[分享]广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计

发表于2019-05-09     1387人浏览     0人跟帖     总热度:637  

广州白云国际机场二号航站楼(以下简称“T2航站楼”)结合项目实际情况,建设了2. 2 MW光伏发电项目,目前已经建设完成并投入运营,本文从T2航站楼光伏发电项目的策划、设计、运行情况等方面阐述光伏发电系统在大型机场中的应用。
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_1
光伏发电系统

T2航站楼光伏发电项目采用的是分布式光伏发电系统;由光伏组件、并网逆变器(包括直流汇流箱、直流配电设备、逆变器等)、送电系统(包括并网柜)、监控系统等组成。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏组件将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱等设备集中送出,由逆变器转换成交流电并与市电并网接入大楼供电系统,给建筑自身负载供电。系统简图如图1所示。
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_2
图1 T2航站楼光伏发电系统简图
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_3
光伏发电项目的选址

广州市年平均温度22 ℃,年平均日照在1 800 ~ 2 100 h。广州白云国际机场区域的太阳年辐射总量为1 213. 4 kWh / m2,属太阳能资源相对丰富的地区,适合在T2航站楼建设光伏发电项目。

T2航站楼总建筑面积约65. 8万m2,金属屋面面积约20万m2,航站楼南侧交通中心(GTC)总建筑面积约22万m2。在项目选址时考虑了两个方案,如图2所示。

广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_4
图2 光伏发电项目选址方案
一是在T2航站楼的安检大厅和北指廊屋面建设;另一个方案是在T2航站楼旁边的交通中心屋面建设。由于交通中心是露天停车场,若要安装光伏组件需要在车位上方架设棚架,投入成本较高,并且会破坏整体建筑风格。而T2航站楼的安检大厅和北指廊屋面为金属屋面,可以直接采用支架安装光伏组件,且该区域靠近飞行区一侧,安装光伏组件不会对正立面造成影响;另外,光伏发电项目产生的电能可以就近接入航站楼供配电系统并消纳,避免因输电线路过远带来的电能损耗及成本增加。因此,最后选择在T2航站楼的安检大厅和北指廊屋面安装光伏发电系统。
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_5
安装容量及发电量计算

T2航站楼安检大厅和北指廊的可用金属屋面建筑面积约 2万m2,可以安装8 090块275 Wp多晶硅光伏组件,系统总容量为2. 224 75 MWp。

GB 50797 - 2012《光伏发电站设计规范》给出的光伏发电系统并网年发电量的计算公式如下:
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_6
因此,T2航站楼的光伏发电系统预测年发电量为:
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_7
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_8
安全性分析

航站楼光伏发电项目从经济效益和社会效益来看都是可行且必要的,但是由于机场的特殊性,安全问题需放在首位,因此,必须对在机场航站楼设置光伏发电项目可能存在的安全性问题进行深入研究分析。

光伏组件反射是否对飞行安全产生不利影响
光伏组件敷设于航站楼屋顶,组件面板由玻璃组成,将会产生少量光反射,是否会对飞机降落产生视觉干扰?就此问题项目设计与建设团队经过分析研究,并反复咨询民航主管部门及空管局的意见,具体分析如下:

  • 广州白云国际机场目前已建设有3条跑道,一期建有2条跑道,分别位于T2航站楼的东西两侧,两跑道的中心距为2. 2 km,航站楼位于两条跑道中间,新建的第3条跑道位于东跑道东侧400 m处,未来规划在东、西跑道的外侧还会再各建一条跑道,因此,飞机降落时与航站楼不处在同一直线上,无直视的影响。
  • 飞机降落时的盲降下滑角为3°,飞行员处于微仰视状态,且驾驶舱观察窗一般会被凸出的机头挡住部分下视角,T2航站楼光伏组件采用平铺屋面安装,光伏组件反射光不会直接照射到飞行员眼睛部位,不会对飞机降落产生视觉干扰。
  • 参考相关专业的设计标准,JGJ 102 - 2003《玻璃幕墙工程技术规范》4. 2. 9条要求:玻璃幕墙应采用反射比不大于0. 30的幕墙玻璃。而光伏组件反射比仅为0. 03,远低于一般玻璃幕墙的反射强度。
  • 光伏组件表面超白玻璃的透视比远大于反射比,而且光线主要以漫反射为主,不会造成刺眼的平行光反射,而对于高空的飞行员,不论阳光强度如何,地面上的光伏组件都呈暗淡的深色。国内外也有多个机场建设有光伏发电项目,尚未发现有眩光的反映。
通过以上分析,T2航站楼光伏发电项目不会对飞行安全产生不利影响。

光伏组件对建筑物的影响
由于T2航站楼屋面为金属屋面,光伏组件安装于航站楼屋面上,采用传统的安装方式有可能破坏屋顶防水。因此,通过与建筑、结构专业设计人员深入研究,T2航站楼屋顶采用金属板材和直立锁边工艺,为了确保防水性能,光伏组件安装采用架构固定的技术,即利用专用不锈钢夹具与屋面板直立边进行无损固定,避免了在屋面板上进行打孔或焊接等破坏性操作。类似安装方式在国家大剧院、天津奥体等大型重要建筑中实际运用了多年,可靠稳定。

台风等恶劣天气对光伏发电系统安全的影响
广州地处我国东南沿海,以南亚热带季风气候为主,5 ~ 10月易受台风影响,台风等恶劣天气可能会对光伏组件的稳定性造成影响。因此,在设计时由结构工程师对支架系统进行充分计算分析,光伏组件及支架布置中充分考虑了风荷载、温度应力和地震作用等对光伏系统及建筑物的影响,并进行了风洞抗拔实验验证,支架系统与安装方式可抵抗12级台风的吹袭。
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_9
光伏发电系统设计

光伏组件选择
用于建筑物屋面安装的光伏组件主要有:单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜。由于项目设计及开始建设是在2015年,当时单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜光伏组件的光电转换效率分别为17 %、15 %、10 % 左右。单晶硅光伏组件的转换效率最高,使用寿命最长,但在当时其造价相对较高;非晶硅薄膜光伏组件转换效率低,使用寿命短,且稳定性差。因此,T2航站楼选择采用性能稳定、技术成熟、造价合理的多晶硅光伏组件。

光伏组件的安装方式
光伏组件的安装方式通常以固定最佳倾角的形式为理想方案(与屋面成一定角度,使光伏组件能最有效地接收太阳光),但这将对建筑流线型的外观效果造成影响,且容易破坏屋面防水层,因此,T2航站楼光伏组件采用与金属屋面平行敷设的安装方式,既能保证发电性能又可兼顾建筑效果的整体性。具体的安装方式及考虑的安全因素本文前面已有介绍,在此不再赘述。图3是光伏组件屋面安装实景。

广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_10
图3 光伏阵列屋面排布示意图

并网电压等级选择
T2航站楼光伏发电项目安装于安检大厅和北指廊屋面,最终设计的总安装功率为2. 224 75 MWp。按照南方电网企业标准Q / CSG 1211006 - 2016《光伏发电并网技术标准》规定,单点容量等于或小于400 kW的分布式光伏发电系统宜接入380 V系统,单点容量400 kW ~ 6 MW的分布式光伏发电系统宜接入 10(6)kV系统。在综合各方面因素后T2航站楼光伏发电项目选择采用380 V多点并网方式,具体分析如下:

  • 安检大厅屋面可安装面积约2万m2,北指廊屋面可安装面积约0. 8万m2,两者在建筑上是两个独立的空间,管线要绕超过300 m才可连接起来,因此本项目不具备汇集为一套系统、集中并网的条件。
  • 在安检大厅和北指廊正下方各设置有两座10 / 0. 4 kV变电所,采用低压多点并网更有利于光伏发电电力的就近消纳,线路损耗及投资成本较低。
  • 由于光伏发电项目启动建设晚于航站楼,开始设计时航站楼土建已基本完成,没有预留光伏发电专用的设备用房。若采用10 kV并网,需要在航站楼变电所内增加设置汇流设备室、变压器室等机房,存在较大的难度,也不利于电力的就地消纳。而原低压配电室预留有一定的安装空间及备用开关,采用低压并网实施更加方便,技术方案也相应简单可靠。
综上所述,经与当地供电部门协商确定T2航站楼光伏发电项目采用集中多点低压并网,共分成8个接入点接入。

并网系统设计
T2航站楼变电所分布于建筑物首层,在安检大厅和北指廊正下方各设置有两座变电所,每座变电所分别安装了4台2 000 kVA的干式变压器。按照南方电网的要求,光伏并网点装机容量不宜超过上级变压器容量的25 %。由于航站楼变压器运行负载率较低(考虑当一台变压器故障时,另一台可满足机场运营需求),为了让光伏系统发电量能就地、实时消纳,设计时将每台变压器并网点容量控制在不超过变压器容量的18 %,即360 kW以下,分成8个光伏发电子系统接入4个变电所的8个低压母线段。

每个光伏发电子系统分别由光伏组件、并网逆变器、交流并网配电及计量柜组成。以子系统AN02单元为例,系统图如图4所示。

广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_11
图4 光伏发电系统图

光伏组件采用每块275 Wp多晶硅光伏电池板,以20块为一组进行串联,每9路光伏组串汇流至一台50 kW组串式并网逆变器,每组的多台逆变器接入一台带考核计量表的交流并网配电柜,经汇集后接入一台变压器的低压配电系统进行并网。同时,在8个并网柜处各安装1套电能质量监控装置,用于监控光伏发电系统接入电网后系统电能质量(特别是谐波方面)的影响。

系统采用的并网逆变器是集汇流箱、直流配电、逆变器、防雷装置及控制系统为一体的并网逆变器机柜,电气原理如图5所示。

广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_12
图5 并网逆变器电气原理图

并网逆变器是光伏并网发电系统的重要设备之一,直流电能经并网逆变器转变为与交流电网同频率、同相位的正弦波电流,馈入电网实现并网发电功能;同时实现对中间电压的稳定,便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪,并且具有完善的并网保护功能,保证系统能够安全可靠地运行。

光伏监控系统
光伏发电项目设置了数据监控系统,通过数据采集器采集光伏电站的逆变器、智能电表、环境监测仪、电能质量监控装置等设备的实时信息。对光伏发电系统的设备运行状况、实时气象数据、电能质量、发电量等进行监测与控制,确保光伏系统稳定可靠运行。同时通过智能光伏运营管理平台对运行参数、状态及历史气象数据进行在线分析研究,并对未来的系统发电能力进行预测,本地数据还可上传到光伏智慧云平台,管理人员可以通过网络远程登录查看光伏发电系统实时数据。
广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_13
光伏发电系统实际运行情况

T2航站楼光伏发电项目于2018年3月4日开始并网发电,经过3个月的试运行及系统磨合,系统趋于正常并投入正式使用。为了解光伏发电系统实际运行情况,从8月开始对系统的实时数据进行了采集、记录及分析。其中2018年8月至2019年1月逐月统计逆变器、并网柜、供电局计量并网电表的电量统计对比如图6所示。

广州白云国际机场航站楼光伏发电项目设计_14
图6 2018年8月至2019年1月电量统计对比图

从采集到的数据可以看出,系统的发电量与太阳光的照射强度及日照时间密切相关:8月份太阳能辐射量最大,发电量也最高;9 ~ 11月发电量逐月下降;12月及1月由于阴雨天气较多,发电量也最小。从各节点的电量对比看,逆变器、并网柜、供电局计量并网电表采集到的数据偏差很小,说明系统效率很高,中间电量损耗非常少,光伏组件发出的电量约98. 6 % 输入到用户侧。

从2018年8月1日至2019年1月30日,系统半年累计并网发电量为109万kWh,由此推算首年发电量可达到甚至超过原设计预测的216万kWh的目标。当然,由于目前系统投入运行时间不长,随着时间的推移,光伏板将会逐渐老化及污染,系统发电效率会有所降低,系统最终的发电量可能会比计算值略低。


扫码加入筑龙学社  ·  电气工程微信群 为您优选精品资料,扫码免费领取
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

娥黛少女累

  | 建筑电气

3 关注

19 粉丝

0 发帖

0 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
入群
扫码入群
马上领取免费资料包
2/20