光伏太阳能发电在长距离输水工程中的应用

1、光伏太阳能发电在长距离输水工程中的 应用陆建华山西省水利水电勘测设计研究院摘要：光伏太阳能发电作为清洁能源，对环境破坏小，不受输电线路制约，在道路照 明、高速公路信号指示及通讯等局部小范围领域内广泛应用。为解决长距离输水 线路、水库大坝照明，远距离系统控制等小容量的监视、控制、运行等的电力需 求，对采用10kv网电和采用光伏太阳能发电作为供电主电源进行比较，结果表 明采用太阳能供电，一个阀室仅电源-项就减少90万元左右，具有明显的经济 优势。关键词：光伏太阳能;长距离输水;控制系统;经济分析;作者简介： 工程专业，陆建华（i960-）,男，1982年毕业于西北工业大学自动控制系电气 高级工程师

2、。收稿日期：2017-09-08received：2017-09-08西方国家应用光伏太阳能发电已有儿十年历史，虽没有形成大规模的光伏太阳 能发电项目，但中小容量及家庭式小型光伏太阳能发电项目己很普及，对改善 环境起到了非常积极的作用。以色列非常重视光伏太阳能的研发与利用，在光伏 太阳能技术上不断有新的突破，特别是太阳能储存技术世界领先。口本后來者居 上，产甜、技术和应用都走在世界前列，不少城市的光伏太阳能使用量已占到总 用电量的30%以上。我国的光伏产业发展极不平衡，尽管太阳光伏发电组件及电 池的产量己经超过日木和欧洲，居世界第一位，但光伏应用市场的发展却非常 缓慢，只在道路照明、高速公路信

3、号指示及通讯等领域小范围应用。1长距离输水工程概况 1. 1国情状况 为满足广大人民生产、生活需要，进行水资源重新配置，建设远距离输水工程。 水利工程水源及管线多在偏远山区，若采用网电供电，供电工程数量很大，采 用架空线路或地埋电缆投资也很大，维护费用很高，有线路损耗、变压器损耗和 设备损耗等;若采用柴油发电机组供电，要保持连续工作状态运行费用也很大， 并且污染环境。近年来兴起的光伏太阳能发电，为解决输水工程小容量的监视、控制、运行等的 电力需求，提供了条件。在光伏太阳能发电产品技术及应用技术上我国与国外产 品有较大差距，问题在于国内的光伏工程和市场上光伏产品的设计、安装、使用 很不合理。1.

4、2长距离输水工程用电负荷特点长距离输水工程用电，除提水泵站外，用电节点数量更多的是流量调节阀、检修 阀、水位信号、压力信号、流量信号、温度信号，长距离输水洞内安全监测系统 的变形、位移、渗漏的信号采集，后台自动监控系统及视频系统等。流量调节阀及检修阀为短时工作制。流量调节阀只控制水池水位在一定范围内， 水位与流量之间本身就有自动调节的功能，故流量调节阀不会连续工作;对一般 中小型工程而言，流量调节阀的电机功率大都在2055kw之间，属小型用电 负荷;而检修阀只有在事故时才进行关阀工作，用电负荷也都在5. 5 k w以下， 属短吋工作制。水位信号、压力信号、流量信号、温度、变形、位移、渗漏等信号

5、的采集，自动 监控系统及视频系统，虽然是连续工作制，其实际用电负荷大致在lkw以下， 有的只有几十瓦。长距离输水线路用电设备的特点是，连续用电（如摄像头、压力信号计、水位信 号计及控制设备等）负荷小，短吋工作设备（如调流阀调节开度、检修阀关阀等） 的用电负荷多在5. 5 k w以下，且用电时间很短，可采用光伏太阳能发电。2阀及控制系统配电设计与经济分析方案一:管线调节阀采用农网供电可靠性较低，供水主管线上的流量调节阀一旦 失电，将使整个供水工程无法正常工作，采用双电源供电为宜。采用10 k v网 电做为主电源，另设柴油发电机组为备用电源。10 k v架空线路2030万元/km,用电线路平均3

6、km,每公里每年的维护费用约 0.5 7j元。网电供电的高压变压器柜12万元，10 k v架空线路每公里市场价按 25万元计，每公里架空线路每年维护费用按0.5万元计，每10年费用统计见下 表lo方案二:采用光伏太阳能发电作为供电主电源，选用柴油发电机组作为备用电 源。30 k w eps光伏太阳能发电配置：光伏组件功用，将光能转换为直流电能。最佳工作电压36.4v、电流8.52a、8 串、总电压291.2 v、总功率2 480 w。216 v dc (150a)系列光伏控制辭功用，输01 216 v直流电给eps,同时给蓄电 池充电。胶体蓄电池功用，储存电能同时供电给eps。eps功用，优先

7、使用太阳能供电，光照不足或阴雨天使用蓄电池供电，蓄电池 达到保护电压时，切换到备用电源。电池柜功用，放置蓄电池。表2 3 0 k w的eps配置价格表下载原表上表为一套30 k w eps电源价格，加上防雷、防盗等总投资约20万元;10 k w、 15 k w、20 k w的eps电源价格依次为12万、14万、16万元。30 k w的eps 电源是按5. 5 k w的阀电机确定的，2.0 k w的电机选用10 k w的eps电源就 够了；每5年更换一次电池，每套增加2万元左右。根据以上两方案分析比较，采用太阳能供电，一个阀室仅电源一项就节省90万 元左右。东山供水工程和辛安泉供水工程，都设有5

8、0多个阀及近10个输水洞， 采用太阳能供电，一个工程节省5 000多万元，若每个地区有45个东山供水这 样规模的工程，一个省的水利工程投资就节约15个亿。以上分析是基于鼠笼电机考虑，起动电流按额定电流的7倍计算;若采用绕线电 机，起动电流为额定电流的3倍以下，电机造价提高30%,投资增加1 0002 000 元，而eps电源的容量就可减小50%,造价减少40%,节省的投资会更多。根据上述分析比较，釆用太阳能供电节省投资、减少污染，利国利民，值得大力 推广。3结语 我国水库数量巨大，水库泄洪闸门的用电负荷要比阀门大得多。大多水库多年不 会泄洪，水库大坝的变压器常年空载，仅提供水库照明、枢纽控制系统用电。如 果水库照明、枢纽控制系统采用光伏太阳能供电，只在汛期泄洪时，才控制变压 器带电，开启闸门泄洪，避免变压器长期带电，以减少电力耗损。人类社会进入21世纪，正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。廉 价的石油时代已经结束，逐步改变能源消费结构，大力发展可再生能源，走可 持续发展的道路，已逐渐成为人们的共识。