绿色能源 低碳清洁

陆剑谷 陈苏伍

摘 要：介绍了宁波北仑岩东水务有限公司的并网光伏发电系统，利用污水处理厂的构筑物上方的有效空间，安装光伏发电太阳能光伏板，既满足了污水处理厂白天用电高峰期的电力供应，又在一定程度上控制了污水池的蒸发量和温度，同时光伏板对污水池的遮挡，能有效抑制池内水体藻类生长，一定程度上提高了污水处理效率及污水处理能力。

关键词：污水处理厂;光伏发电;绿色清洁能源

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0009-02

0 引言

“宁波北仑岩东水务有限公司”前身为“宁波经济技术开发区岩东污水处理厂”，公司承担着北仑区域614平方公里纳入市政管网范围内的生活污水和生产废水处理。其中岩东污水处理厂服务于北仑城区中片区，服务面积为125平方公里，总污水处理能力28万吨/日;岩东再生水厂生产能力达到10万吨/日，是化解区域发展与水资源短缺瓶颈的有效途径。公司以“保护环境、净化水质、服务社会、促进发展”为宗旨，厉行节能减排，持续改进区域生态环境。

作为国有企业，我们既要做环保产业的‘带头人，也应该成为节能减排的‘模范生;节能减排、清洁发展，可以促进公司的可持续发展，公司用电成本占到公司运行总成本的40%，我们亟待降本增效。分布式光伏发电项目作为当前国家鼓励和大力扶持的新能源产业，光伏发电可以提供绿色清洁能源，除了能够节能减排还能降本增效。

1 光伏发电系统选择

1.1 选择原则

（1）在满足污水处理厂污水处理工艺的前提下，合理建设并网光伏太阳能电站。（2）在满足污水处理厂设备检修的前提下，合理安装太阳能电板。（3）保证电氣配电系统的供电可靠性，并输出高品质的光伏电能。

1.2 项目场地与系统的选择

岩东污水处理厂占地面积比较大的区域主要包括：初沉池、二沉池、氧化沟以及再生水生产区域等，由于再生水生产区域面积分散，初沉池、氧化沟区域本身顶部已加盖，考虑到二沉池为敞开式结构，污水池的蒸发量比较大，阳光直射容易造成池内水体藻类生长，温度变化大，根据生产实际需求以及多次现场实地勘察、技术分析，确定分布式并网光伏电站建造在二沉池顶部。

“污水处理是高耗能产业，岩东污水处理厂的用电负荷约为3100kW，每年处理污水的耗电量达到2700万千瓦时，平均电费单价达到每度0.731元。二沉池区域主要包括六个二沉池，其中四个为直径50米的二沉池和两个直径57米的二沉池，总占地面积22000平方米，根据二沉池的构筑物的可利用面积、太阳能电池板的总面积、光电转换效率等，计算得到光伏电站的总装机容量为2950kW，共可安装10820片光伏电池组件。

1.3 电气接入系统选择

岩东水务有限公司供电系统采用双电源一主一备供电模式。主供电源来自110kV甬税变，通过35kV甬岩3139线接入公司35kV配电系统，经过35kV主变压器供给全公司10kV主母线，再通过各出线间隔输送至下级三个10kV配电系统，供电全公司各级用电负荷;备供电源来自110kV明珠变，直接通过10kV明水H238线，供给10kV主母线。公司的电力系统全部来自国家电网供给。

公司下级三个10kV系统分别为岩东三四期配电系统、岩东一二期配电系统以及再生水配电系统，可以安装光伏电站的装机容量为2950kW，接入电气系统的电压采用400的情况下，线路损耗大，需要选择很大的电缆截面，而且单个下级配电系统无法对所发电量全部消耗，母线的容量无法保证供电安全的要求等;最终确定电气接入系统采用10kV系统，接入公司35kV变电站10kV一段主母线。

1.4 结构选择

光伏支架主要有柔性悬挂支架和钢结构支架，柔性悬挂支架虽然有安装灵活方便、成本低等优点，但是一般离地高度比较低，整体布置的整齐程度差，海边抗台风能力较低等问题，钢结构支架刚好相反。考虑到公司二沉池区域位置集中、整齐美观以及抗台等多方面原因，决定采用钢桁架结构，钢柱采用钢方管200*6及钢方管250*10，局部连系系杆为250*10方管，200*100*6方管.主桁架结构为钢绞线+C型钢+支撑;钢桁架覆盖面积为22277.5m2，钢桁架为平面桁架结构，主桁架最大跨度65.042米;桁架离地面约9米;桁架长度方向用平面方管桁架连接;铝包钢绞线采用1*37-3.7-1475-JLB14的钢绞线。考虑到正常运行检修的需要，对于集配水井设备集中区域顶部不铺设光伏板。

1.5 电气选择

太阳能电池组件的数量由逆变器的最高输入电压和最低工作电压及太阳能组件允许的最大系统电压确定，太阳能电池组件的并联数量由逆变器的额大容量确定。经过计算确定，光伏组件共有10820片，单块板的功率为300wP，选用国内知名品牌天合光伏的组件;组件按每串20-22片进行串联连接，共计分为496串，为了减少故障发生率，每串组件均不经过直流汇流箱，而是直接接入阳光逆变器，每台逆变器共并联接入14-15串组件，逆变器输出为50HZ、540V交流三相电，36组80kW逆变器输出经过两个交流低压配电柜内的独立空开进行汇流，同时分别通过2000kVA与1250kVA升压变进行升压，升压到10kV通过相应的高压配电系统、电缆接入35kV变电站的并网柜。

并网发电系统采用的并网逆变器的工作电源取自电网，逆变器本身会自动跟踪调整输出电源的频率、相位和电压等参数，能很好的满足并网的相关要求，不会对电网造成影响。光伏发电站采用自发自、用余电上网的模式，正常情况下光伏发电量全部会被公司直接消耗掉，所以无需蓄电池储能设备，当阴雨天气时电能任由电网提供。

2 难点及问题

2.1 施工难点

（1）本项目共需完成167个板式基础、48个灌注桩制作，完成215个钢立柱、25榀拉索、215榀桁架等的制作安装，10820片光伏组件的安装。这么大的跨越钢结构索杆支架为国内首列，基础制作精度要求高，钢结构材料和零配件加工准确性要求高，施工中对钢索展放、张拉、调平等难度大。岩东公司、投资公司、施工单位、设计单位等技术人员重视工程前期和施工过程对工程中的每一个问题，反复探讨研究并予以解决，在完成工程的同时也积累了不少宝贵经验。

（2）22000平方米光伏索杆钢构大棚下面分布着4个直径50米的二沉池和2个直径57米的二沉池，以及集配水井、污泥泵房等构筑物。构筑物之间地下密密麻麻地分布着每个二沉池进出水管、撇渣管、放空管以及污泥回流管、剩余污泥管、自来水管、再生水管等管道和诸多电缆。可以利用做基础和打桩的作业空间十分有限。采用大跨越钢结构索杆支架很解决了分别跨越50米和57米直径的二沉池建造钢结构主体的问题。只需在有限空地上避开工艺管道和电缆制作板式基础和灌注桩就能支撑起大跨越钢结构索杆支架。

2.2 问题点

岩东污水处理厂正常情况下用电负荷是稳定，负荷的性质也基本稳定，所以公司用电负荷实际需要的有功功率和无功功率基本恒定，在用电负荷的400V电压侧已经有低压电容补偿器对无功功率进行了一定量的补偿，所以在光伏电站不发电的情况下，公司从电网吸收的无功功率基本也是恒定的，功率因数满足考核要求。

随着光伏电站的并网发电，对于公司功率因數的考核造成了一定的困扰。比较光伏电站发出的电能基本上全部为有功功率，从而使公司从电网吸收的有功功率降低，而从电网吸收的无功功率不变，这就造成了功率因数的降低，低压侧的补偿电容器无法监测和调节到考核点的功率因数。为了解决这个问题，岩东公司协同设计单位，经过创立模拟模型，仔细计算，决定投运公司35kV变电站的电容补偿装置，使用电容补偿装置自动跟踪投切，虽然静态电容补偿装置无法完美的解决该问题，但是也可以基本满足要求。

3 效益分析

3.1 社会效益

光伏电站投运以后，电站每年可为岩东公司提供约258万kWh的绿色清洁能源，相当于每年可节约标煤约874.3吨，每年减少SO2排放约17.58吨，氮氧化物约5.96吨，温室气体约2309吨，烟尘约6.28吨，灰渣排放约121吨。体现了公司的节能环保理念，同时体现了国有企业的社会责任感。

3.2 经济效益

一般情况下，公司的用电负荷大于光伏电站的发电量，所以发电电量全部被公司运行生产所消耗，经济效益即为光伏发电单价与国家电网工业用电单价的差值，由于光伏电站的生产运行周期长达25年，不考虑电价的国家政策的调整，则光伏电站的经济效益净利润达21万元/年。

3.3 运行效益

二沉池为敞开式结构，污水池的蒸发量比较大，阳光直射容易造成池内水体藻类生长，温度变化大。光伏电站的投产发电在一定程度上控制了污水池的蒸发量;同时光伏板对污水池的遮挡，能有效抑制池内水体藻类生长，水池的温度变化减小。所以光伏电站的运行效益为提高了岩东污水处理厂的污水效率及水处理能力。

4 结语

岩东污水处理厂光伏发电电站的建成，能够有效抑制水池中藻类植物的生长。更重要的意义是用上了绿色清洁能源，具有有良好的经济效益，还体现了企业的节能环保理念，体现了国有企业的社会责任感。

岩东污水处理厂光伏电站，在国内首次采用了大跨越索杆支架专利技术。索杆张拉结构体系以其简洁明了的力学概念为大跨度结构应用创造了新的奇迹，本项目开启了索杆稳定结构技术多场景应用的未来，彻底解决同类项目光伏组件因不稳定结构可能造成的隐裂等技术难关。它的技术创新优势与污水处理厂大跨度污水池上方光伏发电解决方案实现了有机结合。实现厂区土地的高效利用，解决大跨度水池上方太阳能资源不能综合利用的技术难题。

通过岩东公司、投资公司等的鼎力协作，岩东污水处理厂2950kWh光伏发电电站于2018年底成功并网发电，标志着岩东公司节能低碳、绿色环保的理念又上升到一个新的台阶。