河北电力设计院寇凤海：分布式电站设计

2015年7月18日，由禾望电气主办的分布式光伏电站设计应用研讨会暨“集散式逆变器应用”现场交流会在杭州隆重召开。本次研讨会以“分布式光伏电站”为主题，围绕光伏集散式逆变器的设计与应用方案展开。会上邀请了来自嘉兴市发改委能源处、江苏省可再生能源行业协会、浙江省太阳能行业协会、中能国电、河北电力勘测设计院、浙江国利英核等单位相关负责人莅临出席并发表主题演讲。来自行业协会、研究机构、投资机构、国内主要发电公司、光伏企业、媒体的近百位嘉宾共同出席了本次会议。会议就集散式逆变器应用方案、分布式电站设计、浙江省分布式现状等问题进行了深入的讨论。 

河北电力设计院总工寇凤海先生在会上发表了主题演讲《分布式电站设计》。

寇凤海：尊敬的各位领导、各位专家，大家下午好。我来自河北省电力勘测研究院，我先介绍一下我们单位，我们院是1958年成立，现在属于中国电力建设集团，我们从2004年建了第一个风电场，到2006年第一个一兆瓦的光伏发电系统，再到2008年成立新能源事业部，至今大概已经有了七八年的时间，从2012年介入大型光伏电站的设计和总承包，至今设计容量有一个多吉瓦，在设计过程中，总结了一些经验，很荣幸在这里和大家一起分享。

我主要是从九个方面向大家汇报一下关于光伏电站设计的内容。

太阳能电池从制作工艺和材料上一般分为晶硅电池片和薄膜，晶硅电池片以多晶硅电池片采用的数量最多，单晶硅和非晶硅也在用一些，其他的一般使用的还是比较少的。这是一个组件，由于单片的电池电压电流都比较小，通过把多块电池片并联起来，封装成一个模组，这就是光伏电池组件。这个是薄膜电池，这个是聚光型的，聚光型电池一般都是化合物型的电池。目前就这些光伏的特点来说，主要是发电效率上，单晶硅是比较高的，其次是化合物，但是目前的技术还是处于实验室阶段，或者说应用很少，目前市场上还是大量采用多晶硅电池组件。多晶硅从今年开始260已经大量投入使用，他的效率增加的也很快，从最初的235、245一直发展到现在的260，时间也就短短的两三年时间。由光伏组件构成的光伏系统，他可以构成独立的光伏系统，主要是由太阳能组件和蓄电池及控制器组成。这个独立光伏系统装机容量都很小，从几瓦到几十千瓦，主要常用于景观、照明和一些电网无法辐射到的偏远山区，或者一些海岛。这个是并网光伏发电系统，大家都很熟悉，他的装机容量一般都比较大，都在兆瓦级，几十兆瓦、上百兆瓦。简单说一下构成，光伏方阵、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器等等。楼宇光伏和屋顶光伏并网型光伏。这是在建筑物上铺设的薄膜电池。这种在屋顶上铺设的组件是采用的夹具直接夹在龙骨上安装。这也是屋顶光伏。这是大型的地面光伏，一般在西北地区。这些是一些丘陵地区的光伏，地势一般是有坡度的，但是比较缓。像这种具有追日的跟踪系统的平单轴，可以根据太阳的方位角进行实时调节，对准太阳，这个是双轴跟踪系统多了一个自由度，一个是方位的跟踪和太阳高度的跟踪，以便实时对准太阳。目前在大型地面光伏电站和屋顶光伏来说支架形式比较多，在具体的实际工程中会根据当地的地形特点来选择不同的基础形式。这种钢螺旋桩就像一个螺丝钉，直接由机器打到地里，受地形影响小，而且施工也很快。但是对于比较硬的土质和有腐蚀性的地方，一般是不太有利。这种微孔灌注桩，施工速度比较快。这种条形基础，是直接建了一个基础，这个基础相当于是对环境破坏的很少，施工也是比较快的。这种独立基础就是很常见的，因为独立基础安全性能比较高，但是需要养护，施工周期长，还有对环境的破坏是不太有利的。这个是水泥灌注桩，主要是适应一些山区，土很少，坚硬的基岩，我们可以直接就地成孔，下钢筋，直接进行浇灌就可以了。

下面是一些屋顶光伏电站的基础，在这种混凝土的建筑物屋顶，为了保护屋顶和防水，都采用这种压重安装方法，对于这种彩钢板房是用专用的卡具，直接卡在龙骨上，如果实在不行的话，就只能采用这种穿透的方法进行安装，采取一些弥补措施，比如这种密封胶进行防水处理。这个是在混凝土地面上的压重式的安装。这是一个卡具的安装，直接卡到龙骨上的。

大家可以看出，从能源分布图上看到，光伏资源主要是在西北地区，西藏是一类，甘肃、内蒙这边是二类，东南沿海和东北这边是三类资源，这是根据年总辐射量进行的能源分布的划分。可以根据这个大概知道一下电站的设计方向。目前光伏电站的设计寿命为25年，经过我们这些工程实际的经验，一般在地面上，一兆瓦的晶硅光伏组件占地是37亩，当然这是与纬度有关系的。像薄膜电池，一般都在60到65亩每一兆瓦，我们做过一个青海的项目，就是在这个之间，是63.8亩。如果是在山区，我们这种占地实际上把一块儿一块儿地弄到一起，也是这个数据，如果分散开来，占的面积就很大。光伏电站在财务评价指标方面，通常项目收益率是大于等于5%，资本金的投资收益率在大于等于8%左右，现在光伏的平均造价，就取了一个平均值，一般都在7.8每瓦。关于光伏电价这块，是受国家政策影响，不同的地区有不同的电价政策，比如在河北张家口、承德是0.95，其它地区也有1元一度。光伏电站的年利用小时数，如果说低于一千小时的话，就说明在这个地区开发这个光伏电站意义不是最大化利用，这个小时是怎么来呢？先测算出来总的发电量以后，除以它的装机容量，就是小时数。如果是1300小时以上，就算是非常好的了。目前建设的光伏电站年均小时数平均在1200小时左右。对于在光伏电站设计可研阶段输入材料，厂址的范围内需比例尺不小于1：2000的地形图，如果外延十公里的范围内需不小于1：50000的地形图。关于测光数据，现在一般都是用卫星数据进行设计的。数据最好由气象站提供的数据，我们国内的测光气象站还是比较少的，这样的话，获取数据会遇到困难，这样我们可以采用瑞士Meteonorm和美国的NASA数据，从准确程度来看，还是地面的气象站最准确，但是也是最不容易获取的，其次是瑞士的数据，比较不准的是NASA的数据，但这个数据也是最容易获取的。Meteonorm的这个数据是1981到2003年的数据。NASA的数据，是通过卫星，对全球的气象数据的采集，建立了一个数据库，再通过一些插值算法，计算出一些数据，当然不太准确的原因就是他的分辨率比较低，但是非常容易获取的。

光伏电站的装机容量，送出容量与电压等级的关系，一般40MW及以下容量用35kV电压等级送出，每回35kV线路能送20MW~30MW的容量，每回线的输送距离不大于20km；一般50MW~100MW容量用110kV电压等级送出，每回110kV线路能送10MW~20MW的容量，每回线的输送距离不大于50km； 一般100MW以上容量用220kV电压等级送出，每回220kV线路能送400MW~500MW的容量，每回线的输送距离不大于100km。。目前逆变器的发展速度也是相当快的，从最早小功率的100kV、250kV、一直到500 kV以后，就得到了非常广泛的应用，对于光伏组件，它的发展速度也是相当快，几乎一年一个规格增加。在设计过程中，一般都是以十兆瓦一个回路进行设计，一般通过升压到35kV送出。

因为光伏系统衰减率是比较高的，如果要是纯粹的按照组件和逆变器一比一配置的话，这样将会相当于逆变器的空置率比较高，如果条件允许，通过10%到15%的超配，这样可以充分利用一下逆变器的最大输出功率和交流设备的过载能力的优势。来提高一下整个电站的效率。逆变器的布置，一般比较理想的平面上是将逆变器布置在一兆瓦方阵中心，从四周汇过来的电缆长度相差不多，这样造成的电压失配是比较低的。关于电站效率提高，因为在过去两三年或者是以前，一般采用传统的集中式汇流箱加逆变器，一旦电压失配的话，MPPT跟踪的效率会下降，这样就会很大程度上影响发电效率，尤其是在这种山地光伏，方阵布置非常的破碎，也由于修路的原因，逆变器的布置已经不再那么理想的布置在中心，有的是离单元比较远，从汇流箱到逆变器的电缆距离增很长，但是为了保证这个系统的效率，我们要将这个直流损耗控制在2%。如果控制同样损耗的话，对于这种集散式逆变器，将电压升压在820伏，这么高的电压，在同样损耗下，就可以将电缆截面减少，我们选择电器设备的时候，就可以选到一个标准的形式。而且山地朝向不一致部分，相互遮挡，这样多路MPPT是非常有优势的，这种解决方案，在目前为止是非常新鲜，也非常聪明的一个方法。

这是去年我们给国电光伏做了察右二期的项目和科左后旗光伏二期项目，我觉得从设计角度来说，及设计人员承担的项目角度来看，非常大的优势是并没有极大的改变了原有的设计方案，把只是原来的汇流箱变成了控制器，这样不会增加设计人员工作量，毕竟光伏工程设计时间周期短、平、快，因此任务非常紧张，所以说，集散式解决方案是非常让人容易接受的。

汇报完毕，谢谢大家。