3MW光伏电站光能水能建设项目可行性研究报告.docx
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3MW光伏电站光能水能建设项目可行性研究报告
3MW光伏电站光能、水能互补建设项目
可行性研究报告
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）
二○一六年一月
1项目概况
1.1项目概况
1.2报告编制原则及依据
1.3编制范围
1.4项目主要内容
1.5项目实施的总体目标
2地区概况及电力系统
2.1地区概况
2.2电力系统
3项目提出的背景
3.1目前我国的能源形式
3.2我国电力供需现状及预测
3.3世界光伏发电发展现状
3.4世界光伏发展目标和发展前景
3.5世界光伏技术发展趋势
3.6中国光伏发电市场的现状
3.7中国光伏发电市场的发展
3.8中国光伏产业发展现状
3.9太阳能光伏发电在我国能源电力供应中的地位
4项目的必要性
4.1满足XXXX市机场用电需求，提高用电可靠性的需要
4.2合理开发利用光能资源，符合能源产业发展方向
4.3加快能源结构调整的需要
4.4改善生态、保护环境的需要
5太阳能光伏电站与当地水电站电网的互补运行
5.1地区负荷特性
5.2太阳能光伏电站发电特性
5.3水电站发电特性
5.4太阳能光伏电站与当地水电站电网的互补运行
6工程任务及规模
6.1工程建设厂址及规模
6.2建设任务
6.3电站与系统连接方案设想
7光能资源
7.1XXXX市州太阳辐射总量及时空、日照时数分布
7.2气象站光资源资料
7.3光伏电站光资源计算
7.4光资源综合评述
8地质工程
8.1厂址区域稳定性评价
9光伏发电电池组件选择和发电量估算
9.1光伏电池组件型式确定
9.2发电量估算
10电气
10.1电气一次
10.2电气二次
11土建、给排水及暖通工程
11.1土建工程采用的主要设计技术数据
11.2主要建筑材料
11.3建（构）筑物抗震分类和抗震设防原则
11.4主要建筑设施及结构体系及结构选型
11.5光伏电站接地网及电缆沟
11.6给排水及消防水
11.7采暖系统
11.8通风系统
11.9空调系统
12环境保护与水土保持
12.1主要污染源和主要污染物
12.2设计依据及采用的环境保护标准
12.3控制污染的设想与影响分析
12.4绿化及水土的保持
12.5环境条件对太阳能光伏发电效率的制约因素分析
12.6结论
13消防、劳动安全与工业卫生
13.1消防
13.2劳动安全
13.3工业卫生
13.4其它安全措施
14电站总平面布置
14.1厂址概况
14.2交通运输
14.3电站总体布置设想
15工程设计概算
15.1编制说明
15.2工程概算投资
附图
附图1：
结古镇电网地理接线图
附图2：
结古35kV变电所主接线图
附图3：
3MW光伏电站主接线图
附图4：
3MW光伏电站总平面布置图
1.项目概况
1.1项目概况
1.1.1项目名称
3MW光伏电站光能、水能互补工程。
1.1.2项目执行机构：
1.1.3建设地点
XXXX省XXXX市州，XXXX省XXXX市飞机场。
1.2报告编制原则及依据
1.2.1编制原则
（1）认真贯彻国家能源相关的方针和政策，符合国家的有关法规、规范和标准。
（2）对厂址进行合理布局，做到安全、经济、可靠。
（3）充分体现社会效应、环境效益和经济效益的和谐统一。
（4）论证研究太阳能光伏电站与水电站的运行、互补，提出效益最大化的运行方案。
1.2.2编制依据
（1）3～10kV高压配电装置设计规范（GB50060-2016）
（2）供配电系统设计规范（GB50052-2016）
（3）建筑设计规范（GB50016-2016）
（4）电力工程电缆设计规范（GB50217-2016）
（5）有关规程规范。
1.3编制范围
对当地有关电力系统状况进行分析，进行光能资源、水能资源分析，进行工程地质初勘、光伏电池组件选型和优化布置、发电量估算，以及对应的电气工程、土建、暖通、给排水工程、施工组织、工程管理设计、环境保护和水土保持综合评价，劳动安全与工业卫生，效益分析，工程投资概算，财务评价等。
1.4项目主要内容
新建XXXX市州太阳能光伏电站1座，容量为3MW；研究3MW光伏电站光能、水能互补运行方案，解决运行效益最大化问题。
1.5项目实施的总体目标
开发当地丰富的太阳能资源，解决XXXX市州机场供电可靠性，形成对机场用电负荷的双电源供电，满足机场近期及中长期发展需要；研究3MW光伏电站光能、水能互补运行方案，解决运行效益最大化问题。
2地区概况及电力系统
2.1地区概况
XXXX市藏族自治州位于XXXX省青藏高原南部，该州总面积26.7万平方公里，约占XXXX省总面积的三分之一以上。
总人口26.7万人，其中藏族占总人口的96.3%，是XXXX省主要的林、牧区。
境内有格拉丹东雪峰、可可西里冰川、各日各雅雪山和扎日根雪山，这些巨大的固体水库蕴育了长江、黄河和澜沧江三大水系，其正源沱沱河，卡日曲和扎曲都出自XXXX市境内。
二江一河，水量充沛，支流发达，水力资源颇为丰富，XXXX市境内干支流水能理论蕴藏量约542.7万千瓦。
XXXX市州交通闭塞，经济落后。
该州的水能资源丰富，二十世纪八十年代以后，随着当地生产力水平的不断提高，对电的需求日益增长，在这期间修建了结古镇西杭，XXXX市县安冲、小苏莽、上拉秀、下拉秀、巴塘相古村、称多县二级、尕朵、拉布、下赛巴，昂欠县扎曲，曲麻莱县聂恰、周木尕卡等县、乡、村十三座小水电站。
二十世纪九十年代以后，又新建了治多县同卡电站，XXXX市县当托电站，称多县科玛电站和XXXX市州禅古电站。
截止2016年末，该州已建成小水电站24座，总装机容量17157千瓦。
XXXX市州下辖六个县，目前XXXX省大电网尚未延伸到XXXX市州，结古镇独立小电网已初具规模，各县小水电电网初步形成基本上形成了独立电网。
从这一实情出发，XXXX市州必须大力发展水电及太阳能发电。
2.2电力系统
XXXX市州远离XXXX省主电网，为独立运营的小电网。
目前，全州已建成运营的小水电站有数十座，除目前新建成的4座外，主要的几座骨干水电站如禅古、科玛、扎曲等电站的出力均达不到60%，其他水电站达不到50%。
由于XXXX市地区目前的电源供应远远满足不了当地用电需求，从而制约了经济社会等各项事业的发展。
随着近年相继开工并建成的拉贡、龙青峡两个水电站建设的快速推进和聂恰、白扎、香达三个水电站改造开工在即，XXXX市藏族自治州将实现以水电为骨干、以光伏电源为补充的电力供应网络，大大的改善了当地农牧民的生产生活条件。
XXXX市州是长江、黄河、澜沧江的发源地，其支流由雅砻江、卡日曲、孜曲、当曲、结曲等众多大小河流组成，多年平均总流量达1022.3米/秒，水能理论蕴藏量约为543万千瓦。
长期以来，由于地处偏远，经济发展滞后，大量的水能资源得不到及时开发，已建成的24座小水电站的总装机容量仅为1.7万千瓦，不足水能总资源的0.3%，缺电成为XXXX市经济发展、社会进步的“瓶颈”。
近年来，XXXX市州委、州政府紧紧抓住西部大开发的历史机遇，争资金、跑项目，不断加快电力资源的开发步伐。
继总装机6000千瓦、总投资1.7亿元的拉贡电站和总装机2400千瓦、总投资7600万元的龙青峡电站相继开工建设之后，总投资2.6亿元的治多聂恰河一级电站，囊谦白扎、香达电站改造前期工作也已相继开工。
这些工程完工后，将彻底解决结古镇及其他五县县城的缺电问题。
与此同时，作为补充电源的光能资源开发也实现了历史性突破，先后完成投资1.06亿元，分别在40个边远乡镇和19个边远村建成乡、村级光伏电站59座，基本解决了这些边远乡镇、村的生活用电。
距离XXXX市飞机场较近的供电电源点为XXXX市州结古35kV变电所。
目前已由该变电所架设1回35kV线路向飞机场供电。
本线路导线采用LGJ-70/10型钢芯铝绞线，地线选用1X7-7.8-1270-B钢绞线。
年最大负荷利用小时为5000小时，导线LGJ－70/10，其经济输送容量为4MVA,极限输送容量为17.5MVA。
三江源（XXXX市）机场变目前用电负荷2016kVA，随着经济的进一步发展，用电负荷将继续增加。
XXXX市机场变至结古35kV变电所输电距离22.079千米。
结古35kV变电所现状：
现有三相双卷变压器1×3.15+1×6.3MVA，电压比为35/10.5kV。
35kV母线为单母线接线，目前有3回进出线，1回来自蝉古水电站，1回来自结古35kV变电站，1回去XXXX市机场变电所。
10kV规划出线8回，现出线6回，分别至西杭水电站、东方红水电站、疗养院、扎西科、巴塘、大桥，2回备用。
目前XXXX市州用电最大负荷已达20160kVA,根据《XXXX市州“十一五”国民经济发展规划》，“十一五”期间XXXX市州结古地区用电负荷将得到较大的发展。
XXXX市州结古地区电力负荷预测结果如下表：
表2-1XXXX市州结古地区电力负荷预测表
项目
2016年（实际）
2016年
2016年
2018年
供电量（万kw.h）
3870
4180
5686
8355
最大负荷（MW）
8.9
9.6
13.1
19.2
目前结古地区主要有两个水电站供电：
禅古水电站（4800kW）、拉贡水电站（8000kW）。
禅古水电站冬季枯水期可发电3500kW；拉贡水电站冬季枯水期可发电6500kW。
根据近年来当地用电负荷需求，两座水电站已难以满足当地（包括XXXX市飞机场用电负荷需求）。
XXXX市飞机场用电容量约为2016kW，负荷性质主要为一级负荷，目前仅由结古变电所以35kV单电源供电。
3项目提出的背景
XXXX市飞机场作为XXXX市州的唯一民用机场，对当地国民经济发展起着不可替代的重要作用，用电负荷大部分等级属于一级用电负荷。
为提高机场供电可靠性，有必要利用当地太阳能资源建立第二电源。
XXXX市机场位于青藏高原，属于太阳能资源较为丰富的一类地区，建设XXXX市太阳能光伏电站作为飞机场第二供电电源是具备太阳能资源保障的。
考虑到太阳能光伏电站与水电站有潜在的互补供电可能性，本工程将研究3MW光伏电站光能、水能互补问题，尽力提高项目投运后经济效益。
3.1目前我国的能源形式
我国是世界上最大的能源消费国之一，同时也是世界能源生产的大国。
随着国民经济的快速增长，2016年能源消费总量增至24.6亿tce（吨标准煤），比2016年增长了9.3%。
2016年各种一次能源比例为：
煤炭占69.7%、石油占20.3%、天然气占3.0%、水电占6.0%、核电占0.8%。
2016年，中国的原油进口达到1.5亿t，大约是中国原油总需求的50%。
预测到2020年，中国一次能源需求量为33亿tce，煤炭供应量为29亿t，石油为6.1亿t；然而，到2020年我国煤炭生产的最大可能约为22亿t左右，石油的最高产量也只有2.0亿t，供需缺口分别为7亿t和4.1亿t。
显然，要满足未来社会经济发展对于能源的需求，完全依靠煤炭、石油等常规能源是不现实的。
我国能源供应状况为煤炭比重过大，环境压力沉重；人均能耗远低于世界平均水平，能源技术落后，系统效率低，产品能耗高，资源浪费大。
我国能源供应面临严峻挑战：
一是能源决策国际环境复杂化,对国外石油资源依存度快速加大,二是石化能源可持续供应能力遭到严重挑战.长远来看,能源资源及其供应能力将对我国能源系统的可持续性构成严重威胁.显然,从能源资源、环境保护的角度，如此高的能源需量，如果继续维持目前的能源框架是绝对不可行的。
因此，在大力提高能效的同时，积极开发和利用可再生能源，特别是资源量最大，分布最普遍的太阳能将是我国的必由之路。
3.2我国电力供需现状及预测
2016年，全国发电装机容量达到5.0841亿千瓦，同比增长14.9%。
其中水电达到1.1652亿千瓦，约占总容量22.9%；火电达到3.8413亿千瓦，约占总容量75.6%；全国发电量达到24747亿千瓦，同比增加2804亿千瓦，增速12.8%。
2016年，全国发电装机容量达到6.22亿千瓦，同比增长20.3%。
其中水电达到1.4亿千瓦，约占总容量22.5%；火电达到4.7252亿千瓦，约占总容量75.97%；全国发电量达到28344亿千瓦，同比增加2804亿千瓦，增速14.5%。
根据专家预计2016年至2016年全社会用电量的年均增速在12%左右，2016~2020年增速在8%左右。
根据以上预测结果，到2020年，中国电力装机容量将突破12亿千瓦，发电量将超过6万亿千瓦，在现有基础上翻一番多。
我国的一次能源储量远远低于世界平均水平，大约只有世界总储量的10%，必须慎重的控制煤电、核电和天然气发电的发展；煤电的发展不仅仅受煤炭资源的制约，还受运输能力和水资源条件的制约；核电的发展同样受核原料和安全性的制约，核废料处理的问题更为严重，其成本是十分高昂的;我国的环境问题日益显现,发展煤电和大水电必须要考虑环境的可持续发展,必须计入外部成本。
因此大力发展可再生能源发电是我国解决能源危机和保证可持续发展的重要举措，而太阳能发电将在未来中国能源供应中占据重要地位。
3.3世界光伏发电发展现状
世界光伏产业迅速发展，最近10年太阳电池组件生产的年平均增长率达到33%，最近5年的年平均增长率达到43%，2016年世界太阳能电池产量达到2500MWp，累计发货量达到8500MWp。
而中国2016年太阳能电池的产量达到了369.5MWp，紧随日本和德国之后，位于世界第三大光伏电池生产国。
世界光伏产业和市场的另一个突出特点是：
光伏发电在能源中的替代功能越来越大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场。
并网发电在光伏市场中的主导地位在人类能源变革中具有重要意义，它标志着光伏发电由边缘地区离网和特殊应用向电网能源发展、由补充能源向替代能源转变、人类社会开始建设可持续发展的能源体系。
3.4世界光伏发展目标和发展前景
世界上一些主要国家都制定了国家光伏发展路线和发展目标，现对比如下：
表3-1世界主要国家光伏发电成本预测一览表
光伏发电成本预测
年份
2016
2016
2020
日本（日元/kW.h）
30
23
14
欧洲（欧元/kW.h）
0.25
0.18
0.1
美国（美元/kW.h）
0.182
0.134
0.1
中国（元/kW.h）
5
3
1.4
表3-2世界主要国家光伏发电装机预测一览表
光伏发电装机预测/GWp
年份
2016
2016
2020
日本
1.2
4.8
30
欧洲
1.2
3
41
美国
0.34
2.1
36
中国
0.065
0.3
1.8
其他
1.195
3.8
91.2
世界
4
14
200
从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来占据世界消费的重要位置，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。
根据欧盟联合研究中心（JRC）的预测，到2030年世界可再生能源在总能源结构中将占30%左右，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中到达10%左右；2040年可再生能源占总能耗50%以上，太阳能发电将占电力的20%以上；到21世纪末可再生能源占总能耗50%以上，太阳能发电占到60%以上，显示出重要战略地位。
3.5世界光伏技术发展趋势
技术进步是降低成本、促进发展的根本原因。
几十年来围绕着降低成本的各项研究开发工作取得了辉煌的成就，表现在电池效率的不断提高，硅片厚度的持续降低和产业化技术不断改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。
（1）电池效率的不断提高
单晶硅电池的实验室最高效率已经从50年代的6%提高到目前的24.7%，多晶硅电池的实验室最高效率也达到了20.3%。
薄膜电池的研究工作也获得了很大成功，非单晶硅薄膜电池、碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS）的实验室效率也分别达到了13％、16.4％和19.5％。
其他新型电池，如多晶硅薄膜电池、燃料敏化电池、有机电池等不断取得进展，更高效率的新概念电池受到广泛重视被列入开发计划。
随着实验室效率的不断提高，商品化电池的效率也得到了不断提升。
目前单晶硅电池的效率可达到16％～20％，多晶硅电池可达到14％～16％；与此同时，光伏产业技术和光伏系统集成技术与时俱进，共同促使光伏发电成本不断降低和光伏市场及产业的持续扩大发展。
（2）商业化电池厚度持续降低
降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶体硅太阳电池成本的有效技术措施，是光伏技术进步的重要方面。
30多年来，太阳电池硅片厚度从20世纪70年代的450～500um,降低了一半以上,硅材料用量大大减少,对太阳电池成本降低起到了重要作用,是技术进步促进降低成本的重要范例之一。
预计2016年硅片厚度将降至150～200um，2020年将降至80～100um，届时成本将相应大幅降低。
（3）生产规模不断扩大
生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳能电池生产成本降低的另一个重要方面，太阳电池单厂生产规模已经从20世纪80年代的1～5MWp/a发展到90年代的5～30MWp/a和目前的50～500MWp/a。
生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率LR（LearningCurveRate）上,即生产规模扩大1倍,生产成本降低20%。
预计，在未来的两年之内，单厂年生产能力达到1GWp的企业将会出现。
（4）太阳电池组件成本大幅度降低
光伏组件成本30年来降低2个数量级。
2016年世界重要厂商的成本为2～2.3美元/Wp,最近因材料紧缺有所回升。
当供求关系越过平衡点后，成本会比前一个供求关系对应点更低，这也是30年来经验曲线中曾经出现过的现象。
（5）晶体硅电池技术持续进步，薄膜电池技术快速发展
2016年各种电池技术的市场份额，其中多晶硅46.5%，单晶硅43.4%，带硅电池2.6%，薄膜电池约7.6%。
多晶硅电池自2016年开始超过单晶体硅后一直持续增长，各种薄膜电池市场份额近年来也在稳定增长，反映出技术进步的推动力量。
3.6中国光伏发电市场的现状
中国的光伏发电市场目前主要用于边远地区农村电气化、通信和工业应用以及太阳能光伏商品，包括太阳能灯、草坪灯、太阳能交通信号灯以及太阳能景观照明等。
由于成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段。
所有这些应用领域中，大约有53.8%属于商业化的市场（通信工业和太阳能光伏产品），而另外的46.2%则属于需要政府和政策支持的市场，包括农村电气化和并网光伏发电。
3.7中国光伏发电市场的发展
中国于1958年开始研究光伏电池，1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星上，1973年开始将光伏电池用于地面。
2016年，国家计委启动“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏和小型风力发电解决西部（西藏、XXXX市州、青海、甘肃、内蒙古、陕西和四川）700多个无电乡的用电问题，光伏电量达到15.5MWp。
该项目大大刺激了国内光伏工业，国内建起了几条太阳电池的封装线，使太阳电池的年生产量迅速达到100MWp（2016年当年产量20MWp）。
截止到2016年底，中国太阳电池的累计装机已经达到55MWp。
2016-2016年，由于欧洲光伏市场的拉动，中国的光伏生产能力迅速增长，截止到2016年底，中国太阳电池组件的生产能力已经达到400MWp，当年产量达到140MWp，绝大部分太阳电池组件出口欧洲，2016年国内安装量只有5MWp，2016年为10MWp。
下图给出中国光伏发电市场的发展进程。
表3-3中国光伏发电各年装机及累计装机一览表
年份
1976
1980
1985
2016
2016
2016
2016
2016
2016
2016
年装机/kWp
0.5
8
70
500
1550
3300
20300
10000
5000
10000
累计装机/kWp
0.5
16.5
200
1780
6630
19000
45000
65000
70000
80000
3.8中国光伏产业发展现状
太阳能光伏系统中最重要的是电池，是收集光和实现光电转换的基本单位。
大量的电池合成在一起构成光伏组件。
并网发电系统由光伏组件、太阳跟踪装置、逆变器、高低压配电装置构成。
太阳能电池通常由晶体硅和薄膜材料制造，前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得，后者是一层薄膜附在低价的衬背上。
目前，世界上85%以上的市场份额是晶体硅太阳电池，包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，其他类型的太阳电池所占比例很小，因此在考虑太阳电池产业链时主要分析晶体硅太阳能光复电池的产业链。
光伏发电产业链的构成见下图：
3.8.1多晶体硅原材料产业状况
光伏技术发展至今，晶体硅光伏电池始终是商品化光伏电池的主流，国际市场上98%以上的光伏电池是利用高纯多晶体硅制备的。
作为光伏电池生产最基本材料-高纯多晶体硅制造业也就成为光伏产业链上最重要的环节。
目前，多晶体硅原材料的先进生产技术基本上掌握在8家主要生产商手中。
由于种种原因，多晶体硅原材料生产量的增长远远落后于光伏产业需求量的增长，这导致了自2016年以来世界范围内多晶体硅原材料的持续紧缺并导致价格的持续上涨，预计这种紧缺状况至少还将持续2年左右的时间。
多晶体硅的生产已经成为整个光伏产业链的瓶颈，不但限制了太阳电池产量的增长而且使太阳电池的成本持续保持在3～4美元/峰瓦的水平，严重制约了光伏产业和市场的发展。
中国多晶体硅原材料产业存在的问题包括：
（1）技术落后。
主要技术基于改良的西门子法，但工艺落后，能耗为世界先进水平的1.5～2倍。
（2）规模小。
多晶体硅生产是规模效益型产业，一般认为临界规模为2016t/a，产量低于1000t/a的企业被认为不具有经济合理性。
2016年，中国多晶体硅的年生产能力为400t，实际生产量为300t，仅够30MWp太阳电池的生产需求，实际生产量与需求存在巨大的差距，多晶体硅原材料基本依赖进口。
3.8.2晶体硅锭制造产业状况
硅锭切片，即硅片的生产是晶体硅太阳能光伏电池制备的第一道工序，晶体硅电池组件成本的65%来自硅片，而电池制造和组件封装只占成本的10%和25%。
随着硅材料成本的持续走高，硅锭切割工艺在光伏电池制造环节中的重要性也日益提高。
通过不断提升硅片制备的工艺、设备和技术水平来降低硅片成本、节约原材料，提高生产效率，已成为光伏产业目前关注的焦点。
中国晶体硅材料产业有以下特点：
◆发展迅速。
近几年的年平均增长率超过70%。
◆对原材料的依存度高。
由于国内无法提供高纯多晶体硅材料，因此企业原料基本依赖进口，国际市场高纯多晶体硅原料的紧缺和涨价影响了国内企业的发展，绝大部分企业开工不足。
◆技术成熟，产品质量不逊于国外。
◆单晶体硅材料的生产占主导，与世界光伏产业中单晶体硅与多晶体硅的1：
2（2016年）比例相差较大。
主要原因是国内单晶体硅拉制的技术比较成熟，国产单晶炉已实现国产化，价格低廉；多晶体硅浇铸炉依靠进口，价格昂贵。
同时拉单晶投资少，建设周期短，资金回收快。
3.8.3晶体硅太阳能光伏电池制造业状况
晶体硅太阳能光伏电池是在单晶或多晶体硅片上通过扩散制结而成的。
中国2016年太阳能光伏电池的年产量超过50MW，是前一年的4倍；2016年产量达到140MWp，2016年为369.5MWp，如果不是受到原材料短缺的制约，发
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