陸劍谷 陳蘇伍

摘 要：介紹了寧波北侖巖東水務(wù)有限公司的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，利用污水處理廠的構(gòu)筑物上方的有效空間，安裝光伏發(fā)電太陽(yáng)能光伏板，既滿足了污水處理廠白天用電高峰期的電力供應(yīng)，又在一定程度上控制了污水池的蒸發(fā)量和溫度，同時(shí)光伏板對(duì)污水池的遮擋，能有效抑制池內(nèi)水體藻類(lèi)生長(zhǎng)，一定程度上提高了污水處理效率及污水處理能力。

關(guān)鍵詞：污水處理廠;光伏發(fā)電;綠色清潔能源

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0009-02

0 引言

“寧波北侖巖東水務(wù)有限公司”前身為“寧波經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)巖東污水處理廠”，公司承擔(dān)著北侖區(qū)域614平方公里納入市政管網(wǎng)范圍內(nèi)的生活污水和生產(chǎn)廢水處理。其中巖東污水處理廠服務(wù)于北侖城區(qū)中片區(qū)，服務(wù)面積為125平方公里，總污水處理能力28萬(wàn)噸/日;巖東再生水廠生產(chǎn)能力達(dá)到10萬(wàn)噸/日，是化解區(qū)域發(fā)展與水資源短缺瓶頸的有效途徑。公司以“保護(hù)環(huán)境、凈化水質(zhì)、服務(wù)社會(huì)、促進(jìn)發(fā)展”為宗旨，厲行節(jié)能減排，持續(xù)改進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

作為國(guó)有企業(yè)，我們既要做環(huán)保產(chǎn)業(yè)的‘帶頭人，也應(yīng)該成為節(jié)能減排的‘模范生;節(jié)能減排、清潔發(fā)展，可以促進(jìn)公司的可持續(xù)發(fā)展，公司用電成本占到公司運(yùn)行總成本的40%，我們亟待降本增效。分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目作為當(dāng)前國(guó)家鼓勵(lì)和大力扶持的新能源產(chǎn)業(yè)，光伏發(fā)電可以提供綠色清潔能源，除了能夠節(jié)能減排還能降本增效。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)選擇

1.1 選擇原則

（1）在滿足污水處理廠污水處理工藝的前提下，合理建設(shè)并網(wǎng)光伏太陽(yáng)能電站。（2）在滿足污水處理廠設(shè)備檢修的前提下，合理安裝太陽(yáng)能電板。（3）保證電氣配電系統(tǒng)的供電可靠性，并輸出高品質(zhì)的光伏電能。

1.2 項(xiàng)目場(chǎng)地與系統(tǒng)的選擇

巖東污水處理廠占地面積比較大的區(qū)域主要包括：初沉池、二沉池、氧化溝以及再生水生產(chǎn)區(qū)域等，由于再生水生產(chǎn)區(qū)域面積分散，初沉池、氧化溝區(qū)域本身頂部已加蓋，考慮到二沉池為敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，污水池的蒸發(fā)量比較大，陽(yáng)光直射容易造成池內(nèi)水體藻類(lèi)生長(zhǎng)，溫度變化大，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求以及多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察、技術(shù)分析，確定分布式并網(wǎng)光伏電站建造在二沉池頂部。

“污水處理是高耗能產(chǎn)業(yè)，巖東污水處理廠的用電負(fù)荷約為3100kW，每年處理污水的耗電量達(dá)到2700萬(wàn)千瓦時(shí)，平均電費(fèi)單價(jià)達(dá)到每度0.731元。二沉池區(qū)域主要包括六個(gè)二沉池，其中四個(gè)為直徑50米的二沉池和兩個(gè)直徑57米的二沉池，總占地面積22000平方米，根據(jù)二沉池的構(gòu)筑物的可利用面積、太陽(yáng)能電池板的總面積、光電轉(zhuǎn)換效率等，計(jì)算得到光伏電站的總裝機(jī)容量為2950kW，共可安裝10820片光伏電池組件。

1.3 電氣接入系統(tǒng)選擇

巖東水務(wù)有限公司供電系統(tǒng)采用雙電源一主一備供電模式。主供電源來(lái)自110kV甬稅變，通過(guò)35kV甬巖3139線接入公司35kV配電系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)35kV主變壓器供給全公司10kV主母線，再通過(guò)各出線間隔輸送至下級(jí)三個(gè)10kV配電系統(tǒng)，供電全公司各級(jí)用電負(fù)荷;備供電源來(lái)自110kV明珠變，直接通過(guò)10kV明水H238線，供給10kV主母線。公司的電力系統(tǒng)全部來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)供給。

公司下級(jí)三個(gè)10kV系統(tǒng)分別為巖東三四期配電系統(tǒng)、巖東一二期配電系統(tǒng)以及再生水配電系統(tǒng)，可以安裝光伏電站的裝機(jī)容量為2950kW，接入電氣系統(tǒng)的電壓采用400的情況下，線路損耗大，需要選擇很大的電纜截面，而且單個(gè)下級(jí)配電系統(tǒng)無(wú)法對(duì)所發(fā)電量全部消耗，母線的容量無(wú)法保證供電安全的要求等;最終確定電氣接入系統(tǒng)采用10kV系統(tǒng)，接入公司35kV變電站10kV一段主母線。

1.4 結(jié)構(gòu)選擇

光伏支架主要有柔性懸掛支架和鋼結(jié)構(gòu)支架，柔性懸掛支架雖然有安裝靈活方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是一般離地高度比較低，整體布置的整齊程度差，海邊抗臺(tái)風(fēng)能力較低等問(wèn)題，鋼結(jié)構(gòu)支架剛好相反?？紤]到公司二沉池區(qū)域位置集中、整齊美觀以及抗臺(tái)等多方面原因，決定采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼柱采用鋼方管200*6及鋼方管250*10，局部連系系桿為250*10方管，200*100*6方管.主桁架結(jié)構(gòu)為鋼絞線+C型鋼+支撐;鋼桁架覆蓋面積為22277.5m2，鋼桁架為平面桁架結(jié)構(gòu)，主桁架最大跨度65.042米;桁架離地面約9米;桁架長(zhǎng)度方向用平面方管桁架連接;鋁包鋼絞線采用1*37-3.7-1475-JLB14的鋼絞線。考慮到正常運(yùn)行檢修的需要，對(duì)于集配水井設(shè)備集中區(qū)域頂部不鋪設(shè)光伏板。

1.5 電氣選擇

太陽(yáng)能電池組件的數(shù)量由逆變器的最高輸入電壓和最低工作電壓及太陽(yáng)能組件允許的最大系統(tǒng)電壓確定，太陽(yáng)能電池組件的并聯(lián)數(shù)量由逆變器的額大容量確定。經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，光伏組件共有10820片，單塊板的功率為300wP，選用國(guó)內(nèi)知名品牌天合光伏的組件;組件按每串20-22片進(jìn)行串聯(lián)連接，共計(jì)分為496串，為了減少故障發(fā)生率，每串組件均不經(jīng)過(guò)直流匯流箱，而是直接接入陽(yáng)光逆變器，每臺(tái)逆變器共并聯(lián)接入14-15串組件，逆變器輸出為50HZ、540V交流三相電，36組80kW逆變器輸出經(jīng)過(guò)兩個(gè)交流低壓配電柜內(nèi)的獨(dú)立空開(kāi)進(jìn)行匯流，同時(shí)分別通過(guò)2000kVA與1250kVA升壓變進(jìn)行升壓，升壓到10kV通過(guò)相應(yīng)的高壓配電系統(tǒng)、電纜接入35kV變電站的并網(wǎng)柜。

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的并網(wǎng)逆變器的工作電源取自電網(wǎng)，逆變器本身會(huì)自動(dòng)跟蹤調(diào)整輸出電源的頻率、相位和電壓等參數(shù)，能很好的滿足并網(wǎng)的相關(guān)要求，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。光伏發(fā)電站采用自發(fā)自、用余電上網(wǎng)的模式，正常情況下光伏發(fā)電量全部會(huì)被公司直接消耗掉，所以無(wú)需蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備，當(dāng)陰雨天氣時(shí)電能任由電網(wǎng)提供。

2 難點(diǎn)及問(wèn)題

2.1 施工難點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目共需完成167個(gè)板式基礎(chǔ)、48個(gè)灌注樁制作，完成215個(gè)鋼立柱、25榀拉索、215榀桁架等的制作安裝，10820片光伏組件的安裝。這么大的跨越鋼結(jié)構(gòu)索桿支架為國(guó)內(nèi)首列，基礎(chǔ)制作精度要求高，鋼結(jié)構(gòu)材料和零配件加工準(zhǔn)確性要求高，施工中對(duì)鋼索展放、張拉、調(diào)平等難度大。巖東公司、投資公司、施工單位、設(shè)計(jì)單位等技術(shù)人員重視工程前期和施工過(guò)程對(duì)工程中的每一個(gè)問(wèn)題，反復(fù)探討研究并予以解決，在完成工程的同時(shí)也積累了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（2）22000平方米光伏索桿鋼構(gòu)大棚下面分布著4個(gè)直徑50米的二沉池和2個(gè)直徑57米的二沉池，以及集配水井、污泥泵房等構(gòu)筑物。構(gòu)筑物之間地下密密麻麻地分布著每個(gè)二沉池進(jìn)出水管、撇渣管、放空管以及污泥回流管、剩余污泥管、自來(lái)水管、再生水管等管道和諸多電纜?？梢岳米龌A(chǔ)和打樁的作業(yè)空間十分有限。采用大跨越鋼結(jié)構(gòu)索桿支架很解決了分別跨越50米和57米直徑的二沉池建造鋼結(jié)構(gòu)主體的問(wèn)題。只需在有限空地上避開(kāi)工藝管道和電纜制作板式基礎(chǔ)和灌注樁就能支撐起大跨越鋼結(jié)構(gòu)索桿支架。

2.2 問(wèn)題點(diǎn)

巖東污水處理廠正常情況下用電負(fù)荷是穩(wěn)定，負(fù)荷的性質(zhì)也基本穩(wěn)定，所以公司用電負(fù)荷實(shí)際需要的有功功率和無(wú)功功率基本恒定，在用電負(fù)荷的400V電壓側(cè)已經(jīng)有低壓電容補(bǔ)償器對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行了一定量的補(bǔ)償，所以在光伏電站不發(fā)電的情況下，公司從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率基本也是恒定的，功率因數(shù)滿足考核要求。

隨著光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電，對(duì)于公司功率因數(shù)的考核造成了一定的困擾。比較光伏電站發(fā)出的電能基本上全部為有功功率，從而使公司從電網(wǎng)吸收的有功功率降低，而從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率不變，這就造成了功率因數(shù)的降低，低壓側(cè)的補(bǔ)償電容器無(wú)法監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)到考核點(diǎn)的功率因數(shù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，巖東公司協(xié)同設(shè)計(jì)單位，經(jīng)過(guò)創(chuàng)立模擬模型，仔細(xì)計(jì)算，決定投運(yùn)公司35kV變電站的電容補(bǔ)償裝置，使用電容補(bǔ)償裝置自動(dòng)跟蹤投切，雖然靜態(tài)電容補(bǔ)償裝置無(wú)法完美的解決該問(wèn)題，但是也可以基本滿足要求。

3 效益分析

3.1 社會(huì)效益

光伏電站投運(yùn)以后，電站每年可為巖東公司提供約258萬(wàn)kWh的綠色清潔能源，相當(dāng)于每年可節(jié)約標(biāo)煤約874.3噸，每年減少SO2排放約17.58噸，氮氧化物約5.96噸，溫室氣體約2309噸，煙塵約6.28噸，灰渣排放約121噸。體現(xiàn)了公司的節(jié)能環(huán)保理念，同時(shí)體現(xiàn)了國(guó)有企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

一般情況下，公司的用電負(fù)荷大于光伏電站的發(fā)電量，所以發(fā)電電量全部被公司運(yùn)行生產(chǎn)所消耗，經(jīng)濟(jì)效益即為光伏發(fā)電單價(jià)與國(guó)家電網(wǎng)工業(yè)用電單價(jià)的差值，由于光伏電站的生產(chǎn)運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)25年，不考慮電價(jià)的國(guó)家政策的調(diào)整，則光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益凈利潤(rùn)達(dá)21萬(wàn)元/年。

3.3 運(yùn)行效益

二沉池為敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，污水池的蒸發(fā)量比較大，陽(yáng)光直射容易造成池內(nèi)水體藻類(lèi)生長(zhǎng)，溫度變化大。光伏電站的投產(chǎn)發(fā)電在一定程度上控制了污水池的蒸發(fā)量;同時(shí)光伏板對(duì)污水池的遮擋，能有效抑制池內(nèi)水體藻類(lèi)生長(zhǎng)，水池的溫度變化減小。所以光伏電站的運(yùn)行效益為提高了巖東污水處理廠的污水效率及水處理能力。

4 結(jié)語(yǔ)

巖東污水處理廠光伏發(fā)電電站的建成，能夠有效抑制水池中藻類(lèi)植物的生長(zhǎng)。更重要的意義是用上了綠色清潔能源，具有有良好的經(jīng)濟(jì)效益，還體現(xiàn)了企業(yè)的節(jié)能環(huán)保理念，體現(xiàn)了國(guó)有企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感。

巖東污水處理廠光伏電站，在國(guó)內(nèi)首次采用了大跨越索桿支架專(zhuān)利技術(shù)。索桿張拉結(jié)構(gòu)體系以其簡(jiǎn)潔明了的力學(xué)概念為大跨度結(jié)構(gòu)應(yīng)用創(chuàng)造了新的奇跡，本項(xiàng)目開(kāi)啟了索桿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)技術(shù)多場(chǎng)景應(yīng)用的未來(lái)，徹底解決同類(lèi)項(xiàng)目光伏組件因不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)可能造成的隱裂等技術(shù)難關(guān)。它的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)與污水處理廠大跨度污水池上方光伏發(fā)電解決方案實(shí)現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合。實(shí)現(xiàn)廠區(qū)土地的高效利用，解決大跨度水池上方太陽(yáng)能資源不能綜合利用的技術(shù)難題。

通過(guò)巖東公司、投資公司等的鼎力協(xié)作，巖東污水處理廠2950kWh光伏發(fā)電電站于2018年底成功并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著巖東公司節(jié)能低碳、綠色環(huán)保的理念又上升到一個(gè)新的臺(tái)階。