太阳能发电技术在市政建设上的应用项目建议书

1 太阳能 发电技术在市政建设上的应用项目建议书 申报项目名称： 申报单位名称： 合作单位名称： XX 集团智能电网研究中心 日 期： 2011-6-10 2 目录 一、项目建设的意义 . 3 二、市政建设中太阳能利用方案 . 5 2.1 太阳能路灯 . 5 2.2 公共建筑进行光伏一体化改造（ BIPV） . 9 三、预期效益分析 . 11 3.1 经济效益分析 . 11 3.2 环境效益分析 . 13 3.3 社会效益分析 . 13 四、预期费用 . 14 3 一、 项目建设的意义 中 国及至全世界目前都面临着能源日趋紧张的严峻环境 ,而现今使用最多的矿物能源煤 、 石油等矿物燃料产生的有害气体和废渣对大气 、 水 、 环境的破坏也是触目惊心 。 能源消耗越多 ， 产生污染也相对增加 ， 太阳能则无危险性及污染性 ， 它是一种真正的零排放的环保能源 。 太阳能既是 一次能源 ，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。 人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火，利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式 ， 太阳能 光伏 发电 是一种新兴的 可再生能源 利用方式。 利用太阳电池发电是基于从光能到电能的半导体特有的光生伏特效应原理， 由半导体器件构成的太阳电池是太阳能发电的 最 重要部件。太阳电池可以利用太阳的光能，将光能直接转换成电能，以分散电源系统的形式向负载提供电能。 地球上太阳能资源的分布与各地的纬度 、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量 kJ/(cm2年 )和全年日照总时数表示。 我国部分地区属于温带大陆性气候，日照时间长，太阳能资源丰富， 全国各地太阳年辐射总量达 335837kJ/(cm2年 )，4 全国总面积一半以上地区年日照时数大于 2000 小时。 对大规模的利用太阳能资源提供了良好的条件。 图、 2005 年全国年平均日照时数分布图 近几年，国际上光伏发电快速发展，美国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划。国际光伏市场开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方 向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。 我国从事太阳能光伏事业的企业众多，成为推动经济发展的一大重要产业，但是由于成本等各方面原因，国内的太阳能光伏企业大多从事硅料、太阳能光伏电池组件等 中 上游生产工作，在太阳能系统集成及利用方面远远落后于西方发达国家 ，造成光伏市场两端在外，中间在内的不利局面。为改善这一状况，促进国家能源构成改善，降低对石油、煤等传统能源的依赖， 国家先后颁布了可再生能源法、5 分布式能源建设管理办法、金太阳示范工程财政补贴等相关法律、法规 。在党中央十二五规划中，也把推动能源生产和 利用方式改革、加大环境保护力度列为今后工作的重中之重。 城市作为人类社会发展到一定阶段的产物，它是人类创造物质财富的主要场所，是人类物质文明发展的体现和洁净。 同时城市也是生产、生活活动集中的场所，在城市中积聚了大量的工矿企业、商业以及生活建筑及设施，成为了能源消耗的集中场所。如何改善城市生活、生态环境，改善城市能源供应，提高城市能源供应安全保障，特别是市政机关、学校、医院等重要场所的供能安全保障，打造真正的 低碳、生态宜居城市，成为城市规划者及城市管理者 所面临的重要问题。而太阳能作为随处可取、清洁环保的能源形 式，在进行市政建设规划、改善城市环境、提高城市品位上具有重要的作用。 二、 市政建设中太阳能利用方案 2.1 太阳能路灯 路灯是城市、乡村、公路、高速公路、桥梁等公用设施所必备的照明设备。但是路灯给生活带来便利之余，却是一个耗电大户。数据显示仅 2007 年，我国共计安装路灯 1700 万盏，年电费达数百亿元以上。 另外 传统的路灯采用的是低压输电网络。线路长、布线及埋设复杂、消耗土地资源，维护及巡线也耗费大量人力与物力，一直是传统路灯难以克服的弊病。因此寻求一种节能、环保、自动化程度较高的6 照明设备已是当务之急。作 为清洁可 利用再生能源的太阳能 路灯系统有望成为未来路灯新选择。 相较于传统路灯，太阳能路灯有以下优点： 以 阳光为能源，白天充电、晚上使用，无需复杂昂贵的管线铺设 ； 无需挖沟牵线，可任意调整灯具的布局 ， 在以后的日常使用过程中无需电费的支出 ； 安全节能无污染，充电及开 /关过程采用智能控制，光控自动开关，无需人工操作 ； 工作稳定可靠，免维 护，适用于居民小区、别墅、公园、广场等公共场所道路照明与装饰等 ； 外观设计采用金 属、工程塑料等材料压铸而成的灯具，造型新颖、美观大方、简洁明快 ，融实用性和观赏性于一体。 太阳能路灯由以下几个 部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳。如输出电源为交流 220V 或 110V，还要配置逆变器。 各部分作用及要求如下： 1、 太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。在阴雨天比较 多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶7 硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。 2、 太阳能控制器 无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长 路灯工作时间。 3、蓄电池 由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、 Ni-Cd 蓄电池、 Ni-H 蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。 4、 光源 8 太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、 LED 光源。 5、灯杆及灯具外壳 灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行 。 图、太阳能路灯组成示意图 参照具体情况， 按照每晚 8 小时工作时间，每盏路灯 可按如下 方式进行配置： 额定功率为 135瓦的多晶硅太阳能电池板一块，寿命在 20年以上； 400Ah， 24V 阀控式铅酸蓄电池 一块，充放电次数 3000 次 以上； 135W 太阳能路灯充放电控制器一件，使用寿命 15 年以上； 额定功率为 60W 的 LED 灯一盏， 亮度为同等功率普通灯的 3 倍，使用寿命 8 万小时以上； 9 6-10 米光源灯杆一件，以及一些线缆等辅助材料。 按照以上配置，外加施工费用，每盏路灯的费用在 5500 元左右。按照每 30米一盏的布局进行安装，每公里需要安装太阳能路灯 33盏，主要选择在 市郊公路、公园道路和部分城市主干道 进行安装。将传统的路灯改换为太阳能路灯， 体现了道路照明采用绿色能源节能环保的新要求，不仅节约能源、 省却铺设线缆成本、 美 化道路，同时为缓解能源紧缺，推动新能源的民用化 做出贡献。 图、道路两旁太阳能路灯效果图 2.2 公共 建筑 进行光伏 一体化 改造 （ BIPV） 市政机关 办公楼 、学校、医院等公共 建筑 作为城市里最重要的 公共 设施，如何保障这些 公共设施的电能供应安全成为当今市政管理者所必须考虑的一大难题。而利用这些公共建筑的楼顶或者幕墙，铺设太阳能光伏电池组件，就近采用太阳能资源提供日常所需的全部或者10 部分电力，不仅降低了公共设施负荷对公共电网的依赖，提高了这些公共设施自我保障的能力，而且对于在发生雷雨、风雪等大型 自然灾害，公共电网发生故 障的情况下，维持正常运行，具有非常重要的意义。另一方面， 加强国家机关、医院、学校等公共建筑物节能监管也已经成为了国家衡量城市管理水平的重要标准 ，因此利用太阳能等可再生能源对公共建筑进行供电，对于降低公共建筑能源消耗，实现节能减排，促进低碳办公、生活具有重要的意义。太阳能光伏电池 与建筑材料一体化的美观设计，对促进可再生能源利用也具有重要 意义。 图、上海世博会光伏建筑一体化主题场馆 并网型光伏建筑一体化系统原理图如下： 其中光伏组件将 照射在其上面的太阳能转换为直流 电能； 逆变器再将 直流电能转换为交流电能供建 筑内本地负荷应用，或者将多余的电能输送到公共电网上去；切换控制器负责并 、 离网切换控制，正常情况下系统并网运行， 楼内负荷由太阳能光伏系统及公共电网进行双向供电，在公共电网发生故障停电的情况下，系统离网运行，由光伏11 系统维持用电负荷正常运行。为了更好的利用太阳能资源，还可以在系统中加入储能系统，在太阳能发电充足情况下将多余的电力储存起来，当光伏发电不足时，再释放储存的能量，供负荷使用。整个系统由统一的监控系统进行协调控制，保证了可再生能源利用最大化，也保证了太阳能发电系统的稳定运行。 三、 预期效益分析 3.1 经济 效益分析 1、太阳能路灯节能 如 2.1 所述，每公里可安装太阳能路灯 33 盏，按照平均每天 6小时的满功率输出时间来算， 33 盏路灯 平均每天发电量为： 135W6h33=26.73kWh 以全城有 20km 的路段安装太阳能路灯进行计算， 每天可提供清洁能源 534.6kWh，每年可利用清洁能源 约 20 万度，按照 LED 灯亮度为同等功率普通路灯 两度的 3 倍计算，相当于节约公共电网电力 60万度。 下表 简单 列出了太阳能路灯与普通路灯的性价比对比 ： 光源 传统路灯 太阳能路灯 单盏 总计（ 660 盏） 单盏 总计（ 660 盏） 同 等亮度光源功率 180W 118800W 60W 39600W 纯路灯造价 1600 元 /盏 105.6 万元 5500 元 /盏 363 万 铺设线缆造价 30 元 /米 20km，计 60 万元 无需铺设额外线缆，不用增加额外费用 维护费用 200 元 /盏 *年 7.3 万元 性能稳定，寿命期限内无需维护 使用寿命 10 年 15 年 年用电量 总计 60 万度 /年 利用可再生能源，无需电网电能 12 线路损耗 5 万度 /年 无线路损耗 费用财政 除 165.6 万元初步投资外，每年需投入 财政费用 72.3 万元进行维护和缴纳电费 一 次性投资 363 万元，在使用寿命内 基本无需额外财政费用 从上表中可以看出，虽然太阳能路灯的初步投资费用大于传统路灯的初步投资费用，但在今后的使用过程中基本无需投入额外的财政费用，整体性价比远高于传统路灯。 1、 建筑光伏一体化节能 市内存在有党政机关、学校、医院等大量公共设施，公共建筑 占地 总面积在 20 万平方米以上，按照 50W/m2 的装机容量进行计算，可以 安装 10MW 的光伏发电系统。 以目前 2.5 万元 /kW 的成本造价进行计算，共需一次性财政投资费用为 2.5 亿元。 另外按照金太阳示范工程补贴、分布式能源管理办法 及光伏发电上网电价补贴等各种政策性补贴，可以获得相当于成本价 50%的政策性财政补贴，也就是说只需投入 1.25 亿元即可。 按照平均每天 6h 的正常发电时间计算，每天可提供 6 万度的清洁能源，从另一个角度来说，每天可节约公共电网用电 6 万度，每年可节约用电 2190 万度。 以目前 1 元 /度的电费计算，每年可节约电费 2190 万元，也就是说约用 5 年的时间就可以收回投资成本。由于并网光伏系统的使用寿命在 25 年左右，因此有 10 年以上的时间期限内，系统处于纯收益状态。 另外，以上计算还没有计入对比公共电网供电所需要的输配电线路成本 。 13 3.2 环境效益分析 综上所述，安装在 20km 的道路上安装太阳能路灯，每年可节约公共用电 60 万度；在党政机关、学校、医院等公共设施的建筑楼顶或者向阳幕墙上安装 10MW 太阳能光伏发电系统，每年可提供清洁能源 2190 万度。按照目前每度电需要燃烧 360g 的标准每进行计算，可得出以下结论： 太阳能路灯每年可节约 21.6 万吨标准煤，可减少二氧化碳排放55.5 万吨，二氧化硫排放量 4.5 万吨，烟尘排放 3 万吨。 10MW 太阳能光伏发电系统每年可节约 788.4 万吨，可减少二氧化碳排放 2025.75 万吨，二氧化硫排放 164.25 万吨，烟尘排放 109.5万吨。 因此采用太阳能发电提供公共交通照明，为公共设施提供电力，相对于普通火力供电，可以十分明显地减少温室气体、酸雨性气