分布式光伏发电在城乡电力供应中的应用

分布式光伏发电在城乡电力供应中的应用

张彦平 王 琦

国网甘肃综合能源有限公司 甘肃 兰州 7 3007 0

国网天水供电公司 甘肃 天水 741000

摘要：我国总发电量中火力发电量占有很大比例，煤等化石燃料的燃烧会导致气候变化问题。将光伏发电纳入城乡电力供应不仅可以缓解日益增加的电力需求，还可以作为后备电源保障重要场合的可靠供电。分布式光伏发电在城乡应用主要有两种形式，一是结合建筑设置并网发电，二是为一些景观路灯或交通信号灯供电，文章结合具体案例对这两种形式进行简要介绍。

关键词：光伏发电；电力供应；节能减排；智慧城市

社会经济的发展离不开能源的支持。国务院发展研究中心的报告显示：我国城市人均能源消费约为农村的3倍，每增加1%的城镇化率，相应需要新增6000万t标准煤的能源消费。电力是支撑城乡发展的重要能源，目前我国火力发电量在总发电量中仍占有很大比例，煤等化石燃料的燃烧会导致气候变化问题，比如气温升高。气温升高导致夏季用电增多，用电量增加会加剧一次能源煤的消耗，从而导致气候问题更加严重，形成恶性循环。清洁能源中的太阳能是可再生能源。国家《“十三五”应对气候变化科技创新专项规划》中也指出要大力强化可再生能源的利用。近年来，采用光伏发电方式对太阳能进行利用已成为主流趋势。光伏发电分为集中式和分布式，前者发电规模大，独立占地 ；后者发电规模小，布置灵活，多结合建筑物设置。本文主要针对分布式光伏发电在城乡电力供应中的应用进行介绍。

1 光伏发电在城乡电力供应中的应用

目前，分布式光伏发电在城乡应用较多的形式主要有两种，一是与建筑相结合，利用建筑物的屋顶或墙壁进行并网发电；二是给一些景观路灯或交通信号灯供电，一般采用离网发电，主要应用于乡村道路等区域。其中并网光伏发电发展速度较快，城市中主要采用并网光伏发电，发出的电量就地消纳，多余的电量还可以供给国家电网。国家和地方为了促进光伏产业发展和节能减排，对于光伏并网发电给予一定的补贴。我省新能源和可再生能源资源丰富，特别是河西地区未利用土地资源辽阔，风电光电大规模集中开发利用的潜力巨大。水能资源理论蕴藏量1813万千瓦，理论技术可开发量1205万千瓦，在黄河上游玛曲河段和中游黑山峡河段具有规模化开发优势;风能资源理论储量为236亿千瓦，技术可开发量4000万千瓦;太阳能资源理论储量巨大，技术可开发量4000万千瓦;生物质能资源可折合830万吨标准煤。“十二五”时期，甘肃的新能源和可再生能源得到了长足发展，河西清洁能源基地建设深入推进，国家第一个千万千瓦级风电基地（酒泉）建成，已初步形成全国重要的新能源基地，新能源建设发展取得了瞩目成就。2015年底，风光电装机1862万千瓦，约占全省总装机量的40%，新能源成为甘肃电力的第二大电源。

1.1 光伏组件与建筑相结合

将光伏电池组件安装在现有建筑物的屋顶，叫作BAPV（Building Attached Photovoltaic），这是一种简单的结合；将光伏电池组件作为建筑物的屋顶或墙壁，成为建筑物自身的一部分，叫作BIPV（Building Integrated Photovoltaic）。目前很多地方实施多能互补等智能微电网项目，里面就包含光伏组件与建筑结合并网发电内容。

我国城市建筑能耗占全国建筑总耗能的80%以上。如果能在城市中将光伏发电与建筑物有效结合，可以大大降低城市建筑能耗。据统计，我国现有建筑屋顶的可利用面积约为3.16 亿m2，如果按照100 W/m2，年运行1000 h计算，该可利用面积每年就可以提供316 亿kWh的电能，如果能将建筑物的墙面也利用起来，这个数字还会增加。光伏发电与建筑物相结合大都采用直接并网的方式，如图1所示。由于蓄电池等储能装置价格昂贵，一般不设置储能装置。发出的电能可采用自发自用，多余电量供给电网的方式，不足电量可由电网补给。在系统装机容量的选取上，应根据实际电能需求进行设计，尽量减少对电网的冲击。

图1 并网光伏发电结构示意图

1.2 光伏景观路灯或交通信号灯

在一些景观园区或乡村道路上，可以采用光伏路灯进行照明；在一些道路应急事件中，可以使用光伏交通信号指示灯对往来车辆进行警示或指示。这种光伏应用一般采用离网发电形式，如图2所示。光伏组件发出的电能全部用于灯具使用，多余的电量被存储于蓄电池中。由于光伏组件功率有限，灯具一般采用功耗较低的LED灯。

图2 离网光伏发电结构示意图

以某乡村道路照明工程设计为例，该道路实施环境整治改造，道路设计宽度7 m，设计等级为乡村道路干路。根据《乡村道路工程技术规范》（GB/T 51224—2017），乡村道路干路路灯沿道路两侧交叉布置，照明设计可参照城市支路标准设计。由于道路为乡村道路，周边无电源接入点，设计采用太阳能光伏路灯。路灯光源采用60 W LED灯，光源距地面高度6 m，路灯灯具仰角15°，悬挑长1 m，灯具采用半截光型灯具，防护等级不低于IP65。路灯单侧安装间距40 m左右，整体安装间距20 m左右，局部道路照明平面图如图3所示，照明设计符合《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2015）中城市支路标准要求。某乡村道路照明平面图如3所示。

图3 某乡村道路照明平面图

2 光伏发电纳入城乡电力供应存在的问题

虽然将光伏发电纳入城乡电力供应可以缓解日益增长的电力需求，也可以减少二氧化碳和一些污染物的排放。但是将光伏发电持续应用于城乡发展还需要政策支撑，目前光伏发电成本高于火力发电，如果没有完善补贴政策，光伏产业也无法快速地发展；相反，在完善且相对稳定政策的激励下，光伏产业的发展也会促使光伏发电成本进一步下降，最终可能会实现光伏发电的完全市场化。

3 结语

目前，城乡电力供应主要依靠公共电网，而将光伏发电纳入城乡电力供应不仅可以缓解日益增加的电力需求，还可以作为后备电源保障重要场合的可靠供电，对建设低碳、智慧城市和提高城乡防灾能力具有积极意义。

参考文献

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