详解分布式光伏+污水处理厂项目设计
发布日期：2020/12/3
随着光伏逐步进入平价时代，分布式光伏的经济收益愈发凸显，对应的应用场景也更加多样化，渔光互补、农光互补、BIPV、污水处理等各项“光伏+”迎来更广阔的开发空间。但同时，场景复杂化下的分布式光伏对项目设计也近一步提出了更高的要求，一方面要保证项目的安全与可靠，另一方面也要考虑到整个项目的投资成本与收益率的问题。
11月27日，在由中国光伏行业协会、光伏們联合主办的第四届分布式光伏嘉年华会议上，中机国能浙江工程有限公司就“分布式光伏及污水厂项目设计理念”这一主题作了精彩分享。
分布式光伏设备选型与设计创新
在基础的设备选型方面，中机国能浙江工程有限公司指出，“虽然大尺寸组件是今年以及未来的大趋势，但未必完全适合分布式项目。一方面，大尺寸组件未必意味着更高的转化效率，在设备选型上还需要综合考虑单瓦造价和转化效率进行判断。另一方面，大尺寸组件在地面电站固然带来成本的节省，但屋顶分布式由于面积有限，有时候很难在边缘位置放下一块大组件，从而降低了总布置容量。此外，随着双面组件成本的降低，从度电成本的角度考虑，双面组件还是比较适合分布式电站的。逆变器方面，1500V系统在地面应用已经比较成熟，降本能力优秀，根据分布式项目的具体情况以及结合屋顶环境的复杂程度，可以因材施教，适度利用。在电缆选型方面，铝合金电缆替代铜芯电缆已具备可行性。一方面可以减轻电缆重量，减少设备和电缆的磨损，使安装工作更轻松。另一方面，铝合金电缆造价约为铜芯电缆造价2/3，可以降低安装成本。”
“光伏平价时代，任何一个降本细节都应该被留意”，中机国能浙江工程有限公司强调，例如有的项目按照组件环境最低温度进行计算往往会出现27.8、27.9块一串这样的数据，如果按照工作温度环境计算则可以计算到28，有效降低电缆用量和增加发电量。变压器方面要注意空载损耗，25年下来的空载损耗对发电量的影响还是很大的，这个可以和逆变器厂家合作，通过部分功能的改进解决夜间的空载损耗问题。支架方面要以风洞试验作为支架设计依据，从外围到中心区域分区域设计支架，降低用钢量。
变压器空载损耗
事实上，设备选型于光伏企业来说已经是轻车熟路，真正的难点是分布式场景应用多样化下，设计方面的难题对项目落地的阻力越来越大，有的屋顶或建筑主体由于载荷、环境、场地等原因的限制，已经规划好的项目却不得不被迫放弃。例如有的屋顶载荷较低，不满足上人安装的条件。
导流板结构图
针对该类型项目，中机国能针对性的提出了导流板技术来降低安装难度和支架成本。中机国能浙江工程有限公司介绍，此支架安装方式安装周期短、支架成本低，可以实现对前后左右的整体调节，有效降低了对安装精度的要求。以浙江项目25年的风压、雪压为例，导流板轻型支架的负重块和光伏组件自重总荷载控制在20kg/m2左右，支架满足抗风要求的同时，也满足原屋面的荷载要求。
导流板实拍
分布式光伏污水厂设计要点
近几年来，“污水厂+光伏”的项目一直被视作分布式光伏的一大应用场景，国务院在今年4月下发的文件中，也明确提出鼓励污水处理企业综合利用场地空间，采用“自发自用、余量上网”模式建设光伏发电项目的指导性意见。但是，由于污水处理厂水池横跨长、地下管线多、障碍物高、施工困难等问题，“污水厂+光伏”的项目并未能大规模落地。
污水厂布局示意图
“事实上，一般污水处理厂的水池直径大约在40～50米左右，各种污水、污泥、给排水、电缆管道等多而密集，且实际管线位置或与图纸上有偏差，二沉池集配水井及污泥泵房、回流及剩余污泥泵房地面以上高度约10m，这些问题对整个项目的施工难度挑战几乎是几何级的提升”，中机国能浙江工程有限公司表示，“针对这类型项目，我们联合同济大学、浙江大学、东南大学等国内著名空间结构学术机构，提出以索杆方案解决大跨度光伏支架问题。”
“索杆支架最开始主要利用在建筑结构里面，像浦东机场、南京奥体中心、济南高铁站等很多建筑都利用了索杆支架。索杆支架承重梁结构类似于渔腹型结构，不同承重梁之间用檩条固定成一个平面，在平面上面可以根据需要将组件布置成最佳倾角或水平布置。” 中机国能浙江工程有限公司补充道，“采用索杆式光伏支架，用钢立柱立于两侧，通过索杆式桁架结构作为支承梁，通过预应力锁紧于立柱上，并在钢柱两侧端部设置拉杆，以抵抗横向水平力。考虑上方的作业面，钢柱高度取值为5m（根据项目要求），纵向柱列每40~60 米左右在两柱中间设置一道剪刀撑，以抵抗纵向水平力。支承梁上部设置不等高檩条，用以固定光伏组件。整个结构形成排架式稳定结构作为光伏支架，组件按最佳倾角或者水平布置。基础采用柱下独立基础，混凝土现场浇筑。”
事实上，索杆支架虽然是为污水处理厂创新设计的，但实际应用的第一个案例却是扬州时代广场的BIPV。中机国能浙江工程有限公司解释道，“该建筑屋顶情况繁杂，几乎不具备布置光伏电站的空间，但是我们用索杆结构构建了新的平面，重新建造了光伏屋顶，这是索杆支架和BIPV结合的典型案例，最后让不可能成为了可能。”
扬州时代广场BIPV
索杆支架的特性，使其广泛适用于需要大跨度安装的建筑廊道、空间要求高的农（林）（渔）光互补、不规则山地、大型工厂屋顶、大型水库、水池、污水处理厂、障碍物多等项目。同时，其延伸出来的索杆支架常规防臭罩可以大大节省污水处理厂防臭罩的改造成本。
防臭罩光伏一体设计
再好的设计也需要有具体的项目去实现，针对污水处理厂分布式光伏项目的开发理念，中机国能浙江工程有限公司认为，“污水厂一般都是国企，我们可以引入风、光、储、充一体，成为绿色零排放企业，他们对这些方面还是很重视的。光伏电站结合防臭罩设计节省投资，防绿藻、减少垃圾入池量，同时也为企业带来了补充电源，提高了通电可靠性，更重要的是，无论是租金还是电费打折都可以为企业带来增量。另外，必须跟企业强调，电站运维由电站方负责，消除企业的后顾之忧。”
项目开发理念
可以预见的是，随着“十四五”的到来，在碳中和的远大目标下，全面平价的分布式光伏开始愈发受到各类大中小微企业的重视，其投资收益率高和现金流稳定的特性已经成为各行各业真正的“香饽饽”。
来源：中机国能
