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。
式中:C为蓄电池容量, kWh;D为最长无日照期间用电天数, d;F为蓄电池放电效率的修正系数 (通常取1.05) ;0P为平均负荷容量, kW;L为蓄电池的维修保养率 (通常取0.95) ;U为蓄电池的放电深度 (通常取0.9) ;Ka为包括逆变器等交流回路的损耗率 (通常取0.9) 。
这里D一般取3d, 0P根据负载用电量估算为9°, 则C=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CO28 9.6 8 t, 减排N O x 0.6 4 t/年, 减排S 0x0.348 8t。
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。
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
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].