渔光互补光伏发电工程设计的研究

第 38 卷 第 4 期 华 电 技 术 Vol ． 38 No． 42016 年 4 月 Huadian Technology Apr． 2016“ 渔光互补 ” 光伏发电工程设计的研究杨光磊（ 中国华电科工集团有限公司 ， 北京 100160）摘 要 ： 介绍了水面光伏工程的特点 ， 以合肥长丰朱巷 40 MW（ 峰值功率 ） “ 渔光互补 ” 光伏工程为例 ， 针对水面光伏工程的特点 ， 对水面光伏设计中发电量预测 、 总体布置 、 基础设计 、 接地方案等代表性问题提出了解决方案 ， 详细分析计算了水下接地网和地下接地网并联的接地电阻 ， 为今后的 “ 渔光互补 ” 发电工程提供参考 。关键词 ： 渔光互补 ； 光伏发电 ； 接地电阻 ； 发电量中图分类号 ： TM 615 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1674 － 1951（ 2016） 04 － 0075 － 03收稿日期 ： 2016 － 01 － 07； 修回日期 ： 2016 － 04 － 070 引言目前 ， 大规模的光伏电站多分布在远离负荷中心的青海 、 新疆 、 内蒙古等地 ， 而作为负荷中心的城市周边用地紧张 ， 除了厂房屋顶可建设分布式光伏电站之外 ， 城市周边水库的大面积水面也成了光伏电站的可用场地 。水库通风好 ， 水蒸气能带走光伏组件的部分热量 ， 提高发电效率 ， 同时光伏组件又能给水库遮阳 ，对水产养殖有辅助作用 ［ 1］ ， 另外 ， 光伏组件还可以减少水面的蒸发 ， 解决平原地区水库蒸发量过大的问题 ［ 2］ 。1 光伏发电量预测水面光伏系统较其他地面光伏工程的特殊之处在于水蒸气对发电量的影响 ： 一方面 ， 水蒸气能带走光伏组件的部分热量 ， 提高发电效率 ； 另一方面 ， 水库上空的水蒸气与空气中的污染物发生物理化学反应 ， 增加雾霾的严重程度 ， 降低太阳辐照度 ， 减少发电量 ［ 3 － 4］ 。 因此 ， 水面光伏工程的发电量预估应根据工程的实际情况进行分析 ， 不能按照山区和戈壁光伏工程的方法进行预测 。2 总体布置对于水面光伏工程 ， 光伏组件沿水面布置 。 总体布置以光伏阵列为中心 ， 结合场地现状 ， 以工艺流程合理为原则 ， 因地制宜地进行布置 ， 力求生产工艺流程合理顺捷 ， 道路组织顺畅 。由于工程受地形起伏的影响较小 ， 所以光伏阵列的排布应尽量规则 ， 与工艺专业加强沟通 ， 接入每个组串逆变器或直流汇流箱的组串应在一排 ， 避免出现跨越水面的现象 ， 造成复合材料电缆桥架的浪费及后期检修的不便 。逆变器或箱式变电站 （ 以下简称箱变 ） 的基础根据水域面积和组件安装容量合理安排 ， 尽可能布置在岸边 ， 便于后期的维护和检修 。 但这种布置方案会增加电缆长度 ， 同时为了减少压降和损耗 ， 将增大电缆截面 。 若水域面积过大 ， 则考虑将箱变或逆变器布置在水域内部 ， 留出足够的检修通道 ， 这种布置方式的前提是可以事先将水库排干并清淤 。 江苏华电东海种畜场水库 8 MW（ 峰值功率 ， 下同 ） 光伏工程 ， 建设了 2 个大型的基础平台 ， 每个平台布置 1MW 方阵的逆变器及箱变各 4 个 。以合肥长丰朱巷 40 MW 光伏工程 （ 以下简称合肥长丰工程 ） 为例 ， 其布置示意如图 1 所示 ， 光伏组件全部在水面布置 。 为了紧凑布置 ， 且组件标高一致 ， 组件支架纵向节距仅保证不遮挡即可 。 横向间距为 1 m， 纵向间距计算公式为 ［ 5］图 1 合肥长丰朱巷 40 MW 光伏工程布置示意D = Lcosβ + Lsin β 0． 707tan φ + 0． 433 80． 707 － 0． 433 8tan φ ， （ 1）式中 ： φ 为当地地理纬度 ； β 为阵列倾角 ， β = 26° ； L为阵列倾斜面长度 。· 76· 华 电 技 术 第 38 卷根据式 （ 1） 计算 ， 预留 D = 3 m 的间距可满足后期检修小艇的通航要求 。由图 1 可知 ， #14 ～ #18 阵列的布置过于狭长 ，导致电缆量增加 ， 可通过调整汇流箱的布置或选择组串逆变器等方法尽量减少布置带来的影响 。 升压变压器全部沿岸边道路布置 ， 便于后期检修及中压电缆的敷设 。3 基础设计3． 1 光伏支架基础的设计地面光伏工程支架基础的形式分为钻孔灌注桩基础 、 大开挖现浇基础 、 混凝土块配重式基础及螺旋地锚桩基础 ， 其中钻孔灌注桩和螺旋地锚桩基础应用较多 ［ 6］ 。 大多数水面光伏工程采用的是预制管桩基础 。 以合肥长丰工程为例 ， 每组光伏支架单元含 40 块光伏组件 ， 每个支架单元有 5 个支撑点 ， 支架均为 Q235B 冷弯薄壁型钢支架 ， 表面采用热镀锌处理 ， 支架基础为 PC300 预制混凝土管桩 ， 1 个支撑点由 1 根桩组成 。 也有部分水面光伏工程采用浮板支架 ［ 7］ ， 如新疆昌吉回族自治州大海子水面光伏系统 ， 光伏组件固定在浮板上 ， 但单纯的苯板无法承载 ， 需对苯板进行支护 。 采用钢合金框架作为苯板的护架 ， 护架由空心长条形不锈钢合金杆螺栓连接而成 ， 立方体的 6 个表面沿长边方向均匀布置等长空心肋杆 ， 形成相对封闭的内部空间 。 框架内部尺寸和浮板尺寸一致 ， 浮板和铝合金框架紧密结合 。另外 ， 为便于各浮板之间相互连接 ， 在框架 4 个侧面设置了弹簧连接装置 。3． 2 逆变升压设备的基础设计与地面光伏工程的墩式基础或坑式基础不同 ，水面光伏工程中无论逆变升压设备布置在岸边还是在水域内 ， 均采用基础平台的方式 。 合肥长丰工程中平台为混凝土框架结构 ， 每个平台约需钢筋混凝土 60 m3 ， 预制混凝土桩柱 12 根左右 ， 多为预应力高强混凝土 （ PHC） 管桩 。4 接地设计水面光伏工程接地系统的特殊之处在于光伏支架的接地网是在水下敷设的 ， 参照 NB /T 35050—2015《 水力发电厂接地设计技术导则 》 ［ 8］ 进行设计 。对国内各工程接地网的大量调查表明 ： 钢接地体发生腐蚀最严重的地方是在地表和水面附近 ， 越往地下或水下的深处 ， 腐蚀反而越轻 ［ 9］ 。 而开关站或升压站的接地网是在土壤中敷设的 ， 水库区域土壤湿润 ， 土壤电阻率一般较低 ， 表层为淤泥 ， 上层为黏土 ，下层为泥质砂岩 。 经实测 ， 合肥长丰工程所处的朱巷镇水库土壤在深度为 0． 5 ～ 20． 0 m 范围内 ， 电阻率达 50． 1 ～ 135 ． 1 Ω · m， 水库中水的电阻率约为 32Ω · m。 由于光伏电站的区域较大 ， 电阻很容易达到规程要求的 4 Ω 以下 ［ 5］ 。合肥长丰工程的接地网分 2 个部分 ， 即水下的光伏阵列接地网和地下的开关站接地网 。 水库面积约 1 500 m2， 40 MW 的光伏阵列区域总面积约 500m2。 经入 地 短 路 电 流 计 算 ， 水 平 接 地 体 采 用60 mm × 6 mm 镀锌扁钢即可满足电阻率要求 。 考虑到水面和地表附近的防腐措施 ， 自光伏支架沿桩基引至水下接地网的一段接地材料以及开关站内的接地材料均选择截面大小相同的镀铜钢带 。对于水下接地网电阻 ， 按照 NB /T 35050— 2015《 水力发电厂接地设计技术导则 》 ［ 8］ 中的公式进行计算Ｒ s = ks ρ s40 = 0． 15 × 3240 = 0． 12 Ω ， （ 2）式中 ： ks 为接地电阻系数 ， 按 10 m 水深计算 ， ks =0． 15； ρ s 为水电阻率 。对于开关站接地网电阻 ， 仅按照 GB 50065—2011《 交流电气装置的接地设计规范 》 ［ 10］ 中的简化方法进行计算Ｒ d ≈ 0． 5 ρ t槡 S= 0． 5 × 60槡 4 000≈ 0． 475 Ω ， （ 3）式中 ： ρ t 为土壤电阻率平均值 ； S 为接地网面积 。2 个接地网通过 3 条镀铜钢带相连 ， 并联的接地电阻 ［ 11］ 计算如下Ｒ b = kp Ｒ sＲ dＲs + Ｒ d= 1． 72 × 0． 12 × 0． 4750． 12 + 0． 475 =0． 165 Ω ， （ 4）式中 ， kp 为屏蔽系数 ， 取经验值 。经计算 ， 光伏电站的接地电阻值为 0． 165 Ω ， 满足规程的要求 。5 结论“ 渔光互补 ” 模式既可增加水库的经济效益 ， 在光伏发电的同时对渔业养殖也有辅助作用 ， 还可以减少干旱地区水量的蒸发 。 同时 ， 水库地理位置靠近城市负荷中心 ， 便于电力的消纳 ， 可促进我国节能减排 ， 发展清洁能源 。本文通过对多个水面光伏工程的总结 ， 介绍了水面光伏工程在设计中的特殊之处 。 以合肥长丰工程为例 ， 介绍了发电量预测 、 总体布置 、 基础设计 、 接地方案等方面与常规地面光伏电站的不同之处 ， 详细分析计算了水下接地网和地下接地网并联的接地电阻 ， 为今后的水面光伏工程的建设提供了参考 。第 4 期 杨光磊 ： “ 渔光互补 ” 光伏发电工程设计的研究 · 77·参考文献 ：［ 1］ 刘汉元 ， 钟雷 ， 谢伟 ， 等 ． “ 渔光互补 ” 在江苏地区发展前景及应用思考 ［ J］ ． 当代畜牧 ， 2014（ 11） ： 94 － 95．［ 2］ 赵轶洁 ， 孟宪学 ， 王聚博 ． 探索 “ 渔光互补 ” 发展光伏农业 — — — 以鄂州 20 MWp 农业光伏科技示范园为例 ［ J］ ． 安徽农业科学 ， 2015， 43（ 22） ： 360 － 362 ．［ 3］ 吕学梅 ， 朱虹 ， 王金东 ， 等 ． 气象因素对光伏发电量的影响分析 ［ J］ ． 可再生能源 ， 2014， 32（ 10） ： 1423 － 1428 ．［ 4］ 刘大为 ， 彭文博 ， 鲍亮亮 ， 等 ． 考虑空气污染因素的光伏发电量回归分析 ［ J］ ． 可再生能源 ， 2014， 32（ 12） ： 1785 －1790．［ 5］ 光伏发电站设计规范 ： GB 50797— 2012［ S］ ．［ 6］ 李颖雯 ， 谢丽莹 ， 李祥志 ， 等 ． 盐渍土地上大型光伏电站安装基础的防腐蚀问题 ［ J］ ． 可再生能源 ， 2013， 31（ 2） ：111 － 114．［ 7］ 毛海涛 ， 王晓菊 ， 何华祥 ， 等 ． 干旱与半干旱区平原水库防蒸发及光伏发电浮板控制系统研究 ［ J］ ． 水利水电技术 ， 2015， 46（ 9） ： 148 － 152 ．［ 8］ 水力发电厂接地设计技术导则 ： NB/T 35050— 2015［ S］ ．［ 9］ 沈文兰 ， 许冬语 ， 李建国 ． 英布鲁水电站接地设计的特点［ J］ ． 水利水电工程设计 ， 2011， 30（ 4） ： 55 － 57．［ 10］ 交 流 电 气 装 置 的 接 地 设 计 规 范 ： GB /T 50065— 2011［ S］ ．［ 11］ 彭向阳 ， 文习山 ， 陈慈萱 ． 大型水电站接地网接地电阻的初步计算 ［ J］ ． 中国电力 ， 1997， 30（ 7） ： 10 － 13．（ 本文责编 ： 弋洋 ）作者简介 ：杨光磊 （ 1983— ） ， 男 ， 河北石家庄人 ， 工程师 ， 从事电气设计方面的工作 （ E-mail： yangguanglei008@163 ． com欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍） 。《 华电技术 》 来稿要求（ 1） 文章主题明确 ， 材料真实 ， 结构严谨 ， 文字简明准确 ， 符合创新性 、 科学性 、 实用性原则 ， 学术类 、 专题类 、 综述类论文一般不超过 6 000 字 ， 其他文稿 4000 字以内为宜 。（ 2） 文章题目不超过 20 字 ， 提供 5 ～ 8 个中文关键词 ， 200 ～ 300 字的中文摘要 ， 并翻译成英文 ； 同时还需提供作者单位及英文名称 ， 作者姓名及汉语拼音 ， 城市名及邮政编码 。（ 3） 摘要内容包括目的 、 方法 、 结果 、 结论四要素 ， 要求用词准确 ， 简明扼要 ； 关键词应紧扣主题 ， 并符合电力主题词表要求等 。（ 4） 文稿应正确使用国家法定计量单位及符号 ， 对文中首次出现的非公知公用的缩略语要在括号中注明全称 ， 对外文字母 、 数学符号要区分其大小写 、 正斜体 、 上下角标 。（ 5） 插图要有图序和简洁的图题 ， 并将图序 、 图题 、 图注等标在相应图框下方 。（ 6） 参考文献仅著录作者亲自阅读过并在文稿中直接引用的公开发表的文献 ， 在引文处标注序号 。 参考文献表中所列专著和论文应标明 ： 作者 、 文献题名 、 出版社 、 出版地 、 出版年和页码 ， 或者期刊名称 、 年号 、 期次 、 页码 ， 并在题名后标注文献类型标识 ： ［ M］ 图书 ； ［ C］ 会议录 ； ［ G］ 汇编 ； ［ N］ 报纸 ； ［ J］ 期刊 ； ［ D］ 学位论文 ； ［ Ｒ ］ 报告 ； ［ S］ 标准 ； ［ P］ 专利 ； ［ DB］ 数据库 ； ［ CP］ 计算机程序 ； ［ EB］ 电子公告 ； ［ A］ 档案 ； ［ CM］ 舆图 ；［ DS］ 数据集 ； ［ Z］ 其他 。（ 7） 国家 、 省部级重大科研攻关项目及基金资助项目 ， 请注明项目名称及项目编号 。（ 8） 文稿请提供 word 电子文档 ， 文中图片可以以单独电子文档提供 （ 文档格式 ： ． dxf， ． dwg， ． eps 等矢量图格式 ） 。 请勿一稿多投 ， 不论采用与否 ， 恕不退稿 。 30 天内未接到本刊录用通知 ， 作者可自行处理 。（ 9） 作者需提供 ： 姓名 、 出生年 、 性别 、 民族 、 籍贯 、 职务 、 职称 、 学位 、 研究方向 、 有效联系电话 、 电子邮箱 、通信地址 、 邮编等 。欢迎登录 《 华电技术 》 网站 （ www． hdpower． net） 进行网上投稿 。《 华电技术 》 编辑部联系方式 ：地址 ： 河南省郑州市淮河东路 19 号 邮编 ： 450015 电话 ： 0371 － 67423706广告部电话 ： 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array layout and application to analyzing ofmountain land photovoltaicarray slope solar radiation ．Keywords ： photovoltaic array； mountain land photovoltaic； ar-ray azimuth； PVsyst； SketchUp2016 － 04 － 68 The study of flexible grid interfaceequipment for distributed photovoltaic power gen-erationWANG Shandan1 ， SHEN Zhongtao 2 （ 1． China EPＲI Science＆ Technology Company Limited ， Beijing 102200， China；2． Mechanical and Electrical Engineering Department， BeijingVocational College of Labour and Social Security， Beijing100029， China）Abstract ： The flexible grid interface equipment for distributedphotovoltaic powergenerationintegrates most of the functions ofdistributed photovoltaic powergenerationequipment， such as therelay protection， measurementand control， electric power quali-ty control， telecontrol and harmonic elimination， etc ． It is usedto connectthe distributed photovoltaic powergenerationsystemtothe power grid and realizes the centralized managementto dis-tributed photovoltaic power generation ．In addition， it is also animportant technical means to realize the“ plug and play” func-tion of distributed photovoltaic power generation ．This paper in-troduced the specific research contents of flexible grid interfaceequipment， proposeda control modeof“ main control box + dis-tributional control modules” ， solved the large harmonic waveproblem of distributed power generation unit when it is runningunder low power condition， and realized the anti-islanding func-tion at the interface ．Keywords ： distributed photovoltaic power generation； flexiblegrid interface equipment； main control box； distributional con-trol module2016 － 04 － 71 The systematic technology of pre-paring natural gas using landfill gas and its engi-neering applicationMAO Youze1 ， QI Dongchao 2， ZHANG Shengli 3 （ 1． HuadianZhengzhou Mechanical Design Institute Company Limited ，Zhengzhou450015， China； 2． BESG Environmental EngineeringCompanyLimited ， Beijing 100101， China； 3． Beijing Huayuan-huizhong Environmental Technology Company Limited， Beijing100082， China）Abstract ： Landfill is still one of the main disposal methods ofmunicipal solid waste at present and the resource utilization oflandfill gas has huge potential ．This paper proposedan integrat-ed systematic technology of preparing natural gas using landfillgas as raw material， and applied it in engineering project ．Tak-ing the conventional natural gas standardas the product specifi-cation， this paperconfirmed the systematictechnology accordingto the modular design philosophy ．The engineering applicationshowsthat systematic technology is feasible， the device is sta-ble， the quality of prepared natural gasfully meetsthe designre-quirements， and it has goodsocial and economicbenefits ．Keywords ： landfill gas； natural gas； technology； engineeringapplication2016 － 04 － 75 Ｒ esearchon “ fishing- photovoltaiccomplementation ” photovoltaic power generationdesignYANG Guanglei （ China Huadian Engineering Company Limit-ed， Beijing 100160， China）Abstract ： The feature of photovoltaic power project was intro-duced． Take Hefei Changfengzhuxiang40 MW （ peak power）“ fishing-photovoltaic complementation” project as example， so-lution to many representative problems were provide， such asgenerationcapacity anticipation， general layout， foundation de-sign， earthing layout ．Calculations of resistance of underwaterearthing grid and undergroundearthing grid multiple ．Keywords ： fishing-photovoltaic complementation； photovoltaicpower generation； earthing resistance；欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍generationcapacity广 告 索 引辽宁鸿盛环境技术集团有限公司 （ 封面 ）…………………郑州科润机电工程有限公司 （ 封二 ）………………………华电技术 （ 封三 ）……………………………………………华电技术 （ 封底 ）……………………………………………上海大田阀门管道工程有限公司 （ 前插 1）…………………中国电建集团上海能源装备有限公司 （ 前插 2）……………上纬 （ 上海 ） 精细化工有限公司 （ 前插 3）…………………南京国电环保科技有限公司 （ 跨版 ） （ 前插 4， 5）…………山西三合盛节能环保技术股份有限公司 （ 跨版 ）（ 前插 6， 7）………………………………………………郑州科源耐磨防腐工程有限公司 （ 跨版 ） （ 前插 8， 9）……华电重工股份有限公司 （ 跨版 ） （ 前插 10， 11）………………华电重工股份有限公司 （ 目次页右 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