天然氣管道長(zhǎng)輸企業(yè)建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用研究及設(shè)計(jì)

山西國(guó)化能源有限責(zé)任公司

一、引言

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，“十一五”以來，在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的拉動(dòng)下，煤炭消費(fèi)約占商品能源消費(fèi)構(gòu)成的75%，已成為我國(guó)大氣污染的主要來源。大量CO2、SO2氣體及粉塵等的排放，造成生態(tài)環(huán)境的破壞和嚴(yán)重的環(huán)境污染，既影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也影響人民生活和健康。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能耗的大幅度增加，能源和環(huán)境對(duì)可持續(xù)發(fā)展的約束將越來越嚴(yán)重。因此，大力開發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿瓤稍偕茉蠢眉夹g(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施，同時(shí)，也是保證我國(guó)能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

天然氣管道輸氣是天然氣輸送的主要方式，具有運(yùn)輸成本低、占地少、建設(shè)快、油氣運(yùn)輸量大、安全性能高等優(yōu)勢(shì)。天然氣管道長(zhǎng)輸企業(yè)鋪設(shè)長(zhǎng)輸管線，沿管線建立各類輸氣站場(chǎng)，站場(chǎng)的選址一般在城鎮(zhèn)周邊或空曠處，分布廣，每個(gè)站的布局分散、單站建設(shè)面積小，人員配備少，同時(shí)站場(chǎng)用電負(fù)荷不大，如果因地制宜的在管線沿線各輸氣站場(chǎng)建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，自發(fā)自用多余電量上網(wǎng)，充分利用當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源，替代和減少化石能源消耗，將有效降低企業(yè)運(yùn)行成本，并且提升企業(yè)社會(huì)形象。

二、天然氣站場(chǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)可行性研究

（一）建設(shè)難點(diǎn)

天然氣輸氣站場(chǎng)在建設(shè)過程中，根據(jù)GB50183《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)施距離輔助生產(chǎn)設(shè)施的安全距離必須滿足12米的最低要求，因此輸氣站場(chǎng)內(nèi)具備建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的面積并不大，除去道路、回車場(chǎng)地以外，可利用空間包括站場(chǎng)內(nèi)的綠化區(qū)域及建筑物屋頂。

而為達(dá)到光伏發(fā)電系統(tǒng)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的要求，每個(gè)站場(chǎng)的光伏系統(tǒng)發(fā)電量應(yīng)大于站場(chǎng)用電量，根據(jù)發(fā)電量確定太陽(yáng)能板的安裝面積。

國(guó)化公司18個(gè)分輸站場(chǎng)實(shí)際用電情統(tǒng)計(jì)表（見表1）：

根據(jù)計(jì)算，場(chǎng)站日均用電量126 kW h，年用電量45825 kW h。

站場(chǎng)平均電費(fèi)為0.804899元/度，上網(wǎng)補(bǔ)貼后電價(jià)為0.652元/度（標(biāo)煤上網(wǎng)電價(jià)+補(bǔ)貼電價(jià)），因此每個(gè)輸氣站場(chǎng)的最低裝機(jī)容量大于站場(chǎng)的年用電量才能使收益最大化。

光伏電站發(fā)電量采用以下公式計(jì)算：

式中：

L——并網(wǎng)光伏電站年發(fā)電量；

W——并網(wǎng)光伏電站裝機(jī)容量；

H——年峰值日照小時(shí)數(shù)；

η——光伏電站系統(tǒng)總效率；

年峰值日照小時(shí)數(shù)H：通過調(diào)查山西省日照資源分布情況如下：晉中市年平均峰值日照小時(shí)數(shù)4.46 h/d；長(zhǎng)治市年平均峰值日照小時(shí)數(shù)4.34 h/d；晉城市年平均峰值日照小時(shí)數(shù)4.18 h/d；臨汾市年平均峰值日照小時(shí)數(shù)4.33 h/d；運(yùn)城市年平均峰值日照小時(shí)數(shù)4.14 h/d。這里年峰值日照小時(shí)數(shù)H取1400小時(shí)。

光伏電站系統(tǒng)總效率η：光伏系統(tǒng)額效率主要受溫度、霧霾積雪、設(shè)備損失等因素影響，這里效率取0.8。

經(jīng)計(jì)算每個(gè)輸氣站場(chǎng)的最低裝機(jī)容量為：

在平面屋頂或地面上，光伏發(fā)電建設(shè)單位功率約為70W/平方米，因此每個(gè)輸氣站內(nèi)最少需要建設(shè)面積585平方米。

典型站場(chǎng)的占地面積見表2：（單位：平方米）

因此，除在綜合樓屋頂防止光伏設(shè)施外，需要另外安排在空地上安放太陽(yáng)能車棚或者利用場(chǎng)站周邊綠化用地建設(shè)高支架光伏設(shè)施，以提高裝機(jī)容量，才可以滿足安裝面積要求。為提高效益，可根據(jù)各輸氣站場(chǎng)實(shí)際情況，適當(dāng)增大光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量可使收益最大化。

（二）方案設(shè)計(jì)

目前分布式光伏系統(tǒng)建設(shè)方案成熟，方案選擇應(yīng)綜合考慮：運(yùn)行可靠性、可維護(hù)性、未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等，并結(jié)合電站區(qū)域的氣象條件、地理環(huán)境、施工條件、交通運(yùn)輸?shù)葘?shí)際因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較選用適合大型并網(wǎng)光伏電站使用的解決方案，設(shè)計(jì)方案原理如圖1。

每個(gè)輸氣站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量45～60KW，采用自發(fā)自用，余額上網(wǎng)模式，選擇低壓并網(wǎng)，自發(fā)自用部分直接接入380V配電室，配電室內(nèi)增加一臺(tái)380V并網(wǎng)柜，一臺(tái)380V計(jì)量柜。

表1

表2

根據(jù)建筑立面圖估算，場(chǎng)站能綜合樓屋頂最多安放20kw組件，每塊250w的發(fā)電功率，共80塊組件。在綜合樓前空地上安放太陽(yáng)能車棚或者利用場(chǎng)站周邊綠化用地建設(shè)高支架光伏設(shè)施，以提高裝機(jī)容量，25～40kw左右的太陽(yáng)能車棚或綠地需占地約500～800平米。（每個(gè)多晶硅板尺寸1.65×1×0.04m，且在擺放時(shí)需有一定的間距（見表3）。

圖1

表3

表4

三、天然氣站場(chǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)效益分析

（一）經(jīng)濟(jì)性分析

目前光伏裝機(jī)造價(jià)約為6.5元/w。

在25年的使用壽命期內(nèi)，單晶硅電池板在使用過程中光電轉(zhuǎn)化效率會(huì)降低，首年衰減率為3%，10年衰減10%，25年總衰減率不超過20%。

站內(nèi)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定新投運(yùn)的、采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，全電量度電補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為每千瓦時(shí)0.32元，山西省脫硫上網(wǎng)電價(jià)為0.332元/度。

在不同裝機(jī)容量下的發(fā)電量和收益見表4：

由表4可知，不同裝機(jī)容量下，系統(tǒng)的投資回收周期在6～8年，裝機(jī)容量越大，回收周期越長(zhǎng)，但收益也越大。因此，每個(gè)輸氣站可根據(jù)站場(chǎng)的可利用面積及資金情況合理設(shè)置裝機(jī)容量。

（二）環(huán)境效益

此系統(tǒng)不占用城市中額外的土地進(jìn)行光伏系統(tǒng)的安裝，通過綠色可再生能源對(duì)建筑樓體進(jìn)行節(jié)能減排，滿足能源的可持續(xù)發(fā)展，并且對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染，減少環(huán)境再處理的大量資金投入。同時(shí)使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電將減少火力發(fā)電導(dǎo)致的環(huán)境污染，從而減少國(guó)家治理污染的支出，具有難以估量的間接受益。

在18個(gè)輸氣站場(chǎng)建立60KW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后，年發(fā)電量約106萬kwh，可每年減少二氧化碳排放約106噸，減少二氧化硫排放約3.2噸，減少粉塵排放約29.1噸。

此外，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用還有助于展現(xiàn)我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，其發(fā)展前景十分廣闊，它對(duì)提高人民的環(huán)境保護(hù)和能源意識(shí)，對(duì)可再生能源的應(yīng)用起到良好的展示作用。

四、結(jié)論及建議

無論是根據(jù)國(guó)家能源政策，還是當(dāng)?shù)刂еa(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，分布式光伏發(fā)電都是值得投入的項(xiàng)目，但目前天然氣管道公司建設(shè)分布式光伏電站的意愿并不是很高，究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：

1.從目前的投資效益說，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目不如直接投資管道建設(shè)，直接動(dòng)力不足。

2.分輸站場(chǎng)可利用面積有限，裝機(jī)容量小收益不高。

但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，分布式光伏發(fā)電是企業(yè)踐行綠色發(fā)展的方向，是企業(yè)社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn)，并且能促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗。