北京大兴区5MW屋顶分布式光伏发电项目项目建议书

北京大兴区5MW屋顶分布式光伏项目i北京大兴区5MW屋顶分布式光伏发电项目项目建议书二〇一九年二月

目录TOC\o"1-3"\h\u20426第一章综合说明 3122531.1工程规模 358681.2市区概况 3249231.3太阳能资源 57451.3.1我国太阳能资源 5237091.3.3气象数据 745051.4结论 829901第二章总体方案设计 9111091、光伏发电总体设计方案 9294312、设备选型 9303072.1光伏组件选择的基本原则： 9187222.2逆变器选型 10142183、消防设计 12325964、保护及防雷接地 1223076第三章系统能效分析 12127013.1系统效率 12143743.2发电量计算 13285753.2.1光伏电站 13210303.3投资收益分析（暂时按无国补计算收益） 1543973.3.1光伏电站收益 15235423.4节能减排计算 15289113.4.1光伏电站 1527447第四章运行维护方案 17177184.1光伏阵列的运行维护 17162234.2逆变器的运行维护 18205824.3防雷系统与防雷器的使用与维护 1858884.4结构安全定期检查评估 1811668第五章结论 19北京大兴区5MW小区屋顶分布式光伏项目-第一章综合说明1.1工程规模光伏电站的规模主要考虑所在地区的太阳能资源、土地开发利用规划、电力系统需求情况、项目开发建设条件等因素。从地区太阳能资源分析，保定市太阳能资源丰富，日照时间长、辐射强度高、大气透明度好。从能源资源利用、项目开发条件等方面综合分析，并结合用电计划，本项目在北京生物工程与医药产业基地标准厂房和北京密码小区屋顶共预计建设5MW分布式光伏发电系统，以自发自用余电上网模式并网。综合本地电网情况，本工程分布式发电项目按照380V接入，最终接入系统方案以接入系统审查意见为准。1.2市区概况北京位于东经115.7°—117.4°，北纬39.4°—41.6°，中心位于北纬39°54′20″，东经116°25′29″，总面积16410.54平方千米。位于\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"华北平原北部，毗邻\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"渤海湾，上靠\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"辽东半岛，下临\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"山东半岛。北京与天津相邻，并与天津一起被河北省环绕。北京市山区面积10200平方千米，约占总面积的62%，平原区面积为6200平方千米，约占总面积的38%。

北京的地形西北高，东南低。北京市平均海拔43.5米。北京平原的海拔高度在20～60米，山地一般海拔1000～1500米。北京西部为\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"西山属\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"太行山脉；北部和东北部为\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"军都山属\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"燕山山脉。最高的山峰为京西\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"门头沟区的\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"东灵山，海拔2303米。最低的地面为通州区东南边界。两山在南口关沟相交，形成一个向东南展开的半圆形大山弯，人们称之为“北京弯”，它所围绕的小平原即为\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"北京小平原。诚如古人所言：“\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"幽州之地，左环\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"沧海，右拥\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"太行，北枕\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"居庸，南襟\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"河济，诚\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"天府之国”。

2）北京的气候为典型的\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"北温带半\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"湿润\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"无霜期180～200天，西部山区较短。2007年平均降雨量483.9毫米，为\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"华北地区降雨最多的地区之一。降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月有大雨。

北京太阳辐射量全年平均为112～136千卡/厘米。两个高值区分别分布在\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"延庆盆地及\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"密云县西北部至\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"怀柔东部一带，年辐射量均在135千卡/厘米以上；低值区位于\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"房山区的霞云岭附近，年辐射量为112千卡/厘米。北京年平均日照时数在2000～2800小时之间。最大值在延庆县和\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"古北口，为2800小时以上，最小值分布在\t"/item/%E5%8C%97%E4%BA%AC/_blank"霞云岭，日照为2063小时。夏季正当雨季，日照时数减少，月日照在230小时左右；秋季日照时数虽没有春季多，但比夏季要多，月日照230～245小时；冬季是一年中日照时数最少季节，月日照不足200小时，一般在170～190小时。3)项目拟建地点：北京生物工程与医药产业基地标准厂房北京密码小区从上面地区可以看出，在此地区预安装5MW的太阳能光伏发电站，根据总装机容量、倾斜面辐照量、系统效率以及光伏组件标称效率衰减等，计算出5MW光伏电站25年年均发电量约528.63万kWh，25年总发电量为13215.69万Wh。1.3太阳能资源由全国太阳能资源分布图可知，该场区太阳能资源较丰富区。同时，推算项目区域水平面年总辐射量为1480kWh/m²（5328MJ/m²），位于年辐射量为5040MJ/m²~6300MJ/m²之间。根据《太阳能资源评估方法》（QX/T89-2008），该场区属于太阳能资源较丰富带，太阳能辐射等级为二类地区。1.3.1我国太阳能资源我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/m²天以上，与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。I、II、III类地区约占全国总面积的2/3以上，年太阳辐射总量高于5000MJ/m²，年日照时数大于2000h，具有利用太阳能的良好条件。太阳能资源是以太阳总辐射量表示的，一个国家或一个地区的太阳总辐射量主要取决所处纬度、海拔高度和天空的云量。根据《太阳能资源评估方法》（QX/T00389-2008），太阳能资源丰富程度等级划带分布如下图1.2-1及表1.2-1。图1.2-1中国水平面太阳辐射分布图表1.2-1中国水平面太阳辐射等级划分表等级资源带号年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（kWh/m2）平均日辐射量（kWh/m2/day）最丰富带I≥6300≥1750≥4.8很丰富带II5040–63001400–17503.8–4.8较丰富带III3780–50401050–14002.9–3.8一般IV<3780<1050<2.9从大兴安岭南麓向西南穿过河套，向南沿青藏高原东侧直至西藏南部，形成一条等值线。此线以西为太阳能日照丰富地区，年日照时≥3000小时，这是这些地区位处内陆，全年气候干旱、云量稀少所致。按照全国太阳能日照资源分为：最丰富带（≥3000小时/年）、很丰富带（2400-3000小时/年）、较丰富带（1600-2400小时/年）和一般带（≤1600小时/年）4个区域。我国全年日照时数分布图如图1.2-2所示：图1.2-2我国全年日照时数分布图根据气象部门的调查测算：我国太阳能年总辐射量最大值在青藏高原，高达10100MJ/m²，最小值在四川盆地，仅3300MJ/m²。1.3.3气象数据在光伏电站设计中，一般在未收集到气象站辐射数据时，或者气象站离项目站址的距离较远，都会借助公共气象数据库（包括卫星观测数据）或商业气象（辐射）软件包进行对比分析，本文主要借助该数据进行项目场址光资源分析。气象NASA中的辐射数据默认的辐射量算法是插值算法。其基本原理是，以全球范围内的8000多个观测站数据作为基础数据库，当输入任意一个站点经纬度时，软件自动在以站点为中心1000km范围内搜索观测站，然后通过插值算法将参考气象站数据折算成所需站点数据。该软件可查取到距项目场址最近的2~3个有辐射观测数据气象站，采用国际能源署1992年公布的谢氏权值插值公式，拟合计算出一组项目场地的太阳辐照数据，该软件广泛应用于无辐射气象站地区的太阳能资源评价。北京位于东经115.7°—117.4°，北纬39.4°—41.6°，中心位于北纬39°54′20″，东经116°25′29″，总面积16410.54平方千米。根据NASA数据可知当地基本辐照数据情况如下表。北京市全年总辐射量1480kWh/m2，从年内变化量来看，以夏季最大，冬季最小，总辐射比较大的月份分布在4、5、6月，其中6月最大，总辐射比较小的月份分布在11月、12月、1月，其中12月份最小。项目年平均辐射量按5328MJ/m²取值，根据《太阳能资源评估方法》（QX/T89-2008）中太阳能资源丰富程度的分级评估方法，该区域的太阳能资源丰富程度属二类区，即“资源丰富区”（5040MJ/m²~6300MJ/m²），保证项目有较高的发电量和较好的开发前景。综上所述，本项目场址太阳能资源丰富，日照时间长，年际变化基本趋势稳定，最佳利用时间集中，具备开发建设太阳能光伏发电项目的资源条件。1.4结论综上所述，建成投运后，通过开发当地太阳能资源，不仅可以满足厂区电力负荷需求，为当地电网提供清洁电能，还可以推动当地各产业的蓬勃发展，具有明显的经济和社会意义。建设本项目，符合国家能源产业政策，对优化区域能源结构、保护区域环境、拉动地方经济、推进能源工业可持续发展具有重要作用。

第二章总体方案设计1、光伏发电总体设计方案本项目为屋顶分布式光伏项目，根据项目用地及用电情况，采用分布式建设模式，北京生物工程与医药产业基地标准厂房共19栋楼，每月用电57.4万度，预计共安装3MW光伏发电系统，每月可发电约28.69万度，可全部自用，本项目全部采用310Wp单晶硅光伏组件，同时选用组串式逆变器。北京密码小区共6栋楼，每月用电量58.56万度，预计共安装2MW光伏发电系统，2MW系统预计每月可发电19.13万度，可全部自用，本项目全部采用310Wp单晶硅光伏组件，同时选用组串式逆变器。2、设备选型2.1光伏组件选择的基本原则：多晶体硅电池由于制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点，被广泛应用于大型并网光伏电站项目。在产品技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，综合考虑本工程组件选用310W单晶硅光伏组件。基本参数如下：单晶硅光伏组件单块参数峰值功率（Wp）310开路电压（V）39.5峰值电压（V）33.1短路电流（A）9.88峰值电流（A）9.38短路电流温度系数（%/℃）+0.06开路电压温度系数（%/℃）-0.37最大功率温度系数（%/℃）-0.45重量（kg）18.5预留线缆长度(mm)1000工作温度（℃）-40~+85最大系统电压（VDC）10002.2逆变器选型作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。结合国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》Q/GDW617-2011的及其它相关规范的要求，在本工程中逆变器的选型主要考虑以下技术指标：（1）转换效率高本工程要求大容量逆变器在额定负载时效率不低于95％，在逆变器额定负载10%的情况下，也要保证90％（大功率逆变器）以上的转换效率。选型过程中应选择欧洲效率高的逆变器。根据《光伏制造行业规范条件（2015年本）》要求，“不含变压器型的光伏逆变器中国加权效率不得低于98%”。（2）直流输入电压范围宽组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可利用日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量，延长发电时间，增加发电量。（3）最大功率点跟踪MPPT跟踪指标表征着其追踪光伏组串最大功率点的能力，影响组件发电量的环境原因主要有早晚阴影对下排组件遮挡、灰尘覆盖不均匀、组件衰减不一致、线缆长度导致的直流压降不同等。MPPT跟踪路数：表征着每台逆变器能够追踪到最大功率点的个数；MPPT跟踪效率：按照目前光伏逆变技术的平均水平，通常要求逆变器的MPPT静态效率不得低于99%，MPPT动态效率不低于98%。（4）输出电流谐波含量低，功率因数高光伏电站接入电网后，并网点的谐波电压及总谐波电流分量应满足GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》的规定，要求谐波含量低于3%，逆变器功率因数接近于1。（5）具有保护功能根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。（6）监控和数据采集逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。综合考虑以上技术指标，在本工程选用组串式逆变器20-60kW。

3、消防设计本工程消防总体设计采用综合消防技术措施，根据消防系统的功能要求，从防火、灭火、排烟、救生等方面作完善的设计，力争做到防患于未“燃”，减少火灾发生的可能，一旦发生也能在短时间内予以扑灭，使火灾损失减少到最低程度。4、保护及防雷接地本工程光伏方阵阵列组件采用发电单元外轮廓的铝合金外框作为防止直击雷过电压保护接闪器，发电单元的铝合金外框与其钢支架可靠连接后，通过50*5扁铁与屋顶所建防雷接地主网连接。光伏阵列按三级防雷等级考虑，接地网接地电阻应不大于4欧姆，接地电阻以实测为准，如达不到，可采取加装人工接地极或降阻剂满足要求。第三章系统能效分析3.1系统效率根据《GB50797光伏发电站设计规范》，光伏发电站发电量可按下式计算：式中，——水平面太阳能总辐照量（kWh•h/m2，峰值小时数）；——发电量（kW•h）；——标准条件下的辐照度（常数=1kW•h/m2）；——组件装机容量（kWp）——综合效率。综合效率系数K包括：光伏组件类型修正系数、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线缆损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数。1）关于综合效率系数K的计算η1为光伏组件类型修正系数，一般晶体硅电池取1.0；η2为光伏方阵的倾角、方位角修正系数，由于此处已经将水平面太阳辐射量转化为光伏方阵阵列表面的太阳辐射量，计算发电量采取的是光伏方阵阵列表面的太阳辐射量，修正系数取1.0；η3为光伏发电系统可用率，根据经验，一般取98%；η4为光照利用率，由于本方案中光伏系统设计符合相关设计标准，满足在项目地真太阳时上午9时至下午15时内无阴影遮挡，因此，取1.0。η5为逆变器利用率，本方案中选取的逆变器效率为99.5%。η6为集电线缆效率修正系数，本设计方案中线路损耗约3%，即集电线缆效率约为97%；η7为光伏组件表面脏污修正系数，根据经验，一般取95%。η8为光伏组件转换效率修正系数，综合考虑所选用组件的温度系数、组件失配损失等因素，此处选取光伏组件转换效率修正系数93%。综上所述，发电系统综合效率系数K1等于上述各部分效率的乘积，即：K1=η1×η2×……×η8≈80.25%2）系统发电量的衰减光伏组件的输出功率在光照及常规大气环境中使用会有衰减，根据本项目拟采用的多晶硅太阳电池组件性能，最大极限按系统25年输出功率衰减20.0%计算。3）并网光伏系统发电量的测算项目光伏组件在彩钢瓦屋顶采用平铺方式直接安装，在水泥屋顶采用15°倾斜安装。结合系统总效率及太阳辐射数据，根据式1可以计算出每年的发电量和年均发电量，即：3.2发电量计算3.2.1光伏电站采用310W单晶组件共计16260块，总装机容量约为5.04MWp。根据计算结果，25年年均发电量约528.63万kWh，25年总发电量为13215.69万Wh。首年利用小时数为1158.0小时，25年年平均利用小时数1048.7小时。年份累计衰减率（%）每年发电量(kWh）等效发电小时数（h）12.55837052.601158.023.25787163.271148.133.95737273.931138.244.65687384.591128.355.35637495.251118.4665587605.911108.576.75537716.571098.687.45487827.241088.798.15437937.901078.8108.85388048.561068.9119.55348137.091061.01210.25308225.621053.11310.95268314.151045.21411.65228402.671037.31512.35188491.201029.316135148579.731021.41713.75108668.261013.51814.45068756.791005.61915.15028845.32997.72015.84988933.85989.82116.54949022.38981.82217.24909110.91973.92317.94869199.44966.02418.64829287.97958.12519.34789376.50950.225年总和19.3%132156857.6926218.525年平均5286274.311048.73.3投资收益分析（暂时按无国补计算收益）电价补贴计算（按自发自用余电上网计算）北京市补贴：0.3元/度（5年）根据工商业自发自用光伏发电项目用电约定：用电电价约为0.75元/度。3.3.1光伏电站收益前5年收益=2868.64万度×（0.75+0.3）元/度=3012.07万元后20年收益=10347.05万度×0.75元/度=7760.29万元25年总收益=10772.36万元项目投资=5040600W×4.2元/W=2117.05万元（估值）根据发电量统计表，预计3.5年回收成本。3.4节能减排计算3.4.1光伏电站整个系统25年总发电13215.69万度，每发一万度电就可以替代3.6吨标准煤，这样25年就节省了4.76万吨标准煤，同时年可以减排的有害气体如下：总发电量（kWh）：132156857.69煤的价格（元/吨）700.00节约标准煤(t):47576.47节约效益（元）：33303528.14减排二氧化碳（t）：116881.11减排效益（元）：24369711.61减排二氧化硫（t）：785.01减排效益（元）：989114.79减排氮化物（t）：742.19减排效益（元）：1484385.83减排粉尘（t）：456.73减排效益（元）：251203.76参数二氧化碳二氧化硫氮化物粉尘总体减排效益（元）：60397944.11排放系数（/t）2.60.0220.010.017单位减排效益（元）208.512602000550

第四章运行维护方案为满足光伏阵列的维护和光伏组件的更换，在适当的位置预留检修及维护通道。经过十几年的实际运行情况分析表明，光伏系统的运行对维护的要求很低，基本不需要特别维护与维修。光伏系统中最可靠的是包含组件、直流接线盒（箱）以及直流线缆的光伏阵列，即使出现问题也多是旁路二极管或防逆流二极管。在光伏系统极少发生的故障中，光伏阵列的故障只占5%，更多的是逆变器的故障，占到53%，其他故障（保险丝、电表柜等）占10%。由于光伏系统对维护的要求不高，通过简单的日常检查及相应处理即能够很好地保证光伏系统的良好运行。但是，由于光伏系统的运行与维护具有一定危险性，专业技术人员或经专业培训的人员方可上岗。且在系统试运行阶段之前应建立完整的运行与维护规程，建立严格的管理制度，备齐安全措施、各种检修与巡查工具。4.1光伏阵列的运行维护光伏阵列是光伏系统中最稳定，最不容易出现故障的组成部分，但考虑到灰尘、鸟粪、塑料袋等杂物的遮挡可造成系统效率降低，进而影响系统的功率输出，合理及时地维护非常有必要。由于秋冬季节一般风尘较大，所以在每年的秋冬季节，对组件进行定期的清洗，对保证系统的功率输出非常有必要；对靠近地面、公路的光伏阵列，发现有灰尘需要及时清理。清理（洗）时用海绵蘸水擦拭或水龙头冲洗即可，不能用硬物、刷子，不能用有可能腐蚀组件或电缆的溶液。每月至少安排人员作一次巡查，发现有明显的异物（塑料袋、树叶、纸屑、鸟粪等）在太阳能电池组件上，应及时将其清理掉。如果没有自动数据采集设备，还需要每个月记录发电的数据；对于带有自动记录设备的，需要每个月或定期了解数据情况，需要下载或转存时及时操作。每半年对直流汇线盒（箱）进行一次巡检，确定没有虫子、没有潮气等，检查相关的保险丝；每半年需要检查避雷装置（防浪涌装置等）是否动作，每次雷电之后也需要检查；每半年检查一次线缆，看是否有烧焦、绝缘破坏以及其他破坏（被老鼠咬等），电缆连接头以及电缆固定点是否松动。每三到四年请专业技术人员重复一次试运行