统的成本,对于鼓励厂房屋顶建设分布式光伏系统起到很好的示例作用。
综上所述,该项目作为徐矿集团投资的首个光伏发电项目,不论对于刚刚涉足分布式光伏发电产业还是改善电力板块单一能源结构和盘活存量资产,均具有积极而重要的示范意义。
参考文献(略)


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