风能太阳能光伏电站实施方案.pdf

《风能太阳能光伏独立电站》实施方案西藏自治区 ** 单位风能研究室2010 年 7 月1 目 录一、 项目所在地的概况 . 1 二、 项目概况 6 三、 项目技术方案 6 1、设计原则 6 2、基本原理 6 3、计算原则 9 四、 主要部件设计 17 1、太阳电池设计选型 17 2、 风机的选型 18 3、逆变器设计选型 21 4、控制器设计选型 22 5、蓄电池组 24 6、方阵接线箱 25 7、电站的机房设计 25 五、 工程内容及施工计划 . 27 六、 施工进度计划 29 七、 培训计划 29 八、 技术支持与售后服务计划 . 30 1 一、 项目所在地的概况西藏自治区位于我国西藏边陲，地处北纬 26° 50′ --36 °53′ ,东经78° 25′ --99 °06′ 之间的广大地区，面积一百二十多万平方公里，占祖国陆地面积的八分之一， 地域辽阔， 资源丰富。 西藏是青藏高原的主体，地势高峻，有“世界屋脊”、“地球第三极之称”，海拔 4000米以上的地方占西藏总面积的 86.1％，边境线长达 4000公里，南与缅甸、印度、 不丹、 锡金、尼泊尔和克什米尔地区毗邻， 东与四川、 云南两省相连。 全区人口以藏族为主体， 共有 40 个民族， 是全国人口最少的地区。西藏的能源资源主要包括水力资源、 太阳能、 地热能、 风能、 薪草和畜粪等可再生能源， 石油、 天然气和煤炭等矿物能源资源缺乏， 其中水能、 地热能和太阳能储量居全国之首， 风能、 生物质能也较丰富。 全区水能资源理论蕴藏量为 2 亿多千瓦， 占全国的 29.7％， 在全国各省中居首位，但其分布不均匀，中型电站少，以小水电为主，开发条件差。本项目实施所在地属于 ** 地区 ， 位于西藏自治区北部， 北面与新疆维吾尔自治区和青海相接， 东面与藏东旅游区毗邻， 南面与拉萨、 日喀则相连， 西与藏西旅游区接壤， 平均海拔 4500 米以上， 地形西高东低，地貌西部多为高山、草原，东部以高山峡谷为主，并有部分森林。当地能源资源主要以风能与太阳能为主， 由于草场面积较大， 高拔较高，生物质能的利用主要以畜粪为主要能源。风能密度在 150－ 180瓦 /平方米之间， 3－ 20 米 /秒的风速出现的时间却比较多， 一般在 5000小时以上， 该地区为风能丰富区， 但由于这里海拔在 3000-5000 米以上，空气密度小， 但平均风速越内地高得多， 经过风机的实地应用得知， 随着风力发电和塔架的升高， 风速的加强会弥补密度的不足， 这样， 在那曲地区的实地研究中，风能的可利用率高。2 当地太阳能资源丰富。 年太阳辐射量达 8400兆焦 /平方厘米 ,直接辐射占总辐射的 70％，夏季可达 84％，年日照时间可达 3370 小时 ,日平均日照时间在 8 小时以上， 且阴雨天少， 空气透明度高， 资源量名列前茅，是发展太阳能光电和光热资源最好的地区之一。经过调研，当地海拔 4683 米，当地农牧民居住相对分散，部分村民没用上生活用电， 仍使用蜡烛或酥油来照明， 有的甚至用薪柴来取暖和照明， 无电制约了当地经济发展和群众生产生活条件改善， 这个村急需解决用电问题。当地气象参数如下：风况：年平均风速为 5.1m/s；降水：平均年降水量 421.9 毫米，平均年蒸发量 1690.7毫米，平均相对湿度 54%；气温：属高原亚寒带半干旱季风型气候，年平均气温 -1.5℃，气温平均日差 16.1° C。 1 月平均气温 -13.2℃，年极端最低气温 -41.2℃； 7月平均气温 9.0℃， 年极端最高气温 23.60℃； 0° C以上持续天数 164.5天；位臵：东经 92 度，北纬 31.4度；日照：年日照时数 2846.9小时。*** 位于西藏 ** 县以南 72 公里，全村 62 户村民 372 人。其中我们的考查，该村早在 1999年已经用上了太阳能户用系统，容量 150W，但由于年代久远， 许多户用系统已经无法使用。 该村以牧业为主， 其中有 42 户居住相对集中，根据现场测量，这部分牧民居住在半径为 800米范围之内，另外 20 户居住非常分散，户与户之间距离均在 300 米以上。根据当地的实际情况， 无法用风光互补电站集中供电来一次性解决用电问题， 所以采用建一座 100KW的风光互补发电站给相对集中的 423 户供电。 当地的太阳能资源丰富和风力资源非常丰富， 用太阳能风能发电解决当地群众的生活用电问题是切实可行的。当地普通牧民住宅4 村委会办公室道路20KW电站控制室念青唐古拉山脉溪流牧民家5KW， 10KW风力发电机流溪那曲县香茂乡地形图5 当地分散的农牧民住宅从经济和实用的角度考虑，风力发电的前期成本比光伏发电成本低， 但是由于风力发电易受季节变化影响， 特别是夏季， 无风天数增多，将影响正常的供电。 西藏太阳能资源稳定， 冬季与夏季的日照与辐射量相对于风能变化不明显， 光伏发电输出电能稳定， 但投资较高。 通过对当地可再生能源资源状况的调查了解， 综合对比两种供电方式， 我们拟定采用风光互补供电方式， 充分发挥两种能源的互补优势， 通过优化配臵设计， 提高系统供电的可靠性， 降低系统初投资和发电成本， 保证当地的电力供给。6 二、 项目概况本项目 通过与外方进行技术合作，引进先进中小型风力发电技术，建立一座 100KWp科研示范风光互补电站。并过优化建设，根据项目所在地的资源条件，拟采用 30KWp光电和 70KWp风电进行配比，通过拟定前期的系统方案和优化设计， 建立一套适合西藏的独立运行的中小型风－光互补发电系统， 安装风光互补运行数据采集装臵， 全面分析系统的运行情况， 在获得数据后， 对数据进行认真的全面的分析， 探索在高海拔地区对风力发电机组的输出功率、 特征曲线、 散热、功率降级等一系统的技术问题进行研究， 为以后进行大规模应用提供科学的数据支持和案例分析。三、 项目技术方案1、设计原则本实施方案电站设计， 是以满足当地居民基本生活用电为主要目的，同时适量考虑当地政府、学校、医院等公共设施的照明和办公用电。设计内容包括 : 光伏发电系统、电站围墙、送电线路、户用照明灯具及插座等。根据现场调研情况， 项目所选点必须位于所在村的中央地区， 这样，通过分区供电的话，线路的损耗将会比较小。本项目中涉及的所有负载采用 220V 交流电，分四路给所在地供电。本系统连续阴雨天持续供电时间为 3 天。2、基本原理本项目的风 / 光互补发电系统包括由电池组件 PV阵列和风机阵列，充电控制器、逆变器、蓄电池、耗能负载、交流配电柜等部件组成。本项目太阳能 30KWp和风能 70KWp,通过共用直流母线方式对蓄电池组进行充电。 (原理图如下 :) 7 工作原理：白天在太阳光的照射下，太阳能电池产生直流电；在风力的推动下， 风力发电机组发出的交流电经整流后变成直流电； 太阳能与风机产生的直流电通过各自的控制器一部分传送到逆变器转化成交流电，供给用户，另一部分对蓄电池进行充电后储存；当阳光或风能不足时， 蓄电池通过直流控制系统向逆变器送电， 经逆变器转化为交流电供交流负载使用。8 图：风光互补电站系统原理图3、计算原则1）光伏方阵：太阳能方阵总共分 6 个子方阵， 每个子方阵设计采用 32 块 160Wp（ 125mm电池片， 72 片串联组件）的光伏组件作为一个单元，每个子方阵 8 串 4 并，一路直流输出（输出最大电流 Isc=20A，最大电压Voc=348）， 6 个子方阵共 6 路进光伏控制器，控制器和方阵接线箱都安装防反冲二极管（锗管），防止夜间蓄电池给光伏太阳能电池进行反向充电。接线箱里安装防浪涌保护器（二级防雷）。总光伏方阵由 192 块 160Wp的电池组成，总峰值功率为 30.72KWp。光伏阵列与水平呈 30 度夹角， 阵列支架统一采用 Q235型材， 表面做镀锌防腐处理。 阵列基础采用钢筋混凝土结构或钢结构， 地面以下深度约 800mm，光伏组件最低点距地面高度应不小于 300mm。光阵间距根据计算间隔为当太阳电池组件按一定倾角安装组成阵列时，要避免前排的组件遮挡到后排，并且尽量有效的利用空间，避免浪费。 因此要设臵好前排和后排阵列之间的距离。 冬至日是北半球地区一年中日辐射量最差的一天，只要在这一天早上 9 点到下午 3点之间没有遮挡情况出现， 则保证全年都不会出现遮挡， 可以充分利用太阳能资源。 按照太阳光伏系统工业标准， 以冬至日 （ 12 月 22 日）当天早上 9 点到下午 3 点之间，光伏方阵前后排之间无遮挡为标准。根据计算，本项目的 6 个子方阵一律面向正南。根据计算，子方阵横向间距为 1.4m， 前后排间距为 3.95m（设计图纸为 4m） . 另外，还要注意以下设计：由于是高压系统，每只太阳电池组件都要加装旁路二极管，以防组件受遮挡时被高压烧毁。旁路二极管装在组件接线盒内。10 方阵加装方阵接线箱， 方阵接线箱采用密封箱体，带锁，内装防反充二极管、 接线端子和防雷击压敏电阻。输入、输出电缆均采用耐高低温、 抗老化的多芯橡胶电缆。 箱体均可靠接地（效果图如右）太阳电池的支架可靠接地，接地体的接地电阻应少于要求的 5欧姆，所有的电器接线均安装可靠接地，防止雷击损害太阳电池，接头间均需做防腐处理。方阵至控制室连线采用铠装电缆。结构设计上支架均用冷镀锌角钢和槽钢接线，保证了组件与支架连接牢固、可靠。方阵支架均可靠接地，电池组件与支架间均有弹簧垫片和锯齿垫片接线，可以可靠接地。底座与基础连接牢固，组件距地面大于 30cm，方阵与围栅距离大于 4m(距南面 ) 方阵支架经防锈、电镀处理，强度足够，保证了阵列牢固、安全图：方阵侧面图12 图：方阵背面图13 图：方阵布臵图2）风力方阵：风力方阵由 7 台 10KW风力发电机组成， 安装结构以上倾塔的形式进行施工安装， 7 台风力发电机并机运行，通过整流器后，标称电压为240Vdc，单台标称电流为 41.6A，总充电电流为 291.2A。上倾塔的安装高度为 18 米， 8 台风机根据现场情况进行前后排布臵， 根据测算， 为保证良好的风力发电质量， 必须在风机布臵上充分考虑，避开建筑物、树木、和其他障碍物，以避免干扰和能量损失。一般原则如下：① 如风力发电机在上风位臵，风力发电机组与障碍物之间的距离应不小于障碍物高度的两倍；② 如风力发电机在下风位臵，风力发电机组与障碍物之间的距离应不小于障碍物高度的十倍；③ 如果风力发电机组紧挨着障碍物的下风位臵，则风力发电机应高出障碍物至少两倍以上另一方面， 风力发电机组不能离电站控制室太远， 否则拉线成本会大幅度增加。 同时， 为了减少线路损失， 单台风机的交流线设臵为 3*10平铜芯片铠装电缆， 这种尺寸的导线在全负荷功率运行时的电气功率损耗低于 10%，以平均功率水平运行时低于 2%。根据以上计算原则， 预计本风场面积达 19440平方米 （ 108米 *180米）。3）其他每个风机发电机都对应带一台风机控制器， 一共 7 台， 光伏方阵通过方阵接线箱汇流后进行控制室， 由一台 30KW的控制器进行充电回路控制， 所有直流端电源进行直流母排进行汇流， 通过电源控制柜进行控制。15 为保证三天阴雨天能够放电， 本项目蓄电池采用２ V１２００ AH的GFM铅酸免维阀控电池，共四组，每组 120 块，系统电压 240V。交流部分由 4 台 30KVA的逆变器组成，分四路给负载供电。4、主要情况一览：1.当地情况交通条件 距离那曲地区约 公里，能通过车辆 8T以下电站位臵表面地质特征砂粘土含碎石区域地形特征 地形较为平坦 海拔高度 4387 m 年最高温度 7 月份 经纬度东经 79° 49′、 北纬 33°29′年最低温度 1 月份 冻土最大深度 2 m 连续阴雨天数 3 天 土壤冻结日期 11 月至次年 5 月2、电站功率设计方案序号 用电名称 单位 计算功率 说 明1 电站总功率 kW 100 光伏： 30KW；风力：７０ KW 2 设计每日发电量 kWh 470 3 设计每年发电量 KWh 171550 3、电站设计方案序号 设备名称 单位 数 量 说 明1 光伏组件 kWp 30.72 光伏组件支架采用镀锌钢件2 风力发电机组 kWp 70 采用上倾塔安装，塔架镀锌16 2 蓄电池 块 480 2V， 1200AH蓄电池支架采用镀锌钢件3 逆变器 kVA 120 四台 30KVA逆变器 ,分四路 220AC输出4 控制柜、配电柜 套 1 带防雷5 户用室外供电线路 100m 若干地埋采用铜芯钢带铠装聚氯乙烯绝缘电缆6 户用室内供电线路 100m 若干 采用 ZR-BV阻燃塑铜线7 户用室内灯具、开关、插座套 若干 每间房安装 1 套8 户用电度计量表 套 若干 每户安装电度计量表 1 个 (带箱 ) 4、电站土建配套工程设计方案序号项目名称 单位 数 量 说 明1 控制室和蓄电池房 m2 72 地基开挖后 ,施工基础前安装避雷接地极2 电站围墙 m 150 40*35m 3 光伏阵列基础 个 60.00 地基开挖后 ,施工基础前安装避雷接地极4 风机阵列基础 个 35 塔基尺寸为 2*2m.拉索塔尺寸1.5*2m 4 电站场地面积 m2 1400 不算风场的面积17 四、 主要部件设计1、太阳电池设计选型该项目选用“天威英利新能源公司”生产的 160（ 35） P1580× 808系列的多晶硅太阳电池组件。本项目共采 6 个子方阵，每个子方阵的160Wp 太阳电池板 32 块， 8 串为一组、 4 组并为一个充电回路的方法连接，输出充电回路为 4 路，光伏光阵输出的实际功率为 5.12KW，每个子方阵汇流后进入电站控制器。太阳能光伏方阵160Wp 太阳电池组件性能参数：(测试条件： AM1.5， Ee＝ 1000W/m2， C=25℃ ) 规格型号 160（ 35） P1580× 808 峰值功率 w 160 18 开路电压 V 44 峰值电压 V 35 短路电流 A 5.1 峰值电流 A 4.7 外形尺寸长 *宽 *高 mm 1580× 808× 45 大约重量 Kg 6.00 主要特点：采用高效率绒面、背场工艺的单晶硅太阳电池片，转换效率高、使用寿命长，衰减小。背板采用进口材料封装，抗老化。面板采用进口高透低铁钢化玻璃封装，透光率和机械强度高。接线盒采用防水、防潮设计。高可靠性，不受地理环境影响。另外：太阳电池组件必需经过“中国光明工程”指定设备质量检测中心质量认证，并通过温度循环和热斑试验。太阳电池组件中的太阳电池片效率≥ 15％。由符合相应图纸和工艺要求所规定的材料和元件制造，经过制造厂的常规检测、质量控制与合格方法生产。组件完整，附带制造厂的贮运、安装和电路连接指示。每个组件接线盒中均加装旁路二极管2、 风机的选型根据现场地区条件，当地冬春季风速最大，每年 8 月、 9 月份风速稍弱。本项目此次我们选用北京远东 ** 单位风能设备有限公司（美国）生产的 BBWC XL.10R型 10KW风机。19 该风机的相关参数如下：型号 BBWC XL.10R 功率 10KW 启动风速 3.1m/s 切入风速 3.4m/s 额定风速 13m/s 转速 0－ 350r/min 风轮直径 6.8m 顶部质量 463kg 叶片倾斜度控制 POWERFLEX系统超速保护 AUTOFURL 工作温度范围 － 20℃－ 50℃直流母线电压 240V 发电机 交流直驱永磁发电机输出控制系统 VCS－ 10 充电控制器塔架高 18m 该风机特点：新型翼型设计 (已申请专利 ) 极好的低风速运行特性低噪音运行结构简单， 仅有 3 个可动部件自动折尾，自动抗强风保护永磁直驱发电机多功能电力控制器先进的恒压电池充电控制20 十分方便的塔架安装免维护设计10KW风机安装现场根据选型， 这台风机安装在电站控制室的南面的开阔地， 横向间隔36m,纵向间隔 180m,无遮挡，由于风机安装在开阔地，后期维护方便，安装时用上倾塔进行安装。风机的控制器将三相不稳定交流电整流为 220V直流电，同时具有紧急刹车、短路保护、反接保护等功能。10KW控制器21 3、逆变器设计选型逆变器的作用是将太阳电池发出的直流电转换成交流电， 供交流负载使用。北京科诺伟业公司生产的“ KSI220－ 30K”系列逆变器具有可靠性高，抗过载能力强，逆变效率高等特点。主要技术指标：功率 30KVA 直流输入输入额定电压 (V) 220 输入额定电流 (A) 136 输入直流电压允许范围 (VDC) 195～ 300 交流输出额定容量 (KVA) 30KVA 输出额定功率 (KW) 25kW 输出额定电压及频率 220VAC， 50HZ输出额定电流 (A) 112 输出电压精度 (V) 220± 3％输出频率精度 (Hz) 50± 0.1 过载能力 150％， 10 秒逆变效率 (80 ％阻性负载 ) >90％工作环境噪音 (1 米 ) ≤ 50dB 使用环境温度 -20 ℃～ +55℃湿度 0～ 90％，不结露使用海拔 (m) ≤ 6000 机械尺寸 600*800*1800 重量 (Kg) 405 保护功能输入接反保护、输入欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护22 为保持运行的可靠性，本项目采用了四台 30KVA的 “ KSI220－ 30K” 系列逆变器，分四路供电。30KVA逆变器 (左图 )4、控制器设计选型光伏 控制器专门控制太阳电池给蓄电池充电、蓄电池向直流负载供电、 逆变器的输入输出， 同时控制器对蓄电池的过充、 过放进行保护。另外，控制器还具有报警、系统监控、反充电保护、及短路保护等功能。在本工程中，我们选用的是北京科诺伟业公司生产的 KSC系列光伏控制器。功能： KSC系列太阳能电源控制器是用于太阳能发电系统中， 采用高可靠的电子线路， 控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备。 主要功能包括： 蓄电池充电控制、蓄电池欠压报警等。主要技术指标：型号 KSC220－ 200 23 指标额定电压（ Vdc） 220 额定充电电流（ A） 200（分 6 路输入）允许单路光伏阵列最大充电电流（ A）33 允许光伏阵列最大开路电压（ V） 440 过充电压点（ V）保护 252 恢复 246 过放电压点（ V）保护 198 恢复 225 蓄电池电压点（ V）切断 300 恢复 280 空载电流（ mA） <200 电压降落（ V）电池组件与蓄电池《 0.7 蓄电池与负载 《 0.1 使用环境温度 -20℃－ +50℃使用海拔 (m) <2000 尺寸 (mm) 550*600*1150 太阳能光伏阵列反接保护太阳能光伏阵列极性接反， 不会损坏控制器，纠正后可使用蓄电池反接保护 蓄电池极性接反，纠正后可使用蓄电池开路保护蓄电池开路控制不工作， 纠正可使用蓄电池过压保护 蓄电池过压，蜂鸣器报警， 15min24 关断负载蓄电池过放保护蓄电池过放后，蜂鸣器报警，15min 关断负载5、蓄电池组本项目选用广东省番禺恒达蓄电池总厂生产的 GFM 1200AH 2V阀控蓄电池， 它密封良好、 自放电小、 使用寿命长， 适用于充放电电流变化不规范的场合，能够大大提高光电站的性能价格比。主要性能如下：● 采用密封阀控结构，防止电解液泄露● 采用电阻极小的内部件，体现最高的放电效率● 采用耐腐蚀优质合金及科学的内部结构设计，实现电池的长寿命● 产品一致性好，各节电池间压差别极小● 采用单向防爆栓，形成防爆结构● 最优化设计，电池比能量高● 使用特殊铅钙合金制成的板珊，将自放电量限制到 最少电池型号额定电压(V) 额定容量(Ah) 最大外形尺寸（ mm） 电池质量（ kg）长(L) 宽(w) 槽高(h) 总高(H) 单体 总重酸比重(d=1.24kg/L) 25 GFM800 2 1200 471 171 165 700 76 19.1 根据计算，本项目蓄电池分两组安装，每组蓄电池 120块，共 480块，单体蓄电池 1200AH/2V，整个蓄电池组净重约 36.48吨。本项目在设计时， 在放电深度 70％的情况下， 3 天阴雨无风天气蓄电池组也能保证负载的正常用电。蓄电池在安装时， 单体电池之间的连接全部采用铜排连接， 层与层之间用 25mm2 铜芯电缆进行接线。所有接线端子及接头部分均进行防氧化来处理（凡士林防护涂层），接线完之后用专用防护罩盖上。6、方阵接线箱选用北京科诺伟业科技有限公司开发生产的方阵接线箱。 主要具有防反充、防雷击、户外使用的功能。适用海拔高度： <5000m。7、电站的机房设计机房的工程设计主要包括：控制室和蓄电池室；机房允许温度： -10 C ～ +40 C。从那曲地区环境气候条件来看， 夏季温度不高， 不需要空调； 冬季需要保温， 必须建被动式太阳房。 依照以往经验， 太阳房只要按图纸和标准建设， 按规定操作， 注意换气和保温， 即使在冬季， 室内温度也可以保持在 -5℃～ 0℃以上。26 对于工作环境温度要求相对较高的蓄电池，设计时又考虑了三点：蓄电池室均设在机房东侧， 相对西侧温度要高一些；控制室的面向朝南， 以保证冬季阳光尽可能照射；蓄电池室和控制室均应加装双层铝合金窗户， 可吸收阳光热量，保温的作用。蓄电池在布臵时靠北，减少阳光对蓄电池壳体直接照射，减缓壳体老化的作用；为保证良好的通风和良好温度，蓄电池房安装 4 扇双层铝合金窗户，控制室安装两扇。27 五、 工程内容及施工计划编号工程项目 工程内容 承担单位 工程周期1 合同签订 工程总承包合同 西藏 ** 单位 10 天2 前期考察落实负荷情况落实站址和电站机房建设落实输电线路方案和工程量落实设备运输和交接落实工程人员接送事宜确定当地负责人和联络方式签订所有相关协议西藏 ** 单位 30 天3 土建施工电站机房建设太阳电池方阵基础施工电缆沟道施工防雷接地施工围墙的施工当地村（乡）政府西藏 ** 单位60 天4 输电线路施工干线施工支线施工进户线施工当地村（乡）政府西藏 ** 单位30 天5 设备生产和采购电站设备生产配套设备、 电缆、 辅件采购工程专用施工设备和工具西藏 ** 单位生产厂家90 天6 设备运输和交 铁路运输和交接 西藏 ** 单位 30 天28 接 公路运输和交接电站现场的交接设备的仓储和存放生产厂家7 工程安装工程技术人员接送现场雇工现场设备安装现场设备调试西藏 ** 单位生产厂家当地村（乡）政府30 天8 现场培训施工安装培训设备操作使用培训故障判断和排除培训设备日常维护培训电站运行管理制度培训电站的经济管理和收费培训西藏 ** 单位生产厂家当地村（乡）政府10 天9 工程竣工验收现场竣工验收测试电站的试运行现场的设备交接和文件交接竣工验收报告的签署西藏 ** 单位当地村（乡）政府15 天10 维修服务站建设地、县、乡四级网站 西藏 ** 单位1 年11 正式运行电站正式运行进入保修期当地村（乡）政府3 年