基于3kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益研究基于3kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益研究

中圖分類號(hào)：TM615

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944〔2022〕04-0253-03

1引言

太陽每秒鐘噴射的能量大約是1.6×1023kW，其中抵達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109t規(guī)范煤。假如把地球外表0.1%的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012kW《h，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍[1]。

太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種可再生能源系統(tǒng)在國內(nèi)推廣和應(yīng)用，我國是世界上能源消費(fèi)大國，在已知的新能源開發(fā)中，太陽能必然能滿足人類開展的能量需求。太陽能光伏發(fā)電的運(yùn)用必將能提高環(huán)境狀況，緩解全球能源緊缺的現(xiàn)狀。

本文基于實(shí)際項(xiàng)目，研究光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，并調(diào)查了截至2022年前三季度的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的政策及開展現(xiàn)狀，對(duì)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量及電力耗費(fèi)情況進(jìn)行實(shí)例剖析，評(píng)價(jià)了因?qū)牍夥l(fā)電系統(tǒng)帶來的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性影響。

2太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及政策

作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，光伏發(fā)電在各國政策的激勵(lì)下，開展迅速，規(guī)模擴(kuò)大。

2022年前三季度，全國新增光伏發(fā)電并網(wǎng)容量379萬kW，其中，新增光伏電站并網(wǎng)容量245萬kW，新增分布式光伏并網(wǎng)容量134萬kW;全國光伏發(fā)電量約180億kW時(shí)，相當(dāng)于2022年全年發(fā)電量的200%。國家電網(wǎng)公司運(yùn)營范圍內(nèi)新增光伏發(fā)電裝機(jī)320萬kW，其中光伏電站205萬kW，分布式115萬kW;南方電網(wǎng)公司經(jīng)營范圍內(nèi)新增光伏發(fā)電裝機(jī)28萬kW，其中光伏電站12萬kW，分布式16萬kW。甘肅累計(jì)光伏電站并網(wǎng)容量到達(dá)466萬kW，青海到達(dá)365萬kW，--到達(dá)313萬kW。而江蘇累計(jì)分布式并網(wǎng)容量到達(dá)70萬kW，浙江到達(dá)46萬kW，廣東到達(dá)44萬kW。

隨著近10年光伏產(chǎn)業(yè)的迅速開展和技術(shù)水平提高，光伏發(fā)電效率不斷提高，組件本錢一直下跌，然而與其他發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電的本錢依然很高。其中，火力發(fā)電的本錢大約在0.4元/度，水電的發(fā)電本錢為0.2～0.3元/度，核電的發(fā)電本錢為0.3～0.4元/度，風(fēng)電的發(fā)電本錢為0.6元/度，但是，光伏發(fā)電的本錢卻依然高達(dá)0.9～1.0元/度。因而，至少在目前的技術(shù)水平條件下，光伏發(fā)電仍然需要依賴政府的補(bǔ)貼支持，還不能完全脫離補(bǔ)貼、不能獨(dú)立參與電源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

3光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究對(duì)象

分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、并網(wǎng)逆變器、控制裝置組成。研究系統(tǒng)位于山東省泰安市岱岳區(qū)的住宅屋頂上，此研究對(duì)象是用12塊電池板串聯(lián)，每塊光伏組件的功率是250W，系統(tǒng)的總功率是3KW，于2022年6月4號(hào)成功并網(wǎng)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

3.1系統(tǒng)采用的光伏組件

本設(shè)計(jì)采用多晶硅光伏組件，選用的組件外形尺寸為1650mm×990mm×40mm，單組功率為250W，10年不低于91.2%的標(biāo)稱輸出功率，25年不低于80.7%的標(biāo)稱輸出功率。具體組件參數(shù)如1所示。

12塊光伏板并排列于屋頂上，該設(shè)計(jì)規(guī)模較小，主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與驗(yàn)證，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却致源_定太陽能光伏陣列的傾斜角[2]，系統(tǒng)采用自制可調(diào)整角度鋼架固定留有兩個(gè)傾角，一個(gè)是40°，一個(gè)是20°，12塊電池板橫向排列。

3.2光伏逆變器

將直流電能轉(zhuǎn)變成為交流電能的過程稱為逆變，通常將DC-AC變換電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及愛護(hù)電路組成的DC-AC逆變電源稱為逆變器〔Inverter〕。它使轉(zhuǎn)換后的交流電的電壓、頻率與電力系統(tǒng)交流電的電壓、頻率相一致，以滿足為各種交流用電設(shè)施、設(shè)備供電及并網(wǎng)發(fā)電的需求。

此研究對(duì)象的光伏并網(wǎng)逆變器選用某公司的高頻隔離光伏并網(wǎng)逆變器〔ASP-1.5/2/3/4KHF系列〕。其逆變器的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心局部，在整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)中，各局部對(duì)光伏對(duì)逆變器都有相應(yīng)的要求。作為電能的輸入端，光伏陣列對(duì)逆變器的要求就是使輸出電壓最大化，使陣列工作在最大功率點(diǎn)，得到最大工作電壓;在并網(wǎng)端，電網(wǎng)對(duì)逆變器要求也很嚴(yán)格，電網(wǎng)是一個(gè)大系統(tǒng)，對(duì)電能質(zhì)量要求很嚴(yán)格，逆變器的輸出電壓的波形、頻率、相位必須與電網(wǎng)一致，同時(shí)逆變器還要有能避免孤島效應(yīng)的作用;而作為用戶，對(duì)逆變器的要求就是本錢低、高可靠性、維護(hù)簡(jiǎn)單和使用壽命長(zhǎng)。

4分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)測(cè)對(duì)象

光伏發(fā)電系統(tǒng)所測(cè)量的對(duì)象如表2所列。居民家里所有的用能設(shè)備均為用電設(shè)備，空調(diào)是冷暖兩用空調(diào)機(jī)，熱水供給采用電熱水器，其他的電力耗費(fèi)主要是家電和照明。所有耗費(fèi)的電力由屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)兩者配合提供，當(dāng)陰雨或夜晚光伏發(fā)電系統(tǒng)不發(fā)電時(shí)或者白天發(fā)電量不能滿足家庭用電需求時(shí)，電網(wǎng)會(huì)向居民提供用電，由居民從電網(wǎng)購電;而當(dāng)晴天光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量超過家庭用電量時(shí)，除了自身家庭用電外，多余的電力將上網(wǎng)賣給電網(wǎng)。研究的對(duì)象是位于山東泰安岱岳區(qū)的居民住宅。由于住宅本身的方位角和屋頂?shù)膬A斜角度，光伏陣列的設(shè)置要合乎當(dāng)?shù)刈≌膶?shí)際情況，所以陣列模塊的方位角和傾斜角與住宅的相一致[4]。

4.1實(shí)測(cè)結(jié)果

〔1〕月累計(jì)電量圖3顯示了住宅的2022年6月到2022年5月的月累計(jì)電量。表3統(tǒng)計(jì)了不同時(shí)段的月累計(jì)電力詳細(xì)情況。住宅在1月份的消費(fèi)電量也比其他月要大，這主要是因?yàn)槎镜墓┡每照{(diào)耗電增大，且熱水負(fù)荷也比夏季和春秋季要大。發(fā)電量中的自家消費(fèi)量的最大值出現(xiàn)在8月份。

4.2應(yīng)用評(píng)價(jià)

4.2.1節(jié)能效果評(píng)價(jià)

圖4顯示了研究對(duì)象住宅的一次能源節(jié)約量。以電網(wǎng)能夠不需耗費(fèi)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，從而可以節(jié)約投入到發(fā)電廠的一次性能源的辦法來評(píng)價(jià)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能性。我國火力發(fā)電廠最多大約為40%～42%，以電網(wǎng)的39%的發(fā)電效率來計(jì)算太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的一次能源節(jié)約量。9月份的節(jié)能量最大，住宅可節(jié)約的一次性能3937MJ。即使在發(fā)電量最低1月份，住宅仍可節(jié)約一次能源2243MJ。

以國內(nèi)電廠的平均能耗水平來說，每節(jié)約1度〔kW《h〕電，就相應(yīng)節(jié)約了0.36千克規(guī)范煤，此系統(tǒng)每年可發(fā)電5000度電，可節(jié)約年燃料能耗1.8噸規(guī)范煤。

4.2.2環(huán)保效果評(píng)價(jià)

以國內(nèi)電廠的平均能耗水平來說，注：每節(jié)約1度〔kW《h〕電，可減少污染排放0.272千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳〔CO2〕、0.03千克二氧化硫〔SO2〕、0.015千克氮氧化物〔NOX〕。

以二氧化碳的減排量來評(píng)價(jià)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保效果，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的二氧化碳排放主要來自于太陽能電池以及從屬設(shè)備的生產(chǎn)制造、運(yùn)輸和施工過程。住宅的月最大二氧化碳減排量是8月，也是月累計(jì)發(fā)電量最大的月份。

4.2.3經(jīng)濟(jì)社會(huì)效果評(píng)價(jià)

我國對(duì)分布式光伏發(fā)電量進(jìn)行貼補(bǔ)支持，有兩種方式，一種是“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)〞，1度電補(bǔ)貼“0.42元/kW《h〞，上網(wǎng)局部按燃煤脫硫標(biāo)桿電價(jià)收購“0.44元/kWh〞。2022年9月5日，國家新能源局規(guī)定，分布式光伏發(fā)電也可以“全額上網(wǎng)〞的并網(wǎng)方式享受光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)。

對(duì)于“全額上網(wǎng)〞，山東省規(guī)定“2022～2022年并網(wǎng)發(fā)電的光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為每千瓦時(shí)1.2元〔含稅〕，高于國家標(biāo)桿電價(jià)〔1元〕局部由省級(jí)承當(dāng)〞。對(duì)于本文波及的系統(tǒng)，本工程每年發(fā)5000度電左右，假設(shè)按“全額上網(wǎng)〞，6年可收回本錢;假設(shè)按“自發(fā)自用，余額上網(wǎng)〞，上網(wǎng)電價(jià)按脫硫標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.4469元/KWh，度電補(bǔ)貼0.42元/KWh，一般8年左右就可收回本錢;學(xué)校、工廠、商業(yè)用電價(jià)格高，收回本錢時(shí)間更短。

光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)也有明顯的改善作用，光伏分布式并網(wǎng)發(fā)電情況下，在保證系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)諧波水平在國家規(guī)范限值范圍內(nèi)時(shí)，可以通過調(diào)整并網(wǎng)光伏容量來改善電網(wǎng)電壓水平，使系統(tǒng)到達(dá)最理想的狀態(tài)。同時(shí)也有電網(wǎng)調(diào)峰的作用，夏天用電量特別大，光伏發(fā)電量也是最大的季節(jié);并且，白天用電頂峰正是發(fā)電頂峰。所以光伏發(fā)電可以對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰起到很好的作用，緩解電網(wǎng)壓力。

5結(jié)語

〔1〕我國通過制定各種開發(fā)方案，融資制度，政府補(bǔ)貼方案，設(shè)置可再生能源市場(chǎng)份額以及并網(wǎng)電價(jià)等的制度，大力促進(jìn)了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，降低了設(shè)備初期投資，促進(jìn)了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的遍及，成為能源產(chǎn)業(yè)的不可或缺的重要組成局部。

〔2〕所分析的屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有良好的節(jié)能