光伏并网供电系统在客运码头的应用

    张光伟　徐施翮

    

    

    摘 要：客运旅游码头最大的耗电项目是夜间照明及景观亮化，利用光伏并网供电系统可有效降低码头建造及运营成本，同时显著提高节能减排效率。

    关键词：光伏供电 并网 客运码头 太阳能 节能减排

    武汉国博中心是中西部最大、全国第三大的展览场馆。武汉国博客运码头位于国博中心后方江滩，主要功能是为日常轮渡客运、大型展会期间游客疏散及水上旅游观光。该码头采用浮码头结构型式，前沿设两艘靠泊趸船，通过活动钢引桥及固定架空观景长廊与国博中心平台连接。因码头位于国博中心景观带，夜间照明及亮化要求均较高，照明及亮化用电负荷也较大，采用传统岸电供电方式设备投资较大，码头长期运营成本也较高。

    而武汉地区太阳能资源丰富，且太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染，设备投资不高，运营过程中转换的电能在自用富余的情况下可外卖产生一定的经济效益。因此，本码头照明及亮化采用了光伏并网供电。

    光伏供电特点

    美观和谐。太阳能光伏组件安装不会破坏趸船安全性能，与趸船建筑合为一体，不影响建筑外观。安装后趸船整体效果可视性强，使游客可直接感受到太阳能绿色照明的科技效果。

    功能性强。太阳能光伏供电系统可为趸船照明亮化灯具、小功率电器供电，满足日常照明用电需求，其景观支架还可起到遮风、遮阳或挡雨的作用。

    安全可靠。此系统采用光、电互补供电方式：光、电互补系统可做到稳定、正常的供电，在任何恶劣的天气下都可以保证正常供电需求并且该系统具有良好的兼容性，整个转化系统全部自动化控制，无需人员看管；保证了系统的稳定性。

    示范效果。趸船采用太阳能光伏发电系统既能展示太阳能光伏景观一体化合理运用，又能起到宣传清洁能源、加强市民的环保意识的作用，体现两型社会的发展需求，保证水上资源可持续性发展。

    合理利用资源。风力与太阳能同属新能源开发的范畴，但长江武汉段属于风力资源相对贫乏地区，投资回报率小。综合考虑投资成本因素，不建议采用风能发电，而采用投资回报率高的太阳能为当前新能源发展的趋势。水上环境建筑物遮挡较少，光电转换利用效率大大提高。

    光伏供电方案选择

    一般太阳能光伏供电系统可分为离网供电系统和并网供电系统。

    光伏离网供电系统由太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器以及离网逆变器组成，太阳能充放电控制器对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。

    光伏并网供电系统是将光伏阵列产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。

    为确定本项目选择何种供电系统，我们从以下几个方面对两种系统进行对比分析：①安装及使用成本。与并网系统相比，离网系统中需增设蓄电池和充放电控制器，成本相对较高，一般同功率离网系统报价是并网系统报价的1.5倍以上。同时，蓄电池使用寿命较短，一般在3～5年左右，更换电池成本较高。另外离网系统日常维护工作量及费用均较并网系统高。②发电及使用效率。离网系统的蓄电池在电量充满后，电池板所发电力将会大部分被浪费，既达不到节能的目的，又降低了系统的实际运行效率。而并网系统中并网逆变器最大效率较高（可达到 97%），多余的电量可向电网传输产生经济效益；并网系统中省去了充放电控制器、蓄电池，从而也不用考虑其损失的效率。③系统运行可靠性。并网系统中的设备设计使用寿命为25年，而离网系统中的设备设计寿命一般为8～10年。在较短的运行时间内，在可靠性方面也有所区别。离网系统部件较多，故障点相应增加，降低了可靠性，且蓄电池的性能会随着使用时间有所下降；市电互补系统虽然能够提高系统在阴雨天气或故障情况下的可靠性，但其切换时对负载及设备本身造成的冲击也是系统故障的重要诱因。并网光伏系统没有任何储能和切换单元，电力是由系统自动调配，且设备始终自动调控在最佳工作状态下运行，性能稳定，可靠性高。④环保性。相对并网系统而言，离网系统中需要使用蓄电池对产生的电能进行存储，蓄电池大量使用原材料金属铅，蓄电池废弃处理不当时可能会对环境产生严重污染，而并网系统不存在这种污染风险。

    综合以上几点，本项目选择了光伏并网供电系统。

    设计方案

    在旅游观光趸船上安装一套独立光伏发电系统，共安装255Wp多晶硅光伏组件160块，总装机功率共计约40KWp，使用2台20KW/AC380V并网逆变器，并配置相应配套监控系统。通过太阳能光伏组件将太阳能转换为电能，通过并网控制系统、逆变系统将电能转化为交流电并入趸船局域电网供给趸船负载使用，余电并网。光伏并网电气主接线图如图1所示。

    太阳能光伏组件通过支架安装在趸船顶棚上，采用阵列式安装，角度10～15°，支架地脚与趸船顶棚顶面直接焊接。趸船光伏建筑一体化既美观大方又具有很好的防风能力，十分适合趸船的自然环境。光伏阵列安装布置如图1所示。

    节能减排效果

    该工程趸船光伏系统使用太阳能电池板总功率为40000Wp，电费按1.48元/度计算，其节能减排指标如下：

    由上表可以看出，与传统岸电供电相比，本项目采用并网供电系统节能减排效果非常显著。而系统投资成本也相对于传统岸电供电更低。

    结语

    我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应尤为强烈。太阳能作为可再生新型能源，有“取之不尽、用之不竭”的优势，太阳能发电过程无任何有害物质的排放、零噪声，作为绿色安全型新能源，为国家倡行节能减排、新能源开发政策起到积极的推动作用，太阳能光伏并网供电在水运行业尤其是客运码头领域具有广阔的应用前景。

    参考文献：

    [1] 李芳，沈辉，许家瑞，陈维. 光伏建筑一体化的现状与发展[ J ].电源技术，2007（8）：659-662.

    [2] 赵平，严玉廷. 并网光伏发电系统对电网影响的研究[ J ]. 电气技术，2009（3）：41-44.

    （作者单位：中交武汉港湾工程设计研究院有限公司）