收藏！分布式光伏，工商業(yè)儲能項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，光伏與儲能作為一種新型的能源利用方式，正受到越來越多工業(yè)企業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。不僅能夠有效地降低企業(yè)的能源成本，還能幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。

本文將深入探討如何將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與工商業(yè)儲能項(xiàng)目建設(shè)依據(jù)和深化設(shè)計(jì)。

光伏篇

一般規(guī)定

在建筑物屋頂上安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，不應(yīng)影響建筑的采光、通風(fēng)以 及原有排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不應(yīng)引起建筑物能耗的增加。

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合構(gòu)件的各項(xiàng)物理性能要求，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)，作為建筑構(gòu)件的光伏發(fā)電組件應(yīng)采取相應(yīng)的防凍、防冰雪、防過熱、防雷、抗風(fēng)、抗震、防火、防腐蝕等技術(shù)措施。

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)采取必要的安全防護(hù)措施，所選用的電氣設(shè)備，在其外殼的顯著位置應(yīng)有防觸電警示標(biāo)識。

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中各部分設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合性能要求、功能特性選用相應(yīng)的設(shè)備和材料。

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)備布置，應(yīng)符合帶電設(shè)備安全防護(hù)距離要求，并應(yīng)有必要的隔離防護(hù)措施和防止誤操作措施。

屋頂分布式光伏示意圖

光伏組件與光伏方陣設(shè)計(jì)

光伏組件設(shè)備選擇應(yīng)符合GB50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

光伏組件的類型、規(guī)格、數(shù)量、安裝位置、安裝方式和安裝面積應(yīng)根據(jù)建筑屋頂設(shè)計(jì)確定。

光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏組件的電氣性能參數(shù)應(yīng)保持一致，選用同一規(guī)格、同一品牌的產(chǎn)品。

光伏組件的選型和光伏方陣的設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑結(jié)合，不應(yīng)造成周圍環(huán)境光污染。

光伏方陣應(yīng)結(jié)合太陽能輻射度、風(fēng)速、雨水、積雪等氣候條件及建筑朝向、屋頂結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定方位角、傾角和方陣行距。

光伏支架設(shè)計(jì)

光伏支架應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際選用材料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施，保證支架結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸、安裝和使用過程中滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度要求，并符合抗震、抗風(fēng)和防腐等要求。

光伏支架基礎(chǔ)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用年限不應(yīng)小于屋頂分布式光伏設(shè)計(jì)使用年限，且不應(yīng)小于25年。

光伏支架、支撐金屬件及其連接點(diǎn)，應(yīng)具有承受自重、風(fēng)荷載、雪荷載、檢修荷載和抗震能力。

光伏支架的安全等級為三級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不應(yīng)小于0.95。支架基礎(chǔ)的安全等級不應(yīng)小于上部支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的等級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)對于光伏支架基礎(chǔ)不應(yīng)小于0.95。

防雷與接地設(shè)計(jì)

屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)應(yīng)分為建筑部分防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣部分防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)；建筑和光伏系統(tǒng)的防雷等級分類及防雷措施應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ_16-2016《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》和，GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)要求。

光伏方陣應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)，并充分利用支架基礎(chǔ)金屬構(gòu)件等自然接地體，接地連續(xù)、可靠，工頻接地電阻應(yīng)滿足相關(guān)接地要求。

接地干線（網(wǎng)）應(yīng)在不同的兩點(diǎn)及以上與接地網(wǎng)連接或與原有建筑屋頂防雷接地網(wǎng)連接，連接應(yīng)牢固可靠，不得采用鋁導(dǎo)體做接地體或接地線。

接地干線（網(wǎng)）連接、接地干線（網(wǎng)）與屋頂建筑防雷接地網(wǎng)連接應(yīng)采用焊接，焊接質(zhì)量應(yīng)符合要求，不應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)位、平行和扭曲等現(xiàn)象，焊接點(diǎn)應(yīng)做好防腐處理，在直線段上，不應(yīng)有高低起伏及彎曲等現(xiàn)象。

帶邊框的組件、所有支架、電纜的金屬外皮、金屬保護(hù)管線、橋架、電氣設(shè)備外殼、基礎(chǔ)槽鋼和需接地的裝置都應(yīng)與接地干線（網(wǎng)）牢固連接，并對連接處做好防腐處理措施。

接地線不應(yīng)做其他用途。

電纜設(shè)計(jì)

分布式光伏戶外明敷電纜應(yīng)具有防水、防紫外線性能，室內(nèi)電纜不低于本建筑物室內(nèi)電纜選型要求。

直流側(cè)電纜耐壓等級應(yīng)達(dá)到光伏方陣最大輸出電壓的1.25倍及以上；額定載流量應(yīng)高于短路保護(hù)電氣整定值，線路損耗應(yīng)控制在2%以內(nèi)；短路保護(hù)電氣分?jǐn)嗄芰?yīng)達(dá)到光伏方陣的標(biāo)稱短路電流的1.25 倍及以上。

交流側(cè)電纜的電壓等級應(yīng)不低于系統(tǒng)最高電壓；電纜載流量應(yīng)根據(jù) GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及DLT5222-2021《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定選取。

配電箱設(shè)計(jì)

配電箱應(yīng)按使用環(huán)境、柜體型式、安裝方式、電壓等級、絕緣等級、防護(hù)等級、輸入輸出回路數(shù)、輸入輸出額定電流等參數(shù)選擇。

屋頂分布式光伏使用的配電箱應(yīng)為成套配電箱且必須經(jīng)過中國強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，表箱材質(zhì)要求使用不銹鋼或SMC材質(zhì)，箱內(nèi)須配備符合安全需求的刀閘、斷路器、浪涌保護(hù)器、自復(fù)式過欠壓保護(hù)器等。

配電箱的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材質(zhì)、箱體厚度、接地、涂噴工藝質(zhì)量和電氣元件安裝質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

匯流箱設(shè)計(jì)

匯流箱應(yīng)依據(jù)型式、絕緣水平、電壓、溫升、防護(hù)等級、輸入輸出回路數(shù)、輸入輸出額定電流等技術(shù)條件進(jìn)行選擇。

匯流箱的箱體和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采集和告警、通訊功能、顯示功能、機(jī)械要求、防雷、接地、低溫工作、高溫工作、保護(hù)功能、防護(hù)等級等相關(guān)技術(shù)要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T34936-2017《光伏發(fā)電站匯流箱技術(shù)要求》有關(guān)要求。

逆變器設(shè)計(jì)

逆變器應(yīng)按照型式、容量、相數(shù)、頻率、冷卻方式、功率因數(shù)、過載能力、溫升、效率、輸入輸出電壓、最大功率點(diǎn)跟蹤、保護(hù)和監(jiān)測功能、通訊接口、防護(hù)等級等技術(shù)條件進(jìn)行選擇。

光伏組件與逆變器之間的容配比，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)靥柲苜Y源、使用環(huán)境條件、組件安裝方式、直流損耗等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。光伏方陣的最大功率工作電壓變化范圍應(yīng)在逆變器的最大功率跟蹤范圍內(nèi)。

逆變器的配置容量應(yīng)與光伏方陣的安裝容量相匹配，數(shù)量應(yīng)根據(jù)光伏裝機(jī)容量及單臺逆變器額定容量確定。

逆變器的配置應(yīng)滿足下列要求：應(yīng)具備自動運(yùn)行和停止功能、最大功率跟蹤控制功能和防孤島功能；應(yīng)具有并網(wǎng)保護(hù)裝置，并與電網(wǎng)的保護(hù)相協(xié)調(diào)；應(yīng)具備電壓自動調(diào)整功能；應(yīng)具備低電壓穿越功能；應(yīng)具備響應(yīng)電網(wǎng)有功和無功調(diào)節(jié)指令的功能；通信協(xié)議規(guī)約應(yīng)與電網(wǎng)設(shè)備相協(xié)調(diào)，具備單獨(dú)接受電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的功能，并配置滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的本地控制終端；應(yīng)滿足環(huán)境對逆變器的噪聲和電磁兼容要求。

逆變器應(yīng)設(shè)置在通風(fēng)良好的場所，其位置應(yīng)便于維護(hù)和檢修，應(yīng)滿足高效、節(jié)能、環(huán)保的要求。

戶外型逆變器的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP54要求，戶內(nèi)型逆變器的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP20要求。

逆變器應(yīng)具備有功功率連續(xù)平滑調(diào)節(jié)能力，能夠接受本地能量管理系統(tǒng)、配變臺區(qū)智能融合終端等的控制指令調(diào)節(jié)有功功率輸出值。

接入電壓及并網(wǎng)點(diǎn)選擇

對于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，分布式光伏接入的電壓等級應(yīng)按照安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性原則，根據(jù)裝機(jī)容量、導(dǎo)線載流量、上級變壓器及線路可接納能力、所在地區(qū)配電網(wǎng)情況、周邊分布式電源規(guī)劃情況，經(jīng)綜合比選后確定，具體可參考下圖。

分布式光伏接入電壓等級建議表

屋頂分布式光伏單點(diǎn)接入容量在400千瓦及以下時(shí)，宜匯集接入380 伏母線，路徑困難時(shí)，可通過專線匯集接入至380伏電網(wǎng)主干線路；單點(diǎn)接入容量在8千瓦及以下，經(jīng)三相不平衡校核通過也可單相接入220伏電網(wǎng)；單點(diǎn)接入容量在400千瓦至6兆瓦時(shí)，宜通過用戶專變接入至10千伏電網(wǎng)；單點(diǎn)接入容量在6兆瓦及以上時(shí)，宜通過升壓站接入至35千伏電網(wǎng)。

屋頂分布式光伏接入時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)線路熱穩(wěn)定、變壓器承載力校核，避免線路/變壓器反向重載。

線路及變壓器承載力校核未通過時(shí)，應(yīng)采取降低屋頂分布式光伏接入容量或升高并網(wǎng)電壓等級等措施。

屋頂分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)選擇應(yīng)根據(jù)并網(wǎng)電壓等級及周邊電網(wǎng)情況確定，具體見下圖：

分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)選擇

綜上所述，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝是一門集科技、安全與環(huán)保于一體的綜合學(xué)問。從不干擾建筑物原有的采光、通風(fēng)和排水系統(tǒng)，到選用滿足物理性能要求的材料和設(shè)備，再到考慮光伏組件的電氣性能和光伏方陣的氣候適應(yīng)性，每一個(gè)步驟都要經(jīng)過精確計(jì)算和周密設(shè)計(jì)。同時(shí)，安全防護(hù)措施和防雷接地設(shè)計(jì)也是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行不可忽視的環(huán)節(jié)。通過細(xì)致的規(guī)劃和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，我們不僅能夠有效避免對建筑物造成負(fù)面影響，還能最大化地發(fā)揮光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

儲能篇

項(xiàng)目概述及初步分析

某大工業(yè)用戶用電信息

用戶采用2路10kV高壓接入廠區(qū)配電房，接線方式為單母線接線，配電變壓器容量為2500kVA和2500kVA，兩臺配電變壓器低壓側(cè)給廠區(qū)設(shè)備和空調(diào)等負(fù)荷供電。其主接線圖如下圖所示。

用戶配電系統(tǒng)圖

項(xiàng)目初步分析

正常的項(xiàng)目方案收資中，除常規(guī)需要提供的配電系統(tǒng)圖、地下管網(wǎng)圖、防雷接地圖等資料外，還需要用戶所在地的供電局提供用戶多年的月均用電量、典型工作日的負(fù)荷曲線、典型非工作日的負(fù)荷曲線。目前大多數(shù)的供電局出于保護(hù)業(yè)主隱私的目的，一般難以拿到上述資料，因此可以參考的數(shù)據(jù)包括用戶抄表數(shù)據(jù)、用戶過去年一整年的電費(fèi)清單，用戶峰平谷電價(jià)及時(shí)間段。

根據(jù)上述資料可以大致估算出用戶的用電數(shù)據(jù)信息： 峰時(shí)段包括 8: 00 ~ 11:00， 13:00~ 15 :00， 18:00~ 21:0 0 ； 谷時(shí)段包括22:00~06:00; 其余時(shí)段為平時(shí)段。 用戶典型月份下的工作日和非工作日的曲線如圖2~圖5所示。

從儲能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性考慮，要求儲能系統(tǒng)每年運(yùn)行的天數(shù)足夠多，而且每天放電量也足夠多，這樣從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上更有吸引力。從用戶的典型負(fù)荷曲線分析得出線路1的配置儲能系統(tǒng)，更能滿足運(yùn)行天數(shù)的要求。此外，從削峰的角度和簡化接入的要求，儲能作為輔助調(diào)節(jié)，配置的功率不宜過大，選取250kW的儲能變流器接入。充放電策略按每天2充2放運(yùn)行，每一次放電時(shí)長3ｈ；選用磷酸鐵鋰電池，設(shè)置按80％放電深度，單次充／放的效率按0.92考慮，則儲能電池容量250×3/（0.92×0.8）=1MWh 。 充放電策略如下圖所示。

充放電策略

項(xiàng)目最終配置的方案為250kW/1MWh。

儲能工程深化設(shè)計(jì)

接入設(shè)計(jì)

對于儲能系統(tǒng)，國網(wǎng)在2019年2月發(fā)布的《國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于促進(jìn)電化學(xué)儲能健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見》中指出，對客戶側(cè)儲能的接入?yún)⒄辗植际诫娫垂芾磙k法執(zhí)行；用戶側(cè)的儲能系統(tǒng)也需要向項(xiàng)目所在地的供電公司報(bào)備。同時(shí)參照國標(biāo)GB/T36547中推薦的接入電壓，系統(tǒng)選取低壓接入380V。電化學(xué)儲能接入電網(wǎng)電壓等級推薦表見下表。儲能系統(tǒng)接入單線系統(tǒng)圖如圖下所示。

電化學(xué)儲能接入電網(wǎng)電壓等級推薦表

儲能系統(tǒng)接入單線系統(tǒng)圖

繼電保護(hù)與安全自動裝置

目前儲能項(xiàng)目調(diào)節(jié)峰谷帶來的收益吸引了越來越多的工商業(yè)用戶、大工業(yè)用戶。對大電網(wǎng)而言，用戶自備儲能項(xiàng)目能夠緩解當(dāng)?shù)馗叻逵秒姷木o張局面，同時(shí)也一定程度影響到了配電網(wǎng)的繼電保護(hù)；用戶由之前的單一電源供電轉(zhuǎn)為雙端電源供電，提高了現(xiàn)有的繼電保護(hù)配置的復(fù)雜度。

對于采用逆變整流接入的新能源系統(tǒng)，發(fā)生短路故障時(shí)，逆變器會封鎖其脈沖輸出，限制短路電流。在國網(wǎng)QGDW11147中明確其短路電流按1.5In計(jì)算。380V低壓接入的儲能工程對繼電保護(hù)的影響并不大，故在GB/T33982中提出需要有短路瞬時(shí)、長延時(shí)、分勵(lì)脫扣和欠壓脫扣的功能?，F(xiàn)有主流品牌的塑殼斷路器都滿足以上功能。

儲能系統(tǒng)將單電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)為雙電源系統(tǒng)，在特定的時(shí)候會一定程度上影響配電網(wǎng)的潮流。目前對于低電壓接入的中小型系統(tǒng)在Q-GDW11376中也明確不用考慮這一部分的影響。

此外，對于目前造價(jià)偏貴的儲能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的初衷是利用峰谷價(jià)差滿足用戶收益最大化，故而對儲能系統(tǒng)所放的電量一般是不允許倒送電到電網(wǎng)中的，在公共電網(wǎng)聯(lián)接點(diǎn)需要裝設(shè)防逆流裝置，檢測到儲能系統(tǒng)倒送電到電網(wǎng)時(shí)，調(diào)節(jié)儲能變流器降功率運(yùn)行或停止工作。

在Q-GDW1480中還提到，分布式電源接入容量超過所在本臺區(qū)配變額定容量25％時(shí)，在配變低壓母線處裝設(shè)反孤島裝置。

故而此項(xiàng)目在并網(wǎng)柜中選用逆殼斷路器時(shí)需要同廠家明確上述功能要求；同時(shí)鑒于項(xiàng)目容量小于25％的配變?nèi)萘?，可不裝設(shè)反孤島裝置。

防雷接地

目前大多數(shù)的儲能工程采用集裝箱型式，就地放置在用戶配電房附近，一般會處于配電房的避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)，不需要再另外避雷裝置。

針對儲能集裝箱和儲能變流器，并網(wǎng)柜等設(shè)備，根據(jù)用戶提供的配電房的接地系統(tǒng)圖，在施工設(shè)計(jì)時(shí)就近選取兩處與原配電網(wǎng)接地系統(tǒng)相連，且滿足接地電阻不大于４Ω。

儲能系統(tǒng)與調(diào)度通信

儲能系統(tǒng)是否接入調(diào)度，應(yīng)根據(jù)儲能系統(tǒng)所在地區(qū)的安裝容量和接入電壓等級來確定。同時(shí)在GB/T36558中明確儲能系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)通信的能力，能夠?qū)δ芟到y(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)。

一般的工商業(yè)和大工業(yè)用戶大都是采用10kV/35kV進(jìn)線，對于接受電網(wǎng)調(diào)度的儲能系統(tǒng)，在GB/T36547中提到通過10（6）kV及以上電壓等級的公用電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)應(yīng)向電網(wǎng)調(diào)度提供儲能系統(tǒng)的一些狀態(tài)量、模擬量、電能量等信息。儲能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)如下圖所示。

儲能系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)

對于低壓接入的儲能系統(tǒng)，可不與調(diào)度通信，但是需要具備與調(diào)度通信的能力。目前在低壓側(cè)接入的儲能系統(tǒng)除非當(dāng)?shù)毓╇姽久魑囊?guī)定，一般可不接入調(diào)度。

另外，在低壓接入的儲能系統(tǒng)，并不參與電網(wǎng)的有功／無功功率控制。對于用戶而言，該儲能系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)輸出功率因數(shù)，對用戶側(cè)的功率因數(shù)改善有一定的作用。

項(xiàng)目收益測算

在計(jì)算項(xiàng)目收益時(shí)需要明確以下幾點(diǎn)：鋰電池系統(tǒng)放電深度為80％，電池系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)在500次，充／放電的效率在92％；電池容量每年衰減率按2.8％考慮；系統(tǒng)殘值為5％；收益為純削峰填谷的電價(jià)差，并未計(jì)入共它附帶的收入。儲能系統(tǒng)用于削峰填谷收益測算：年均放電量46.67萬ｋＷｈ；年均平價(jià)充電量27.45萬ｋＷｈ；年均谷價(jià)充電量27.45萬ｋＷｈ；年均放電收入48.03萬元；年均充電成本26.66萬元；年均收益21.37萬元。

總結(jié)

目前儲能項(xiàng)目處于邊摸索邊完善的過程中，國家及行業(yè)都有正在制定或更新相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。此外，目前鋰電池單價(jià)成本仍然偏高，單一依據(jù)峰谷差價(jià)的收入對項(xiàng)目投資回報(bào)并不具備吸引力；但儲能在實(shí)際用戶側(cè)還具備應(yīng)急電源，延緩擴(kuò)容，削減需量等附加的收入。此外，儲能在結(jié)合其他分布式能源后，其對能量的調(diào)配作用更加明顯，這也是儲能應(yīng)用的一個(gè)重要方向。

本文參考：

1、摘自《用戶側(cè)儲能系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)》 作者： 李永濤

2、輸配變電力實(shí)用技術(shù)加油站 《光伏時(shí)代來臨：屋頂分布式光伏設(shè)計(jì)要點(diǎn)全面解析》

來源：網(wǎng)絡(luò)

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