20KW光伏发电站经济性分析

20KW 光伏发电站经济性分析一、概述1.西藏措勤县 20KW 光伏电站，位于西藏自治区阿里地区措勤县县政府所在地，是一座以柴油发电机组作为备用电源的小型独立光伏电站。2.措勤县位于号称 “ 世界屋脊 ” 的西藏阿里地区， 是阿里地区东三县之一， 距地区所在地狮泉河镇 783km，距拉萨市 969km ，全县总人口 10510 人，县城人口 226 户 678 人。措勤县不但无煤、油、气等化石能源资源，而且也缺乏小水电资源，但却拥有极为丰富的太阳能资源可以开发利用。县城的主要用电类型为照明、电视和水泵。建站前，县城少得可怜的一点办公照明用电、生活照明用电以及收看电视等的用电，是依靠 1 台 75KW 柴油发电机组来提供。建设光伏电站的目的，是为了解决县政府所在地各单位的办公用电和居民的照明、听收录机、看电视等的用电，以节约燃用从 1000 多 km 外运进的柴油。3.措勤县的地理位置与气象条件如下 : · 当地纬度： 31N · 当地经度： 85E · 海拔： 4700m · 雨季： 8 月· 10 年内最长阴雨天： 5 天· 水平面上 10 年平均总辐射： 792.56KJ(189.3kcal)cm2 · 10 年内最高气温： +25.0℃· 10 年内最低气温：－ 34.0℃· 10 年内最大风力： 25m/s(9 级 ) · 10 年内冰雪情况：无记载4.电站太阳能电池方阵的总功率为 20KWp ，年发电量可达 43000Kwh ，总投资为 290 万元。5.电站于 1993 年由国家计委批准立项，计划总投资 294 万元，由中国节能投资公司安排解决。 电站于 1994 年 12 月正式建成发电， 投入试运行； 于 1995 年 10 月通过了由电力工业部、 中国节能投资公司和西藏自治区计委共同组织的联合验收组的国家级验收。 电站至今已投入使用达三年半以上，运行正常，安全可靠，性能良好，深受当地广大藏族人民的好评。6.电站的建设单位是西藏自治区工业电力厅， 负责工程的发包、 监督、 验收和决算等； 承建单位是电子工业部第六研究所， 负责电站的技施设计、 设备的选型订购和加工制造、 设备的安装调试等，该所调整任务后，该项目负责人已到国家计委能源研究所工作。二、电站的构成及技术性能1.本电站是非并网的小型独立光伏电站，采取固定用干荷电铅酸蓄电池贮能。2.本电站建于海拔高度达 4700m 的世界屋脊，是目前世界上最高的光伏电站之一，是目前我国已投入使用的功率最大的光伏电站之一。 其技术性能在国内居领先地位， 与国外同等规模的独立光伏电站相比，相当于国际上９０年代初期的水平。3.本电站的发电系统由太阳能电池方阵、 蓄电池组、 直流控制器、 直流－交流逆变器、 交流配电柜和备用电源系统（包括柴油发电机组和整流充电柜）等组成。系统的工作原理是：１５个太阳能电池方阵经过 TDCK — 40KW 直流控制柜向两组蓄电池组供电。 每组蓄电池组的标称电压为２５０Ｖ， 充电电流约为４０Ａ。 蓄电池组的上限电压定为２９０Ｖ， 充到此值后， 由直流控制柜执行自动停充， 将太阳能电池方阵切离充电回路。 当蓄电池组电压回降至２７０Ｖ时， 再将太阳能电池方阵接入充电回路恢复充电。 两组蓄电池组均通过ＴＤＣＫ－４０ＫＷ直流控制柜向直流－交流逆变器供电。经由逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过ＪＰ－７５ＫＶＡ交流配电柜， 以三相四线制向输电线路供电。 当蓄电池组的电压下降至 230Ｖ时，为不造成蓄电池组的过放电，直流控制柜将自动切断输出，直流－交流逆变器停止工作。本电站是有备用电源的光伏电站，以太阳能电池发电为主，配备１台７５ＫＷ的柴油发电机组作为备用电源， 以便在必要时通ＺＣＫ－５０ＫＶＡ整流充电柜为蓄电池组充电， 也可以在光伏发电系统出现故障时直接通过交流配电柜向输电线路供电。 逆变器和柴油发电机组不能同时向输电线路送电，由交流配电柜的互锁功能来保证供电的唯一性。4.太阳能电池方阵选用秦皇岛华美光电设备总公司生产的３３Ｄ（３３１）型单晶硅太阳能电池标准组件（ F１００ mm，３６片串），其主要技术特性如下：* 组件工作电压 Vm： 17.0V * 组件工作电流 Im ： 2.2A * 组件峰值功率 Pm： 37.0W * 组件效率 h ： ～ 12% 太阳能电池组件的总功率不小于 20KWp ，分为 15 个方阵共 30 组，每组由 18 块组件串联。每块组件均加装旁路二极管，以尽量避免热点效应；同时并采用全密封接线，以提高太阳能电池方阵的耐候性。到达地面的太阳总辐射量的多少，与太阳高度角、地理纬度、海拔高度、大气透明度等因素有关。 西藏地区纬度较低， 属于中低纬度地区， 太阳高度角大， 单位面积上所接收的辐射量多， 再加上平均高度在海拔４５００ m 以上， 大气层薄， 所含杂质和水气少， 干净清洁，透明度好，云量少，日照百分率高，同时由于地势高，南来暖湿气流受高山阻隔，造成这一地区少阴雨、多晴天（雨季大部分地区又多夜雨），所以日照时间长，太阳辐射强度大。西藏地区太阳能资源的这一特点， 使得本电站的年发电能力可高达 43000Ｋ wh， 较北京地区约高出２０％左右。5.蓄电池组选用 481 厂生产的固定用干荷电铅酸蓄电池组 .系统的电压定为 250V。 蓄电池组的存贮量按连续３天无日照考虑。由容量设计得到的蓄电池额定容量为 1600Ah。为提高电站设计的冗余度，选用ＧＧＭＡ－ 800 型蓄电池 250 只，分２组并联使用，每组 125 只串联。这样，既便于扩容，又可以在负荷增加不多时只增加１组８００Ａ h 的蓄电池组即可。为了减少蓄电池的酸雾溢出和维护量，在每只蓄电池上均加装１只消氢帽。6.直流－交流逆变器选用德国 SUNPOWER 公司的 25KVA 逆变器 1 台。其主要技术性能指标如下：额订功率： 25KVA 输入： DC250V 输出： 220V/380V ，三相波形：正弦波谐波失真： <2% 工作频率： 50HZ 逆弯效率： 90%-94%( 负载率 0.1-1) 静态耗电：～ 1% 保护特性：· 短路保护· 过流保护· 过热保护· 过压保护· 欠压保护为便于今后扩容，逆变器具有并机运行功能。该设备具有如下备件：驱动板１块比较器板１块脉冲发生器板１块单相功率模块及缓冲器１套速熔保险２只吸收二极管６只7.直流控制柜选用 TDCK － 40KW 直流控制柜 1 台。采用微机控制系统实现本设备的控制功能。该设备的主要技术指标如下：额定容量： 40KW 控制路数： 15 路8.交流配电柜选用 JP-75KVA 交流配电柜 1 台。考虑到今后的扩容，尽管逆变器可并机运行，但为了可靠和便于操作使用， 本配电柜仍作成双路输出， 既可使两台逆变器并机输出， 又可分路输出。其主要技术特性如下：* 容量： 75KVA * 输入： · 双路逆变器三相四线输入· 单路柴油发电机组三相四线输入* 输出：双路 220V/380V 三相四线，或并机一路三相四线* 测量功能： · 双路各相电压测量· 双路各相电流测量· 双路各相电度测量· 柴油发电机组供电电度测量* 保护功能： · 输入缺相保护· 输出缺相保护· 逆变器、柴油发电机组输出互锁9.柴油发电机组选用 ZCK-50KVA 整流充电柜 1 台。该设备采用反电势充电法实现其整流充电功能。其主要技术特性如下：* 额定容量： 50KVA * 输入：三相交流* 输出：脉动直流* 最大充电电流： 100A * 充电电压： 250 - 350V * 保护功能：缺相保护输出短路保护蓄电池充满转浮充限流１０、归纳以上各项，设备清单如下 ：* 太阳能电池组件： 33D(331) 型单晶硅太阳能电池组件 540 块， 共 20KWp( 含支架及地脚螺栓 ) * 蓄电池组： GGMA-800 型固定用干荷电铅酸蓄电池 250 只 (含消氢帽及配制电解液用硫酸和蒸馏水 )，分二组并联使用* 逆变器：德国进口 25KVA 逆变器 1 台 (含备品备件 ) * 直流控制柜： TDCK-40KW 直流控制柜 1 台 (含备品备件 ) * 交流配电柜： JP-75KVA 交流配电柜 1 台 (含备品备件 ) * 柴油发电机组： 75KW 水冷式柴油发电机组 1 台 (含备品备件 ) * 整流充电柜： ZCK-50KVA 整流充电柜 1 台 (含备品备件 ) 11.电站的土建工程有如下各项：* 控制配电室和蓄电池室 :被动式太阳房 197.9m2 * 柴油发电机组房：混合结构建筑 50m2 * 职工生活用房： 混合结构建筑 105.47m2 * 厕所： 1 座， 15m2 * 水井： 1 眼* 围墙： 800 延长米* 太阳能电池方阵基础及电缆沟道：共 16 个方阵，占地 40m× 21m=840m2 * 输电线路：干线 1.5KM 、支线 1KM( 含电线、电杆、瓷瓶及横担三、电站的建设投资（１）本电站的基本建设项目由国家计委立项，全部建设投资由中国节能投资公司安排解决。（２）电站的计划总投资 294.00 万元，实际投资 290.1 万元，其中：* 设备费用 202.80 万元 (含设备运输费 19.50 万元，节能灯具费 4.10 元 ) * 工程费用： 52.00 万元* 安装费用： 7.00 万元* 管理费用： 28.30 万元 (含验收费 3.50 万元，设计费 7 万元 ) (3)电站建设投资的决算，如下表所列：(4)本电站为援藏工程，着眼点是社会效益和政治意义，故未计算投资回收期，投资利润率、投资利税率、内部收益率、投资偿还能力。2.用电负载该电站 1995 年的用电负荷量如下表所列：3.电站年运行成本计算4.效益、成本分析（１）原来依靠柴油发电来解决生活用电，每天仅能供电３ h。由于柴油是从 1000 多 km以外运进的，所以每 kg 的价格高达 3.3 元。１台７５ kＷ的柴油发电机组每天工作３ h 要消耗柴油８０ kg， 再加上机油的消耗， 每天开支近２８０元， 一年总计要开支油料费达１０万元。 由于高原缺氧， 燃料燃烧不完全， 柴油机的效率在这里仅为额定功率的４５％左右。 此外， 柴油机发电， 还存在备件缺乏， 故障率高， 天水箱易冻， 夏天水箱易沸， 操作管理复杂，油料供应紧缺， 到拉萨运油往往一个月也装不上油等问题， 所以依靠柴油机供电越来越困难，将被淘汰。７５ＫＷ柴油发电机组每天发电３ h， 一年的燃料费、管理费、工资、维修费、折旧费等高达近１６万元， 与光伏电站的年运行费用相当， 但其发电量仅及光伏电站的一半， 并且供电的可靠性差、质量低。（２） 本光伏电站一年约可发电４３００ＫＷＨ， 发电成本为 3.64 元 /KWH, 是相当高的，但仍较当地柴油机发电的成本为低。（３） 本电站为援藏扶贫项目， 可不考虑设备的折旧， 这样， 其发电成本则为 0.45 元 /KWH ，是不高的。四、国民经济评价分析１、社会效益本电站的建成，对于西藏的社会稳定、民族团结、经济繁荣具有重要意义，社会效益显著。过去这里的广大藏族同胞，由于没有电，日出而作，日落而息，科技文化落后，经济不发达， 远离现代物质文明， 文盲充斥， 人口素质低下， 过着近乎与世隔的生活。 如今有了电，既用上了电灯， 又看上了电视、 听到了广播， 大大缩短了与现代社会的距离， 步入了一个新的天地。２、节能效益如以此电站取代７５ kw 的柴油发电机组，一年约可节约柴油达３０ t，机油约 0.5t。这还未算远从上千公里以外的拉萨将这些燃料运来所消耗的汽油。３、环境效益西藏高原，特别是藏北地区，是一片尚未遭到环境污染和生态破坏的净土，应该格外珍惜。太阳能发电，不消耗化石燃料，无二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，清洁干净，环境效益良好。各种电站的碳排放比较如下表所示五、存在的问题及解决问题的措施建议１、中国的中央政府和各有关省区的地方政府，对于发展光伏发电是积极的、重视的。１９９５年国家计委、国家科委、国家经贸委制订了 “ １９９６－２０１０年新能源和可再生能源发展纲要 ” 。内蒙古自治区和青海省相继出台了推广光伏发电等新能源设备的补贴政策。 但从全国来讲， 尚未制订出一个有利于刺激广大居民应用光伏电源装置等新能源设备的补贴办法和优惠政策。２、在技术上应采取有效措施解决如下问题：（１）太阳能电池成本的进一步降低，光电转换效率的进一步提高；太阳能电池厂的更新改造和扩大规模。（２）通过攻关、引进消化吸收或合资办厂的办法，进一步提高光伏发电用控制器和逆变器的生产技术水平，实现商品化生产。３、多渠道、多形式的争取更多的国际合作、援助项目，例如：百千瓦级以上的并网光伏示范电站，数百套装置连片的户用光伏示范系统，数十台装置连片的光伏水泵示范系统等。４、硅材料紧缺已成为制约我国晶体硅太阳能电池生产的 “ 瓶颈 ” ，应采取有力措施，尽快加以解决。