摘 要:太阳能光伏集中照明系统应用于热采供热站夜间照明,室内照明度达15lux,站区路灯照明度达8lux,照明效果达到了国家工业照明标准。试验供热站照明系统改为太阳能照明系统以来,日耗电量从78°降为9°。对太阳能集中照明系统的工业应用的探索,为该技术在油田的推广应用提供了借鉴的经验。
关键词:供热站 太阳能 光伏照明 应用 节能
中图分类号:TG155文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0041-01
克拉玛依油田太阳能资源丰富,平均年照时数为2705.6h,在克拉玛依油田六九区选择一座热采供热站,开展太阳能照明工业应用试验研究,根据该站的实际情况和用电负荷,设计建成一座独立运行的3.4kWp离网光伏发电系统。
1 太阳能光伏发电系统的构成
该照明项目包括发电太阳能发电系统、储能系统、照明系统三部分。
(1)系统基本构成。本系统采用固定式3.4kW太阳能离网发电,包括5个680Wp方阵、1台5kW太阳能离网控制逆变一体机,输出220V单相交流电,固定式3.4kWp。
(2)离网照明系统。太阳电池组件标称总容量3.4kW;光伏阵列采用固定式安装,总占地面积约117m2;照明系统包括庭院灯和室内节能灯。
(3)技术方案方案。3.4kWp发电单元,可直接为蓄电池充电;太阳能电力和保障电源之间可以无缝切换;蓄电池能够储能;改造后照明线路独立于动力线之外,且灯具采用节能灯。
2 太阳能光伏发电系统的设计安装
2.1 供热站负载用电量估算
该供热站照明系统有灯具112盏,总功率12300W,平均日用电78°。光伏发电系统用于工业照明及值班室生活用电等,采用23W高效节能灯,根据实践设计经验,在相同照明度的情况下,运用太阳能照明系统的用电负荷约为市电负荷的1/10～1/5,现照明系统平均日用电78°,则太阳能照明系统平均日用电约9°。
2.2 电池方阵设计
太阳能电池是直接将太阳能转换成电能的关键部分。单晶硅光伏电池组件的光电转换效率达到14%以上,研究确定太阳能光伏系统电池的功率总容量为3.4kWp。电池选用170Wp单晶硅太阳电池组件,共20块。峰值功率170Wp,额定工作电压35.2V,额定工作电流4.65A,使用温度范围-40℃～+85℃,抗风压强2400Pa,组件使用寿命25年。
2.3 方阵方位角和倾角
试验供热站所在纬度为45°,为冬季发电量的需求,太阳能电池板倾角在当地纬度基础上增加5°,取50°,且正南方向设置。
2.4 蓄电池容量
系统中蓄电池容量最佳值的确定,必须综合考虑太阳能电池方阵电量、负荷容量及逆变器的效率等。蓄电池容量的计算如下,通过式(1)算出。
(1)
式中:为蓄电池容量,kWh;为最长无日照期间用电天数,d;为蓄电池放电效率的修正系数(通常取1.05);为平均负荷容量,kW;为蓄电池的维修保养率(通常取0.95);为蓄电池的放电深度(通常取0.9);a为包括逆变器等交流回路的损耗率(通常取0.9)。
这里一般取3d,根据负载用电量估算为9°,则=36.84kWh。设蓄电池工作电压为48V,得到蓄电池的容量为768Ah。综合考虑选择容量为800Ah的铅蓄电池,24只串联成48V/800Ah的储能蓄电池组。
2.5 控制器与逆变器的选择
控制器是光伏系统中最主要的,系统最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据,选用铅蓄电池组为48V/800Ah的电池组,工业照明采用220V/50Hz。因此选择容量为5kVA,额定输出电压为200V,额定输出频率为50Hz的太阳能离网控制逆变一体机。
2.6 安全防护
光伏阵列支架本身是金属导体,与独立的接地系统可靠连接,在配电柜中安装标准的光伏防雷模块。场地建筑物及变电站安装避雷针,各电池组支架安装小避雷针。电网线路的直流侧与交流侧使用不同容量和电压等级的避雷器等。克拉玛依油田地处干旱的戈壁滩,土层电阻率较高,系统接地保护采取多种措施降低接地电阻,适当的防寒保温防风沙能力。
2.7 照明灯具、电缆的选择
照明系统全部采用节能灯具,其中庭院灯采用35W的高效LED灯,型号为ESL-ES-35,共8盏;室内照明采用23W的高效节能灯,型号为ESL-ES-23,共140盏。
该太阳能照明系统采用电缆有两种:6m2的2芯电缆和16m2粗电缆。从太阳能电池板至配电控制室采用16m2粗电缆,共110m。其余采用6m2的2芯电缆,共1300m。
3 应用效果分析
3.1 测试分析
依据标准GB9467-88《室内灯具光度测试》、GB9468-88《道路照明灯具光度测试》进行。分别在灯具正常照明、灯具全部开启满负荷照明及该系统运行24个小时用电量三种工况下进行电参数测试。
在正常照明工况下,平均消耗0.712kW;在全启照明工况下,平均消耗1.534kW;系统运行24个小时,平均消耗电量为10.162kWh;4个室及路灯的光照强度分别:14.8、14.0、149.4、20.2、8.0。测试表明,应用太阳能照明系统,不仅实现了供热站夜间照明,而且用电负荷降为原来的1/10。
3.2 效益分析
使用太阳能照明系统后,日耗电量从78°降为8°,按0.776元/度电计算,供热站年可节省电费2.179万元。
该太阳能照明系统按正常寿命25年运行,将减少标准煤消耗28.47t,减排CO2 89.68t,减排NOx0.64t/年,减排S0x0.3488t。
4 结论与建议
(1)在油田领域应用太阳能供电系统能够满足照明用电需求,是可靠的。
(2)光伏发电技术已经成熟,其目前成本将随着市场规模的增大而快速下降,而煤炭、石化等不可再生资源发电成本不断增长,不失时机地建设光伏发电系统具有重要意义。
(3)采用“集中安装建设,多支路应用”技术方案易于操作,能够提高系统的安全性和可靠性。
参考文献
[1] 工业企业照明设计标准,GB50034—92[S].
[2] 城市道路照明设计标准,CJJ45—94[S].
[3] 室内灯具光度测试,GB9467-88[S].
[4] 道路照明灯具光度测试,GB9468-88[S].