CN107425787A - 一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置及方法 - Google Patents

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CN107425787A CN201710685556.2A CN201710685556A CN107425787A CN 107425787 A CN107425787 A CN 107425787A CN 201710685556 A CN201710685556 A CN 201710685556A CN 107425787 A CN107425787 A CN 107425787A
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陆冉
胡煜
王海华
张震
李奔
谢伟
韩学栋
袁龙威
潘磊
杨非
单新锐
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Abstract

本发明公开了一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，包括事故备用贮灰场和光伏发电装置布置区域；故备用贮灰场与光伏发电装置布置区域相隔离；所述光伏发电装置布置区域设置若干光伏阵列区；光伏阵列区设置光伏发电装置，所述光伏发电装置包括若干光伏子系统，光伏子系统包括集中式汇流箱、太阳能电池组件、逆变器和升压变，通过所述中给定的公式得出事故备用贮灰场所需占地面积和剩余光伏发电可利用占地面积；将太阳能电池组件、逆变器和升压变均布置在所述灰场中。本发明充分利用燃煤电厂灰场的土地资源，将化石能源与清洁能源相结合，开拓了传统灰场的利用价值，一地多用，带来更大的经济效益。

Description

一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电模式，属于太阳能发电应用设计领域。
背景技术
随着国家对环境问题越来越重视，光伏电站的投资建设得到了各级政府的支持。太阳能电站由多个光伏子方阵组成，根据阴影计算确定前后排组串之间和逆变器升压平台之间的间距，1MW光伏方阵占地面积不小于20亩。我国太阳能年总辐射量在1050～1750kWh/m2之间，太阳能资源丰富；但由于大型光伏电站占地较广，对于日益严峻的土地资源来说是较为突出的问题。
火力发电作为我国传统的电力生产方式，仍然是目前我国电力企业最重要的发电方式。燃煤电厂中均建设贮灰场，用于堆放电厂的灰渣等废弃物。发电厂灰渣的传统处理方法是“贮用结合”，由于灰渣可用于烧砖、混凝土掺料、道路基础等，故当灰渣确能全部综合利用时，可按“贮存1年设计灰渣量”的要求确定事故备用贮灰场的容量。原有灰场中大部分建设用地均未得到利用。
发明内容
针对太阳能资源利用和土地面积有限的矛盾，本发明利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置及方法，将燃煤电厂中贮灰场进行合理划分，一部分用于事故备用贮灰场，一部分用于光伏发电。这种模式能提高土地资源的利用率，也促进清洁能源的发展，有利于进一步优化能源结构。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，包括事故备用贮灰场和光伏发电装置布置区域；故备用贮灰场与光伏发电装置布置区域相隔离；
光伏发电装置布置区域设置若干光伏阵列区；
光伏阵列区设置光伏发电装置，所述光伏发电装置包括若干光伏子系统，光伏子系统包括集中式汇流箱、太阳能电池组件、逆变器和升压变；太阳能电池组件、集中式汇流箱、逆变器和升压变依次顺序连接。
太阳能电池组件最低点高度在同一个高程坐标系下，高于燃煤电厂灰场大坝内内涝水位高度0.5m；；
逆变器和升压变平台最低点高度在同一个高程坐标系下，高于灰场大坝内内涝水位高度0.5m。
光伏阵列区内集电线路采用桥架的安装方式。
光伏子系统中设置检修通道，检修通道间距为1m。
集中式汇流箱布置在检修通道两侧。
检修通道为1-2个。
较优地，还包括集散式控制器，集散式控制器布置在检修通道两侧。
一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置方法，具体包括如下步骤：
S1，计算燃煤电厂灰渣量：
每台锅炉的灰渣量Ghz按式(1)计算：
其中，Ghz为灰渣量，t/h；t/h为灰渣量的单位，下述内容中字母定义后的符合内容为单位；
Aar为燃煤收到基灰分，％；
Gm为锅炉最大连续蒸发量时的实际耗量，t/h；
Qnet.v.ar为收到基低位发热量，kJ/kg；
q为锅炉机械未完全燃烧损失，按锅炉厂提供的数据进行计算，％；
S2，计算事故备用贮灰场容积：S1中计算得出的Ghz灰渣量，用于计算S2的事故备用贮灰场容积V；
事故备用贮灰场容积V按式(2)计算：
其中，V为每座事故备用贮灰场容积，m3；
n为贮存小时数，h；
pk为灰堆积密度，t/m3；
为灰库充满系数，％；
C为灰库座数，座；
S3，结合卫星遥感数据，或者气象站的实测数据，运用式(3)和式(4)比较不同倾角倾斜面辐射量，选取最佳倾角；
Qp＝Sp+Dp (3)
Qt＝St+Dt+Rt (4)
式(3)(4)中：
Qp为水平面接收的总辐射量，MJ/m2·a；
Sp为水平面接收的直接辐射，MJ/m2·a；
Dp为水平面接收的散射辐射，MJ/m2·a；
Qt为倾斜面接收的总辐射量，MJ/m2·a；
St为倾斜面接收的直接辐射，MJ/m2·a；
Dt为倾斜面接收的散射辐射，MJ/m2·a；
Rt为倾斜面接收的反射辐射，MJ/m2·a；
S4，灰场剩余可利用面积用于光伏电站；灰场剩余可利用面积为原有灰场中除去事故备用贮灰场的剩余面积，用式(5)进行组件间距D计算：(原有灰场面积为已知量)
其中：
φ为当地纬度，°；
δ为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5°；
ω为时角，上午9:00的时角为-45°。
H为方阵前排最高点与后排组件最低位置的高度差，m。
α为太阳高度角,°；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)；
β为太阳方位角,°；
S5，根据太阳能电池组件和逆变器的规格型号，运用公式(6)(7)确定串联方案：
式(6)(7)中：
Kv为光伏组件的开路电压温度系数；
K'v为光伏组件的工作电压温度系数；
N为光伏组件的串联数，N取整；
t为光伏组件工作条件下的极限低温，℃；
t'为光伏组件工作条件下的极限高温，℃；
Vdcmax为逆变器允许的最大直流输入电压，V；
Vmpptmax为逆变器MPPT电压最大值，V；
Vmpptmin为逆变器MPPT电压最小值，V；
VOC为光伏组件的开路电压，V；
Vpm为光伏组件的工作电压，V；
S6，结合灰场剩余可利用面积(原有灰场中除去事故备用贮灰场剩余面积，就是灰场剩余可利用面积)、最佳倾角、组件间距和串联方案，得出单个组串的占地面积，最终确定灰场可建设光伏电站的装机容量；
运用式(8)计算一个组串的占地面积S单：
S单＝[W单×N+0.02(N-1)](L单×cosθ+D) (8)
式(8)中：
S单为一个组串的占地面积，m2；
W单为单块太阳能电池组件的宽度，m；
L单为单块太阳能电池组件的长度，m；
θ为太阳能电池组件的安装倾角，°。
本发明的有益效果包括：
本申请公开一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置,提升功率密度，减少配电装置及建安工程量，减少运输和维护工程量，提高系统效率，降低成本。较同类工程减少3亩。材料方面，管桩节约6％，钢材节约5.5％，电缆节约5％，整体造价下降。
本申请公开一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置方法，通过一系列计算确定灰场剩余可利用面积、最佳倾角、组件间距、串联方案，确定最终灰场可建设光伏电站的装机容量。将清洁能源与化石能源结合起来，建立的光伏电站充分利用了燃煤电厂贮灰场的未利用空间，从而节省了光伏电站的占地面积，提高了建设用地的资源利用率，促进了太阳能光伏电站的进一步发展。
附图说明
图1为申请利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置图；
图2为本申请利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，包括事故备用贮灰场和光伏发电装置布置区域；故备用贮灰场与光伏发电装置布置区域相隔离；
光伏发电装置布置区域设置若干光伏阵列区；
光伏阵列区设置光伏发电装置，所述光伏发电装置包括若干光伏子系统，光伏子系统包括集中式汇流箱、太阳能电池组件、逆变器和升压变。太阳能电池组件、集中式汇流箱、逆变器和升压变依次顺序连接。还包括集散式控制器，集散式控制器布置在检修通道两侧；集散式控制器连接在太阳能电池组件和逆变器之间。
太阳能电池组件最低点高度在同一个高程坐标系下，高于燃煤电厂灰场大坝内内涝水位高度0.5m；太阳能电池组件的不同标高需要在同一个高程坐标系，例如西安80坐标系或者北京54坐标系；相同坐标系下的高度才有用。因为厂区内设置若干太阳能电池组件，太阳能电池组件的最低檐要高于内涝水位。
逆变器和升压变平台最低点高度在同一个高程坐标系下，高于灰场大坝内内涝水位高度0.5m；
光伏阵列区内集电线路采用桥架的安装方式。
光伏子系统中设置1-2个回检修通道，检修通道间距为1m。
集中式汇流箱或者集散式控制器布置在检修通道两侧。
如图2所示，一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置方法，具体包括如下步骤：
S1，计算燃煤电厂灰渣量：
每台锅炉的灰渣量Ghz按式(1)计算：
其中，Ghz为灰渣量，t/h；
Aar为燃煤收到基灰分，％；
Gm为锅炉最大连续蒸发量时的实际耗量，t/h；
Qnet.v.ar为收到基低位发热量，kJ/kg；
q为锅炉机械未完全燃烧损失，按锅炉厂提供的数据进行计算，％；
S2，计算事故备用贮灰场容积：S1中计算得出的Ghz灰渣量，用于计算S2的事故备用贮灰场容积V；
事故备用贮灰场容积V按式(2)计算：
其中，V为每座事故备用贮灰场容积，m3；
n为贮存小时数，h；
pk为灰堆积密度，t/m3；
为灰库充满系数，％；
C为灰库座数，座；
S3，结合Meteonorm或PVsyst软件的卫星遥感数据，或者气象站的实测数据，运用式(3)和式(4)比较不同倾角倾斜面辐射量，选取最佳倾角；
Qp＝Sp+Dp (3)
Qt＝St+Dt+Rt (4)
式(3)(4)中：
Qp为水平面接收的总辐射量，MJ/m2·a；
Sp为水平面接收的直接辐射，MJ/m2·a；
Dp为水平面接收的散射辐射，MJ/m2·a；
Qt为倾斜面接收的总辐射量，MJ/m2·a；
St为倾斜面接收的直接辐射，MJ/m2·a；
Dt为倾斜面接收的散射辐射，MJ/m2·a；
Rt为倾斜面接收的反射辐射，MJ/m2·a；
S4，灰场剩余可利用面积用于光伏电站；灰场剩余可利用面积为原有灰场中除去事故备用贮灰场的剩余面积，用式(5)进行组件间距D计算：(原有灰场面积为已知量)
其中：
φ为当地纬度，°；
δ为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5°；
ω为时角，上午9:00的时角为-45°。
H为方阵前排最高点与后排组件最低位置的高度差，m。
α为太阳高度角,°；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)
β为太阳方位角,°。
S5，根据太阳能电池组件和逆变器的规格型号，运用公式(6)(7)确定串联方案：
式(6)(7)中：
Kv为光伏组件的开路电压温度系数；
K'v为光伏组件的工作电压温度系数；
N为光伏组件的串联数，N取整；
t为光伏组件工作条件下的极限低温，℃；
t'为光伏组件工作条件下的极限高温，℃；
Vdcmax为逆变器允许的最大直流输入电压，V；
Vmpptmax为逆变器MPPT电压最大值，V；
Vmpptmin为逆变器MPPT电压最小值，V；
VOC为光伏组件的开路电压，V；
Vpm为光伏组件的工作电压，V；
S6，结合灰场剩余可利用面积(原有灰场中除去事故备用贮灰场剩余面积，就是灰场剩余可利用面积)、最佳倾角、组件间距和串联方案，得出单个组串的占地面积，最终确定灰场可建设光伏电站的装机容量；
运用式(8)计算一个组串的占地面积S单：
S单＝[W单×N+0.02(N-1)](L单×cosθ+D) (8)
式(8)中：
S单为一个组串的占地面积，m2；
W单为单块太阳能电池组件的宽度，m；
L单为单块太阳能电池组件的长度，m；
θ为太阳能电池组件的安装倾角，°。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，包括事故备用贮灰场和光伏发电装置布置区域；故备用贮灰场与光伏发电装置布置区域相隔离；
所述光伏发电装置布置区域设置若干光伏阵列区；
光伏阵列区设置光伏发电装置，所述光伏发电装置包括若干光伏子系统，光伏子系统包括集中式汇流箱、太阳能电池组件、逆变器和升压变；太阳能电池组件、集中式汇流箱、逆变器和升压变依次顺序连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，
太阳能电池组件最低点高度在同一个高程坐标系下，高于燃煤电厂灰场大坝内内涝水位高度0.5m；；
逆变器和升压变平台最低点高度在同一个高程坐标系下，高于灰场大坝内内涝水位高度0.5m。
3.根据权利要求1所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，光伏阵列区内集电线路采用桥架的安装方式。
4.根据权利要求1所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，光伏子系统中设置检修通道，检修通道间距为1m。
5.根据权利要求4所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，集中式汇流箱布置在检修通道两侧。
6.根据权利要求4所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，检修通道为1-2个。
7.根据权利要求1所述的一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置，其特征在于，还包括集散式控制器，集散式控制器布置在检修通道两侧。
8.一种利用燃煤电厂灰场的光伏发电装置布置方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1，计算燃煤电厂灰渣量：
每台锅炉的灰渣量Ghz按式(1)计算：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>z</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> <mo>.</mo> <mi>v</mi> <mo>.</mo> <mi>a</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mi>q</mi> <mn>4</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>33870</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Ghz为灰渣量；
Aar为燃煤收到基灰分；
Gm为锅炉最大连续蒸发量时的实际耗量；
Qnet.v.ar为收到基低位发热量；
q为锅炉机械未完全燃烧损失，按锅炉厂提供的数据进行计算；
S2，计算事故备用贮灰场容积：S1中计算得出的Ghz灰渣量，用于计算S2的事故备用贮灰场容积V；
事故备用贮灰场容积V按式(2)计算：
其中，V为每座事故备用贮灰场容积；
n为贮存小时数；
pk为灰堆积密度；
为灰库充满系数；
C为灰库座数；
S3，结合卫星遥感数据，或者气象站的实测数据，运用式(3)和式(4)比较不同倾角倾斜面辐射量，选取最佳倾角；
Qp＝Sp+Dp (3)
Qt＝St+Dt+Rt (4)
式(3)(4)中：
Qp为水平面接收的总辐射量；
Sp为水平面接收的直接辐射；
Dp为水平面接收的散射辐射；
Qt为倾斜面接收的总辐射量；
St为倾斜面接收的直接辐射；
Dt为倾斜面接收的散射辐射；
Rt为倾斜面接收的反射辐射；
S4，灰场剩余可利用面积用于光伏电站；灰场剩余可利用面积为原有灰场中除去事故备用贮灰场的剩余面积，用式(5)进行组件间距D计算：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>H</mi> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>arcsin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>+</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;phi;</mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：
φ为当地纬度；
δ为太阳赤纬；
ω为时角；
H为方阵前排最高点与后排组件最低位置的高度差；
α为太阳高度角；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)；
β为太阳方位角；
S5，根据太阳能电池组件和逆变器的规格型号，运用公式(6)和(7)确定串联方案：
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式(6)(7)中：
Kv为光伏组件的开路电压温度系数；
K'v为光伏组件的工作电压温度系数；
N为光伏组件的串联数，N取整；
t为光伏组件工作条件下的极限低温；
t'为光伏组件工作条件下的极限高温；
Vdcmax为逆变器允许的最大直流输入电压；
Vmpptmax为逆变器MPPT电压最大值；
Vmpptmin为逆变器MPPT电压最小值；
VOC为光伏组件的开路电压；
Vpm为光伏组件的工作电压；
S6，结合灰场剩余可利用面积、最佳倾角、组件间距和串联方案，得出单个组串的占地面积，最终确定灰场可建设光伏电站的装机容量；
运用式(8)计算一个组串的占地面积S单：
S单＝[W单×N+0.02(N-1)](L单×cosθ+D) (8)
式(8)中：
S单为一个组串的占地面积；
W单为单块太阳能电池组件的宽度；
L单为单块太阳能电池组件的长度；
θ为太阳能电池组件的安装倾角。
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