关于光伏发电在大庆油田的应用技术分析

发表时间：2018-07-05T16:33:41.403Z 来源：《电力设备》2018年第9期 作者： 孙岩

[导读] 摘要：本文通过阐述太阳能应用的优势及应用领域，对大庆油田开展太阳能示范项目进行必要性和可行性分析论证，并提出了在应用太阳能光伏示范工程的构想及研究方向，希望通过该示范项目所得到的研究经验能够带动光伏产业在大庆油田的发展，并起到很好的示范引领作用。

(中油电能电力研究设计院)

摘要：本文通过阐述太阳能应用的优势及应用领域，对大庆油田开展太阳能示范项目进行必要性和可行性分析论证，并提出了在应用太阳能光伏示范工程的构想及研究方向，希望通过该示范项目所得到的研究经验能够带动光伏产业在大庆油田的发展，并起到很好的示范引领作用。

关键词：太阳能、光伏发 一、光伏发电系统的研究背景 1全球面临的能源危机

能源是人类赖以生存的基础，是社会经济可持续发展的物质保障。伴随着科学技术的发展，人们对能源的需求与日俱增，社会生产的不断发展，也对能源的需求日益增长，全球范围内的能源危机也就愈发突出。工业革命以来，石油、煤炭、天然气、核能与太阳能等相继大规模进入了人类活动各个领域，能源结构的变迁，推动并反映了世界经济的发展和人类社会的进步 2化石能源引发的环境问题

当人类开始广泛的使用化石燃料的时候就出现了环境污染的问题，至目前为止已经达到了地球承受的极限。根据相关资料的统计指出，煤炭燃烧所产生的二氧化碳，大大地超过了全球所有植物由于光合作用所消耗的二氧化碳的总量，这严重的破坏了大自然二氧化碳的循环平衡，已经对保护地球的臭氧层产生了破坏作用。能源安全、环境恶化、气候变暖等成为人类共同面对的问题。

由于上述能源和环境两个方面的严重问题，自然能发电技术的应用受到越来越普遍的重视，洁净廉价的太阳能就非常适合于作为可再生的替代能源。在目前的几种新能源技术中，太阳能以其突出的优势被定位为最具前景的未来能源。太阳能作为一种巨大的清洁可再生能源受到世界各国的普遍重视，显示出无比广阔的发展前景。 二、 光伏发电在年大庆油田的应用技术方案 1 太阳电池组件朝向与倾角设计

不同朝向与倾角安装的太阳电池的发电量比较（见图示3.1）。假定向南倾斜最佳倾角安装的太阳电池发电量为100，则其它朝向全年发电量均有不同程度的减少，特别是北面基本不发电。光伏组件安装方向应一致，朝向正南，有利于最大收集太阳辐射。

图3.1 安装角度与发电量的关系

与独立光伏发电系统需要照顾冬天发电量不同，并网光伏发电系统一般只需考虑全年总发电量最大。并网光伏发电太阳电池方阵的安装倾角应该是取全年能接收到最大太阳辐射量所对应的角度，根据当地的气象和地理资料,可以求出全年能接收到最大太阳辐射量所对应的角度即为方阵最佳倾角[21]。通过专业能源项目分析软件RETScreen可以得到大庆坐标为北纬纬度为46.36°,东经125.01的相关气象数据信息 2太阳能电池组件

太阳能电池组件组件通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。每片太阳能电池只能产生大约O.5伏的直流电压，远低于实际使用所需电压，为了满足实际应用的需要，需要把太阳能电池串联成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。每件组件通常封装72片太阳能电池片，正常输出工作电压约36V左右。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件串、并联组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

太阳能电池是将太阳能转换为电能的最基本元件，但单片电池容易碎裂，一般不能直接作为电源使用。根据使用要求，将若干个单体电池适当的连接并经过封装后，组成一个单独对外供电的最小单元称为组件。

在光伏系统中的设计中，要求用户提供选用的太阳能电池组件的特征参数，包括以下值： 开路电压Voc和短路电流Isc

最佳工作电压Vmp和最佳工作电流Imp 最大输出功率Pm

在实际使用中，往往一块组件并不能满足使用现场的要求，可将组件按一定的方式组装在固定的机械机构上，形成直流发电单元，这种单元称为太阳能电池方阵。为了适合负载用电的需求，方阵内部各组件之间，要进行适当的串并联。 3组件串并联设计

该光伏发电工程总计安装光伏组件148块，双轴跟踪系统采用6块组件串联，串联后采用一台2.5kw并网逆变器；单轴跟踪系统，共计32块组件，采用8块组件串联4组并联方式供电，采用一台10kw并网逆变器；固定角度系统共计安装组件110块，其中88块采用8块组件串联11组并联的方式供电，采用一台30kw并网逆变器，剩余22块为11块组件串联，2路并联方式，采用一台6kW并网逆变器和一台双向逆变器为蓄电池充电。

对于稍大一点的光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。光伏阵列防雷汇流箱就是为了满足这一要求而特别设计的。

4 环境监测装置 在太阳能光伏发电场内配置1套环境监测仪如图3.17，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。 图3.17 环境检测仪 该装置由风速传感器、风向传感器、日照时数、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成。可测量环境温度、风速、风向、日照时数和辐射强度等参量，其通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据和并网逆变器相关发电数据。环境监测装置和并网监控装置所采集的数据通过企业以太网了解设备运行动态。 5系统发电量设计 由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直／交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。 本项目太阳能光伏发电系统由光伏组件、防雷汇流箱、直流监测配电柜、并网逆变器、计量装置组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过防雷汇流箱、直流监测配电柜汇集至并网逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。 在光伏电场理论年发电量的基础上，实际上网电量还会受安装倾角、方位角、灰尘、局部阳光遮挡、逆变器效率、输电线损等综合因素影响。故在理论年发电量的基础上，乘以综合修正系数，估算出光伏电场的第一年年上网电量为约5.6万kWh，25年使用寿命的发电量总和约为140万kWh。 三、 效益分析 1经济效益分析 该光伏项目峰值效率为44.4kW，年发电量为5.6万kWh。按目前大庆地区工业用电上网电价为0.9元/kWh，整个工程的年发电量为5.6万kWh，年回收约为56000kWh×0.9元/kWh= 50400元。 2环境效益分析 光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。 该项目在环境保护方面，传统发电方式每发一度电将排放出873克二氧化碳、2.83克二氧化硫、2.47克氮氧化合物,按年发电量5.6万kwh计算，每年可节约标准煤20160kg，减排二氧化碳48900kg，减排二氧化硫159kg，减排氮氧化合物138kg。 太阳能光伏发电是一种绿色可再生的清洁能源，既不直接消耗资源，也不产生温室气体破坏大气环境，更不会释放污染物，产生废渣的堆放和废水排放等问题，节能减排效益显著，有利于保护周围环境，早开发早受益。 四、结束语 该项工程通过研究应用，形成适合大庆地区小型太阳能发电应用技术，包括设备安装、选型、调试、技术事项及季节运行各项办法等，形成大庆地区太阳能发电示范工程。 随着国家相关产业扶持政策的不断加大及环保形势的日趋严峻，研究、应用、推广太阳能开发利用技术的高潮已经到来，“太阳能经济”时代也即将更快来临。本研究所得到的经验将带动光伏产业在大庆油田的发展，将会对大庆油田进一步优化能源结构，起到很好的示范引领作用。 参考文献: [1] 满娟.世界能源结构清洁化趋势明显[J].中国石化，2010 [2] 冯向法.化石能源及其造成的环境问题究竟有多大.中国醇醚企业产学研联谊会网,2009.