光伏发电在大湾区绿色校园建设中的应用

文_袁全红 唐联耀 张宁 广东科技学院机电工程学院

1 校园光伏发电的意义

1.1 建设绿色校园的需要

2017年，《国家教育事业发展“十三五”规划》，对绿色校园建设和美丽校园建设进行了部署，确立了建设“绿色校园、智慧校园、未来校园”在教育事业发展中的战略地位。2019年10月1日，国家标准《GBT51356-2019绿色校园评价标准 》正式实施生效。而广东省地方标准《DBJ/T15-166-2019广东省绿色校园评价标准》也于2019年12月1日起实施。

1.2 建设科技校园的需要

近年来光伏发电成本快速下降。2017年至今，光伏系统建造成本在三年内降低约30%，目前低至4元/W，其中组件低至2元/W。平价光伏跑步到来，必然迎来推广应用的新高潮。2018年，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，提出构建智慧校园，包括校园智慧食堂、智慧教室、智慧超市等，要实现随时随地智能感知，这就需要无处不在的电源保障，这为校园分布式光伏的发展提供了广阔前景,特别是近来无线充电技术、柔性薄膜太阳能电池技术的快速发展带来许多新机遇。

1.3 引领绿色建筑的需要

据调查，我国建筑物耗电量占电力消费总量的50%以上，因此建筑物节能是关键。近几十年来，我国大学校园的建设快速增长。大学人员密集，能源消耗大，大学人均能耗可达城市平均能耗水平的3～6倍，因此，校园节能是建筑物节能的重点。为贯彻国家绿色发展战略，节约资源，保护环境，规范建筑行业的高质量发展，推进可持续发展，住房和城乡建设部发布国家标准《GB/T50378-2019绿色建筑评价标准》自2019年8月1日起实施。

校园建筑建设光伏发电不仅不占土地、经济性好，而且绿色环保、节能减排。作为分布式绿色能源，光伏发电可以节省输电线路，实现能源就地使用。有效降低校园公共建筑物对常规能源的消耗，电力消耗降幅33%～50%。光伏产品与屋顶之间形成空间缓冲层，且屋顶近20%的太阳光被用于发电，起到良好的防热降暑作用，夏季能有效降低课室内温度2～6℃，间接减少空调风扇的耗电量；冬季也可以减少热量的发散，起到保温作用。

1.4 建设美丽广东、美丽大湾区的需要

广东省是我国改革开放的前沿阵地，1979～2017年，按可比价格计算，地区生产总值年均增长12.6%。使广东成为中国最具竞争活力的区域之一和世界重要的制造业基地。然而经济的长期快速增长，却也产生了生态欠账、环境赤字的隐忧。广东省委在全面深入学习贯彻习近平生态文明思想和视察广东发表的重要讲话精神，在准确把握全省生态环境保护新形势的情况下顺势而为。2016年《广东省环境保护“十三五”规划》印发。2017年《南粤水更清行动（修订本）（2017-2020年）》等印发。2018年《广东省打赢蓝天保卫战2018年工作方案》、《广东省打好污染防治攻坚战三年行动计划（2018-2020年）》等印发。并明确提出到2020年，广东要实现环境质量状况、绿色发展水平、生态环境治理能力走在全国前列，在2035年基本建成美丽广东的宏伟目标。

2019年初，中共中央、国务院印发《粤港澳大湾区发展规划纲要》，作为我国重大发展战略，粤港澳大湾区的发展举世瞩目。然而，粤港澳大湾区每1万美元GDP用水量为214.47m3，比东京湾区高30%，单位GDP能耗是国际三大湾区的两倍左右。粤港澳大湾区空气质量与国际一流湾区水平差距明显，PM2.5年均浓度是同期国际一流湾区水平的3倍左右。地表水黑臭水体占比8.9%，而国际三大湾区已不存在地表水黑臭水体问题。对标国际三大湾区，能耗大、能效低、污染重、环境差是粤港澳大湾区发展的最大短板。积极开发利用新能源，低碳环保谋发展，成为粤港澳大湾区发展的当务之急。

2 大湾区校园建设光伏发电现状

广东省属于我国三类太阳能资源带，全年日照时数为2200～3000h，热当量相当于170～200kgce。据统计，广东省可安装光伏系统的建、构筑物屋顶面积 8000万m2，每年新增可安装光伏的建筑屋顶超过 28万m2(按全部新增屋顶面积10%计算)。截止2015年底，广东省分布式累计容量600MW，仅利用已有屋顶面积6%。因此，在广东省推广屋顶光伏发电前景广阔，而大学校园建设光伏项目具有积极地示范推广意义。近年来大湾区的高校在光伏电站建设方面积极行动（见表1）。实践表明，这些光伏电站都具有良好的经济效益、环保效益。

表1 大湾区部分校园并网光伏发电项目

3 广东科技学院松山湖校区光伏发电项目介绍

广东科技学院松山湖新校区6栋12层实验大楼南北纵向排列,建筑屋顶呈L形，开阔地面积为58.1m×20.7m，高度为41.5m，采光好，日照充分。

根据完工实验楼屋顶形状，确定总装机为85.7kW。如果后期的3栋实验楼屋顶在保持建筑功能的前提下略作修改，则每栋实验楼屋顶光伏装机容量可达到100kWp。6套屋顶光伏电站项目总投资为187.5万元。根据松山湖管委会发布《东莞松山湖（生态园）节能低碳专项资金管理暂行办法》文件，对分布式光伏发电项目根据装机容量，补贴标准为0.018元/kW，故我校557kWp光伏发电项目可获得补贴10万元。所以项目实际总投资为177.5万元，平均投资低于3.2元/W。

4 光伏发电效益分析

6栋实验楼屋顶光伏发电全部建成后，总装机可达557kWp。年均发电为569494kWh，按照我校平均电价为0.8元/kWh计算（生活电价0.66元/kWh，商业电价1元/kWh），年均节约电费45.6万元。约4年就可以收回投资成本。按照自发自用占比70%，余电上网占比30%，并网电压为0.4kV低压。

光伏发电经济效益可观。按照固定收益模式计算，25年总收益为1045.2万元，年平均投资收益为41万元，年均投资收益率为23.8%；而根据成本回收模式计算，25年总收益为1025.3万元。

2018年全国6MW及以上电厂发电标准煤耗308克，发电效率为42.2%，燃煤发电平均综合厂用电率为6.70%，电网线路损失率6.03%。由于校园光伏自用为主（大于60%），是终端节能，故需要从煤炭开采、运煤、发电、送电等全过程来评价节能效果。2018年采煤洗选1t原煤能量消耗约为30kgce，则效率损失率为3%，据2008年的全国电煤运输环节能源效率损失为4.1%则从采煤到用户终端用电1kWh，总能效为32.96%，总煤耗约372.9gce，故用电终端相对于发电端的耗煤系数为1.2倍。

根据2018年全国火电厂单位发电量排放量，用电终端相对于发电端的排放量为1.2倍，可计算校园光伏的节能发电减排量：年均节约标准煤212t，减排CO2580t，减排废水39.3t等25年各项节能减排的社会效益达576万元，约为其发电收益的一半以上。

松山湖新校区是理工科专业的校区，实训大楼屋顶安装光伏，不仅可在楼顶发电，还是楼顶实验室。校园光伏电站综合了发电，变电，配电，输电等多个环节，逆变器、断路器、配电柜等电气设备齐全，一次回路、二次回路完整，还有WIFI无线通讯、实时控制功能，可以作为学校电气自动化、机电工程等专业学生的参观教学和生产实践基地。发电站安装有完备的环境监测仪器（光、温、湿、风等），通过后续适当扩充，就可以建成光伏发电实验室，可以作为专业教师的科研基地，实现生产教学、科研、产业相结合。如华为的AI智能光伏运维平台，能够实现整个电站的自动监测，诊断，通过APP终端就能够实时监控整个电站，通过发电站的云服务、大数据，可以打造成学校的物联网生产实践基地。

总之，校园建设屋顶光伏发电不占土地、经济性好，绿色环保、节能减排，是积极建设绿色校园、共建低碳社会的体现符合绿色发展的新要求，顺应全社会可持续发展的潮流，具有较好的可行性。