天然气管道长输企业建设分布式光伏发电系统的应用研究及设计

山西国化能源有限责任公司

一、引言

我国能源结构以煤炭为主，“十一五”以来，在经济快速增长的拉动下，煤炭消费约占商品能源消费构成的75%，已成为我国大气污染的主要来源。大量CO2、SO2气体及粉尘等的排放，造成生态环境的破坏和严重的环境污染，既影响经济发展，也影响人民生活和健康。随着我国经济的高速发展，能耗的大幅度增加，能源和环境对可持续发展的约束将越来越严重。因此，大力开发太阳能、风能、地热能和海洋能等可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施，同时，也是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。

天然气管道输气是天然气输送的主要方式，具有运输成本低、占地少、建设快、油气运输量大、安全性能高等优势。天然气管道长输企业铺设长输管线，沿管线建立各类输气站场，站场的选址一般在城镇周边或空旷处，分布广，每个站的布局分散、单站建设面积小，人员配备少，同时站场用电负荷不大，如果因地制宜的在管线沿线各输气站场建设分布式光伏发电项目，自发自用多余电量上网，充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消耗，将有效降低企业运行成本，并且提升企业社会形象。

二、天然气站场分布式光伏发电系统建设可行性研究

（一）建设难点

天然气输气站场在建设过程中，根据GB50183《石油天然气工程设计防火规范》要求，输气站场工艺设施距离辅助生产设施的安全距离必须满足12米的最低要求，因此输气站场内具备建设分布式光伏发电系统的面积并不大，除去道路、回车场地以外，可利用空间包括站场内的绿化区域及建筑物屋顶。

而为达到光伏发电系统自发自用，余电上网的要求，每个站场的光伏系统发电量应大于站场用电量，根据发电量确定太阳能板的安装面积。

国化公司18个分输站场实际用电情统计表（见表1）：

根据计算，场站日均用电量126 kW h，年用电量45825 kW h。

站场平均电费为0.804899元/度，上网补贴后电价为0.652元/度（标煤上网电价+补贴电价），因此每个输气站场的最低装机容量大于站场的年用电量才能使收益最大化。

光伏电站发电量采用以下公式计算：

式中：

L——并网光伏电站年发电量；

W——并网光伏电站装机容量；

H——年峰值日照小时数；

η——光伏电站系统总效率；

年峰值日照小时数H：通过调查山西省日照资源分布情况如下：晋中市年平均峰值日照小时数4.46 h/d；长治市年平均峰值日照小时数4.34 h/d；晋城市年平均峰值日照小时数4.18 h/d；临汾市年平均峰值日照小时数4.33 h/d；运城市年平均峰值日照小时数4.14 h/d。这里年峰值日照小时数H取1400小时。

光伏电站系统总效率η：光伏系统额效率主要受温度、雾霾积雪、设备损失等因素影响，这里效率取0.8。

经计算每个输气站场的最低装机容量为：

在平面屋顶或地面上，光伏发电建设单位功率约为70W/平方米，因此每个输气站内最少需要建设面积585平方米。

典型站场的占地面积见表2：（单位：平方米）

因此，除在综合楼屋顶防止光伏设施外，需要另外安排在空地上安放太阳能车棚或者利用场站周边绿化用地建设高支架光伏设施，以提高装机容量，才可以满足安装面积要求。为提高效益，可根据各输气站场实际情况，适当增大光伏系统装机容量可使收益最大化。

（二）方案设计

目前分布式光伏系统建设方案成熟，方案选择应综合考虑：运行可靠性、可维护性、未来技术发展趋势等，并结合电站区域的气象条件、地理环境、施工条件、交通运输等实际因素，经技术经济综合比较选用适合大型并网光伏电站使用的解决方案，设计方案原理如图1。

每个输气站设计装机容量45～60KW，采用自发自用，余额上网模式，选择低压并网，自发自用部分直接接入380V配电室，配电室内增加一台380V并网柜，一台380V计量柜。

表1

表2

根据建筑立面图估算，场站能综合楼屋顶最多安放20kw组件，每块250w的发电功率，共80块组件。在综合楼前空地上安放太阳能车棚或者利用场站周边绿化用地建设高支架光伏设施，以提高装机容量，25～40kw左右的太阳能车棚或绿地需占地约500～800平米。（每个多晶硅板尺寸1.65×1×0.04m，且在摆放时需有一定的间距（见表3）。

图1

表3

表4

三、天然气站场分布式光伏发电系统建设效益分析

（一）经济性分析

目前光伏装机造价约为6.5元/w。

在25年的使用寿命期内，单晶硅电池板在使用过程中光电转化效率会降低，首年衰减率为3%，10年衰减10%，25年总衰减率不超过20%。

站内

根据相关规定新投运的、采用“自发自用、余电上网”模式的分布式光伏发电项目，全电量度电补贴标准为每千瓦时0.32元，山西省脱硫上网电价为0.332元/度。

在不同装机容量下的发电量和收益见表4：

由表4可知，不同装机容量下，系统的投资回收周期在6～8年，装机容量越大，回收周期越长，但收益也越大。因此，每个输气站可根据站场的可利用面积及资金情况合理设置装机容量。

（二）环境效益

此系统不占用城市中额外的土地进行光伏系统的安装，通过绿色可再生能源对建筑楼体进行节能减排，满足能源的可持续发展，并且对环境不产生任何污染，减少环境再处理的大量资金投入。同时使用太阳能光伏发电将减少火力发电导致的环境污染，从而减少国家治理污染的支出，具有难以估量的间接受益。

在18个输气站场建立60KW分布式光伏发电系统后，年发电量约106万kwh，可每年减少二氧化碳排放约106吨，减少二氧化硫排放约3.2吨，减少粉尘排放约29.1吨。

此外，太阳能发电系统的应用还有助于展现我国对环境保护的重视，其发展前景十分广阔，它对提高人民的环境保护和能源意识，对可再生能源的应用起到良好的展示作用。

四、结论及建议

无论是根据国家能源政策，还是当地支柱产业发展政策，分布式光伏发电都是值得投入的项目，但目前天然气管道公司建设分布式光伏电站的意愿并不是很高，究其原因，主要有以下几点：

1.从目前的投资效益说，分布式光伏发电项目不如直接投资管道建设，直接动力不足。

2.分输站场可利用面积有限，装机容量小收益不高。

但从长远来说，分布式光伏发电是企业践行绿色发展的方向，是企业社会责任的体现，并且能促进企业节能降耗。