屋顶光伏发电示范项目EPC工程总承包工程设计方案

屋顶光伏发电示范项目EPC工程总承包工程设计方案1.综述本项目所建6.1872MW光伏发电工程的主体建筑为某农副产品物流中心屋面，位于某市某开发区，项目所在地经纬度为东经118.52°、北纬31.59°。拟利用#1、#4、#5、#6、#7及冷库屋面安装光伏组件及电气设备。其中#1、#4、#5、#6、#7区为轻钢屋面，彩钢板中间设有采光带，可利用面积约4.7万平方米。冷库屋面为混凝土结构，共分为3栋建筑，可利用面积为1.7万平方米。接入系统设计批复为10千伏接入；组件方阵计划采用固定式安装。2．软件分析2.1太阳辐射量分析结果固定式安装的倾角选择取决于诸多因素，如：地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件等。但根据本项目屋面特点，鉴于屋面类型基本属于彩钢板，确定本项目采用平铺方式进行布置。利用加拿大自然资源部联合美国NASA联合开发的RETScreen软件模拟分析,得出平铺时辐射量。程序模拟分析见图2-1：图2-1水平面太阳辐射量通过RETScreen软件分析，当光伏组件阵列平铺时，日照辐射量3.16kWh/m2/d。2.2系统效率计算影响发电量的关键因素是系统效率，系统效率主要考虑的因素有：灰尘、雨水遮挡引起的效率降低、温度引起的效率降低、组件串联不匹配产生的效率降低、逆变器的功率损耗、直流交流部分线缆功率损耗、变压器功率损耗、跟踪系统的精度等等。表2-1系统效率估算修正系统统计表序号效率损失项目修正系数电站的系统效率1灰尘及雨水遮挡引起的效率降低94％80.0％2温度引起的效率降低97％3并网逆变器的功率损耗97%4变压器的功率损耗98%5组件串并联不匹配产生的效率降低97%6交、直流部分线缆功率损耗98%7其它损失（含维修期停电检修、弱光性等）97%本工程考虑气候变化等不可遇见自然现象，设计系统效率修正为80%，并以此数据进一步估算光伏电站的年发电量。2.3发电量计算根据RETScreen软件分析得到本工程所在区域年平均每天太阳辐射量为3.16kWh/m2/d，全年日照辐射总量约1153.4kWh/m2。折合标准日照条件（1000W/m2）下日照峰值小时数为1153.4小时。年发电利用小时数（发电当量小时数）初始值：1153.4×80%（系统效率）≌923小时；组件安装容量以6.1872MWp计；光伏组件光电转换效率逐年衰减，整个光伏发电系统25年寿命期内平均年有效利用小时数也随之逐年降低，本工程所采用的光伏组件每年衰减不超过0.8%。第N年发电量＝初始年发电量×（1-组件衰减）因此，本光伏项目年发电量估算如表2-3。25年内年平均发电小时数：826.76h，年平均发电量511.53万度；25年内总发电利用小时数：20669h，总发电量：12788万度。表2-2各年平均发电量年份发电量（万度）年份发电量（万度）1566.3414506.962561.7715502.403557.2016497.834552.6417493.265548.0718488.696543.5019484.137538.9320479.568534.3721474.999529.8022470.4310525.2323465.8611520.6724461.2912516.1025456.7213511.5325年总发电量12788年平均发电量511.533．光伏组件3.1光伏组件选择3.1.1太阳电池概述太阳能光伏系统中最重要的是电池，是收集阳光的基本单位。大量的电池合成在一起构成光伏组件。太阳能光伏电池主要有：晶体硅电池（包括单晶硅Mono-Si、多晶硅Multi-Si、带状硅Ribbon/Sheet-Si）、非晶硅电池（a-Si）、非硅光伏电池（包括硒化铜铟CIS、碲化镉CdTe）。目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的，2007年占88％左右；薄膜电池中非晶硅薄膜电池占据薄膜电池大多数的市场。从产业角度来划分，可以把太阳能光伏电池划分为硅基电池和非硅电池，硅基电池以较佳的性价比和成熟的技术，占据了绝大多数的市场份额。未来随着光伏电池技术的发展，染料敏化太阳能光伏电池、聚合物太阳能光伏电池等有望取代硅基电池的优势地位。3.1.2太阳电池组件主要技术参数本工程拟选用高效240Wp多晶硅电池组件，组件效率为14.7％。本期6.1872MWp光伏电站共采用25780块电池组件，每个支路由20块240Wp电池组件串联而成。240Wp电池组件的参数如下：组件种类单位多晶体硅峰值功率W240开路电压V37.5短路电流A8.65工作电压V29.5工作电流A8.14外形尺寸mm1650×990×50重量kg19.5峰值功率温度系数%/℃-0.45开路电压温度系数%/℃-0.37短路电流温度系数%/℃0.0610年功率衰降%≤1025年功率衰降%≤20组件光电转换效率%14.7以上数据是在标准条件下测得的，即:电池温度为25℃，太阳辐射为1000W/m2、地面标准太阳光谱辐照度分布为AM1.5。3.2方阵组件布置原则光伏方阵的排布是电站设计的主要工作内容之一，其好坏直接影响未来电站发电量的多少，并最终影响整个项目的经济效益。本工程中，光伏电池板支撑采用固定支架,平铺方式进行布置。在安装方阵时，如果方阵前面有树木或建筑物等遮挡物，其阴影会挡住方阵的阳光，所以必须首先计算遮挡物阴影的长度，以确定方阵与遮挡物之间的最小距离。对于遮挡物阴影的长度，一般确定的原则是，冬至日上午9：00至下午3：00之间，后排的光伏电池方阵不应被遮挡。光伏最终布置方案见总图。4.电气4.1整体技术方案根据招标书要求，本期项目电站装设Aide太阳能组件，组件型号为XZST-220W，共计6000片组件，峰值功率为220*6000=1320kW，每20片组件串联为一串，共计300组并联。分为5个发电单元。每个单元接线形式如下：每15组组件接入一个汇流箱，2个汇流箱并联接入一个125kW的逆变器，每2组逆变器转换为AC400V后并联接入交流配电柜，最后经一个300kVA的变压器升压为23kV后送出。本项目场址地形平坦、开阔，太阳电池方阵布置条件好。为了方便电站运行管理，结合项目文件及业主要求本工程设计为Aide太阳能公司的XZST-220W晶硅太阳电池组件。逆变器采用Zigor股份公司的型号为Sunzet125MV的逆变器，支架对应采用固定支架系统。4.2光伏电池组件的串、并联设计光伏电池组件经串联、并联组成，一个光伏电池方阵即为一个光伏发电单元系统，包括1台逆变器与对应的n组光伏电池组串、直流连接电缆等。光伏电池组件串联的数量由并网逆变器的最高输入电压和最低工作电压，以及光伏电池组件允许的最大系统电压所确定，串联后称为光伏电池组串；光伏电池组串并联的数量由逆变器的额定容量确定。光伏电池组件的输出电压随着工作温度的变化而变化，因此需对串联后的光伏组件串的输出电压进行温度校验。根据PVSYST软件计算结果，本工程晶硅组件设计为20个模块一串。15串并联后接入汇流箱。直流系统主要设备安装方式：汇流箱可直接安装在电池组件支架上，户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；直流防雷配电柜、逆变器、交流配电柜、干式升压变均安装在逆变升压配电室内。4.3短路电流计算由于缺少系统相关资料，本次站内电气设备选择及导线、电缆热稳定截面校验按23kV系统31.5kA设计；400kV系统20kA设计。4.4光伏电站太阳电池组件及逆变器选型结合项目文件及业主要求本工程设计为Aide太阳能公司的XZST-220W单晶硅太阳电池组件。逆变器采用Zigor股份公司的型号为Sunzet125MV的逆变器，支架对应采用固定支架系统。XZST-220W单晶硅组件共计6000片，Sunzet125MV的逆变器共计10台。Sunzet125MV的逆变器自带绝缘变压器，额定交流输出功率125kW。4.5电气设备选择(1)XZST-220W单晶硅电池组件(2)直流防雷汇流箱(3)直流防雷配电柜(4)Sunzet125MV型逆变器(5)低压配电柜配带有长延时+短延时+瞬时+接地故障保护的断路器，可有效切断故障电流。(6)升压变压器升压变压器采用两相户内干式变压器型号：300kVA，400/23000V，YND11，Ud=6%额定容量：300kVA(7)高压配电柜配限流熔断器+负荷开关，提供精确的始熔曲线和熔断曲线，以保证熔断器具有精确的时间-电流特性；有良好的抗老化能力；达到熔断值时能够快速熔断；要有良好的切断故障电流能力，可有效切断故障电流。(7)就地电缆选择连接电缆共有直流和交流两大类：(a)直流侧电缆要以减少线损并防止外界干扰的原则选型，选用双绝缘防紫外线阻燃铜芯电缆，电缆性能符合GB/T18950-2003性能测试的要求；(b)交流侧需要考虑敷设的形式和安全来选择，采用多股铜芯耐火阻燃电缆；(c)直流侧的电缆连接需采用工业防水快速接插件来与光伏组件连接。(8)主要设备技术参数（列表）(a)并网逆变器生产厂家Zigor股份有限公司逆变器型号Sunzet125MV单机额定功率125kW逆变器数量10台总功率1250kWp运行电压350~720V(b)晶体硅太阳电池组件技术参数太阳电池种类多晶硅太阳能电池组件太阳电池生产厂家Aide太阳能太阳电池组件型号XZST-220W4.6电气设备布置本工程5个发电单元集中设置一个逆变升压站。每个发电单元升压成23kV，最后经一个出线将本工程的5个发电单元集中送出。光伏发电区域：逆变器、升压变压器和23kV出线柜放置在逆变升压配电室，两组逆变器和升压变同侧布置于逆变器室，23kV开关柜和站用变布置于配电装置室，二次设备及监控系统布置于二次设备室，逆变升压配电室居中布置于1MWp光伏发电分系统的中央位置，便于直流电缆引接，节省电缆，降低电压损失。1.25MW逆变升压站内还需布置23kV配电室、与系统相连的二次设备室。由于接入系统尚不明确，与接入系统有关的二次部分的设计与施工均不在本次投标范围内。故本方案仅预留系统二次设备的位置。在厂区西南位置设置视频监测室及仓库。该视频监测室仅为厂区及逆变器升压站房的闭路电视监控。4.7防雷接地4.7.1直击雷防护(1)太阳电池方阵区域直击雷防护：在光伏阵列区域不设置避雷针，利用在电池金属框的下边，设置环形扁钢（避雷带），作为直击雷防护设施。(2)其他区域直击雷防护：在逆变升压配电室等建筑物屋顶设置避雷带用于直击雷防护。交流侧的直击雷防护按照电力系统行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》进行。4.7.2感应雷防护在太阳能组件的不同控制部分，分别设置二次防雷模块，避免其受感应雷和操作过电压冲击。4.7.3接地光伏发电区域的接地网采用水平地网与垂直接地极相结合的复合接地网方式。整个水平地网做成“田字格模式”。对太阳电池方阵，将每排的电池支架连为一体，并就近与水平地网相连（连接点不小于2点）。保护接地、工作接地采用共网接地方式；接地电阻值按不大于4Ω考虑。逆变升压站的接地网采用以水平接地网为主垂直接地网为辅的复合地网。水平接及设备接地引下线均采用Φ15.8镀铜圆钢；Φ17.2镀铜钢棒作为垂直接地体。以满足不小于0.5Ω的阻值要求。当不满足阻值要求时可根据实际情况采取相应的措施。4.8照明与检修4.8.1常用照明保安室、仓库采用荧光灯。逆变升压室及23kV配电装置室采用吊灯壁灯相结合的方式，光源为节能灯。室外照明采用草坪灯或庭院灯的照明方式。4.8.2事故照明主控制室事故照明电源引自开关柜内的UPS电源，事故情况下自动投入。4.8.3检修检修电源由0.4kV交流配电盘取得。4.9电缆设施与电缆防火4.9.1电缆敷设(1)电池组与汇流箱的连接电缆，垂直方向沿电池组件安装支架敷设，水平方向沿电池组件安装支架敷设，并经电缆通道汇总后沿户外电缆沟进入逆变升压配电室。(2)光伏电池区所有23kV电缆通道根据光伏发电方阵的布置位置和间隔距离等，灵活设置电缆桥架支路（支桥架），汇总后进入电缆主桥架，主桥架在适当位置穿入户外电缆沟进入逆变升压室内。支架和桥架的支撑可就近利用电池板支架，电缆过道路部分埋管敷设。(3)在23kV综合配电室内设置电缆沟，通往各主要电气设备附近，沟内设电缆支架，动力电缆和控制电缆敷设时同沟分层；电缆在无电缆沟的地方穿管暗敷。控制室内设防静电地板层，并与23kV综合配电室内电缆沟连通；防静电地板层内设电缆支架。4.9.2电缆防火及阻燃措施(1)在电缆主要通道上，设置防火阻燃分隔措施，设置耐火隔板、阻火包等。(2)墙洞、盘柜箱底部开孔处、电缆管两端、电缆沟进入建筑物入口处等采用防火封堵。(3)电缆防紫外线照射措施：本工程所有室外电缆敷设，将沿太阳电池板下、埋管或沿电缆沟敷设，以避免太阳直射，提高电缆使用寿命。4.10光伏发电系统的控制、保护、测量和信号每个光伏发电单元配置1台数据采集器，就地安装于逆变器柜内，通过RS485总线获取逆变器和汇流箱的运行参数、故障状态和发电参数。数据采集器通过RS485总线传输方式接入就地监控装置，还可经光电转换装置通过光缆接入光伏发电监控系统，实现各光伏发电单元运行参数的监视、报警、历史数据储存等统一管理。4.10.1光伏发电系统的控制(1)就地监控逆变器、数据采集器采用显示屏幕、触摸式键盘方式进行人机对话，运行人员可就地对逆变器进行参数设定、控制等功能。每个光伏发电单元配电室设有就地监控装置，可通过装置的液晶显示器和键盘实现光伏发电单元的监测与控制。(2)集中监控考虑将各光伏发电单元通过数据采集器，经光端机通过光缆接入中心配电室光伏发电监控系统，该监控系统纳入升压站监控系统。运行人员可在中心配电室或升压站主控室对各光伏发电单元进行监控，并能够单独对每台逆变器进行启停操作、参数设置、故障报警和电能量累加等功能。上述控制操作需相互闭锁，同一时间只接收一种控制指令。(3)光伏发电系统的保护、测量和信号运行人员可就地通过数据采集器的人机对话界面，对每台汇流箱和逆变器的参数、设备状况、事故记录进行查看，还可在中心配电室或升压站主控室操作员站上连续记录、查看光伏发电系统运行数据和故障数据，其中包括电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量、每天发电功率曲线图、逆变器的输入输出的运行参数和相关故障报警信号。逆变器具有直流输入过、欠压保护，输出过压，过载保护，过流和短路保护，过热保护，孤岛检测保护功能。此部分保护由厂家实现。逆变器出口升压变压器考虑采用箱式变压器。箱变高压侧配置负荷开关和高压插入式熔断器，作为变压器过载及短路保护。低压侧配置框架式断路器，作为逆变器至变压器低压侧的过载及短路保护。当电气设备发生短路故障时，能在最小的区间内，断开与电网的连接，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区设备的影响。箱变高压侧配置的双位置负荷开关常开、常闭接点信号由数据采集器进行采集，并由数据采集器通过RS485总线或光缆传输至本站监控系统。(3)环境监测根据实际需要，系统还可配置一套环境监测装置。该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头及支架组成，可测量风速、风向、环境温度和太阳光辐射强度等参量，通过RS485总线或光缆传输方式将数据上传至光伏发电监控系统，实时显示、记录环境数据。4.11光伏发电系统的信号正常运行情况下，光伏电站向电网调度机构提供的信号由当地电网公司的相关要求执行。本投标方案不包含该部分的设计与施工。4.12升压站控制、保护、测量和信号升压站按无人值班、少人值守的原则设计，按运行人员定期或不定期巡视的方式运行。升压站内安装一套计算机监控系统和一套光伏发电监控系统，并接入升压站监控系统。两套综合自动化系统具有保护、控制、通信、测量等全功能自动化管理功能，可实现升压站与调度端的遥测、遥信功能和与光伏发电有限公司总部的监测功能。升压站内二次设备，包括控制、保护、测量、信号等均采用微机装置，各装置通过网络传递信息并实现资源共享。监控主机兼有微机五防闭锁功能，实现全站的防误操作闭锁功能。站内设置GPS对时装置，以保证系统时钟的统一。(1)计算机监控系统采用分层分布式结构，整个系统纵向分为两层：站控层和间隔层。站控层配置1台监控主机，取消工程师站，仅保留与便携式终端的接口；站内主网采用双以太网，110kV升压站内设备由双绞线网连接；各光伏发电单元数据采集器均经光纤环网接入监控系统，以此实现对站内电气设备和光伏发电系统运行状况进行集中监控，并可以单独对每台逆变器进行参数设置，可以根据实际的天气情况设置逆变器系统的启动和关断顺序，以使整个光伏发电系统的运行达到最优性能和最大的发电能力。(2)直流电源系统采用220V直流电源作为全站各安装单位的控制、保护、信号装置及事故照明等负荷的供电电源。直流系统由1套高频开关电源和1组100Ah（2V单体、103只）阀控铅酸免维护蓄电池构成，采用单母线接线形式。高频开关电源N+1冗余配置，由4个10A模块组成。升压站内设置蓄电池屏2面、充电屏1面、馈线屏1面。为监察直流系统电压和绝缘状况、检测直流系统接地故障，安装1台直流系统接地自动检测装置（带绝缘监察功能）。(3)交流不停电电源UPS升压站配置一套交流不停电电源(UPS)。UPS正常运行时由站用电源供电，当输入电源故障、消失时，装置自动转向由直流电源逆变供电，以实现交流220V不间断输出。考虑配置1台容量为5kVA的UPS装置。UPS具有标准通信接口，能将装置运行状态、主要数据等信息上传监控系统。(4)元件保护（一）23kV线路保护23kV出线保护根据不接地系统线路保护的配置原则，配置三段过电流保护、重合闸及小电流接地选线。以上保护采用微机型产品，装置集保护、控制、测量及远传功能于一体，安装在23kV出线开关柜内。（二）所用变压器保护本期设置2台所用变压器，由于招标文件未明确施工用电，故暂按#1所用变压器考虑永临结合，以站外23kV电源引入，施工结束后作为备用所用变，所变23kV侧装设跌落式熔断器作为电流速断保护。#2所用变压器以站内23kV母线电源引入，配置电流速断保护、过流保护和零序电流保护等及本体保护。所变测控保护装置集保护、控制、测量及远传功能于一体，安装在23kV所用变开关柜内。（三）23kV动态无功补偿装置保护由于系统接入尚未明确，本投标方案不包含无功补偿部分的设计与施工。(5)火灾报警系统考虑光伏发电升压站为无人值班，少人值守的变电站，根据GB_50229-2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》有关规定，应装设火灾报警系统。该系统由控制器、探测器及联系电缆、光缆等组成。在各个逆变升压配电室和升压站，视具体环境的不同，在各个房间设置装设不同种类的探测器，在合适、方便的地方设置火灾报警按钮。火灾探测器能够在火灾初始阶段准确地给出报警信号。4.13调度自动化电能量计量本期5个0.25MW光伏发电单元经23kV集电线路接入配套升压站。升压站经1回23kV线路接入系统站。本工程关口计量点暂设在升压站23kV出线，装设0.2S级双向多功能关口电能表2块（1+1配置），同时表计配置失压无流报警计时功能。关口表计量信息上传方案尚未明确，本投标方案不包含该的设计与施工。电能质量监测、远动、调度端自动化系统、电力调度数据网接入设备、二次系统安全防护设备由于其他系统二次接入方案尚未明确，本投标方案不包含该的设计与施工。5.土建5.1站内场地综述拟建光伏电站位于智利第一大区（塔拉帕卡大区）的艾尔塔马鲁加尔省伊基克市的Huara自治区。Huara距离伊基克市约80km，北距PozoAlmonte市约30km（贯穿国家南北的5号线）。海拔为1103m。地形平缓、开阔。场址区西侧有贯穿国家南北的5号公路通过，交通便利。本期工程设计建设容量为1.25MWp。本期土建工程主要包括：1）1.25MWp光伏支架及基础2）逆变器室建筑结构（共2座）3）视频监测室及仓库建筑结构（共1座）。4）厂区围墙及道路。5.2场址自然条件及设计主要数据1）地形地貌地形平缓、开阔，海拔为1103m。2）地层岩性招标文件未提供3）水文地质招标文件未提供5)设计主要技术数据（招标文件未提供）（1）抗震设防烈度：7度设计地震分组为第一组（2）设计基本地震加速度：0.10g（3）特征周期：0.35s（4）基本风压值：ω=0.70kN/m2。6）设计主要建筑材料（1）混凝土：现浇钢筋混凝土构件：C30。素混凝土垫层：C15（2）水泥：抗硫酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（3）钢材：钢板：轧制钢板Q235B；Q345B。焊条：应与钢材匹配。钢筋：HPB300主要用于构造钢筋HRB335；HRB400主要用于受力钢筋型钢、钢板等均为Q235B。（4）砖、砌块：MU7.5、MU10烧结多孔砖、蒸压灰砂砖或蒸压粉煤灰砖；MU5加气混凝土砌块（5）屋面防水材料采用“SBS”高聚物防水材料；屋面保温材料采用聚苯乙烯泡沫塑料板。（6）防腐：钢结构热镀锌防腐（7）防火：对于防火要求较高的部位采用防火涂料、防火门（8）木材：木门选经过干燥处理的一级木材，其他不限。（9）外装修材料：建筑物立面均采用外墙涂料。5.3光伏支架结构与基础本工程太阳能光伏发电系统采用地面上安装的固定支架太阳能电池阵列的布置形式。因招标文件未提供地质初步勘察资料，根据太阳能板荷载资料，太阳能支架基础拟采用钢管螺旋桩或微孔灌注桩基础，场址自然地面较平坦，考虑雨水对支架及太阳能板的侵蚀，支架基础顶面高于设计地面标高0.5m。5.4 逆变器房逆变器房采用钢筋混结构，开间为15m，进深为2.5m，外墙为200mm。室内为高差为450mm，层高为3.9m，满足设备的需求。逆变站基础采用独立基础。整个场区共有1座逆变站，其具体位置见光伏发电站总平面布置图。5.5视频监测室及仓库视频监测室及仓库采用钢筋混凝土结构，平面尺寸为6.28mX6.6.13m，外墙为140mm。室内为高差为200mm，层高为2.4m。基础采用钢筋混凝土独立基础。6.水工及消防6.1主要场所及主要机电设备消防设计6.1.1主要生产场所消防设计根据《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005及《火力发电厂与变电站设计防火规范》GB50229-2006、《电力设备典型消防规程》DL5027－1993要求，在主控制室、综合保护室和110kV配电室等设有精密仪器、设备及表盘等不宜用水消防的场所以设置手提式、推车式磷酸铵盐干粉灭火器；对于办公室等一般场合选用手提式、推车式磷酸铵盐干粉灭火器或其它类型的灭火器。在材料备品库设置灭火毯2块，灭火砂1m³，同时设置手提式干粉灭火器。6.1.2电缆消防电缆从室外进入室内的电缆竖井，竖井内的电缆进入高压开关柜或低压配电屏等采取了防止电缆火灾蔓延的阻燃及分隔措施。具体措施是：(1)电力电缆选用交联聚乙烯绝缘电缆，控制电缆选用阻燃电缆。(2)电力电缆与控制电缆分层敷设，各层之间用防火隔板分隔，隔板的耐火极限不低于0.75h。(3)所有电缆穿越的孔洞，均采用软质耐火材料封堵，孔洞两端2m以内的电缆均喷涂防火涂料保护。6.1.3安全疏散通道和消防通道通过对外交通公路及进站