何宁
（广州电力设计院有限公司 广东广州 510610）
摘要：近些年，随着可持续发展观念的深入人心，绿色智能变电站也越来越受重视。为切合“绿色智能、和谐环境”的建设理念，变电站从设计方案、综合能源利用等多方面探索了建设的新模式。太阳能光伏发电、光热制冷是指太阳能光热代替部分常规电能，满足生产和生活需要。文章介绍了一种基于太阳能的综合能源系统的工程应用方案。
关键词：智能变电站；太阳能；光热制冷系统；运行方式
1.建设方案概述
太阳能光伏发电和光热利用是目前世界上最先进的可再生能源利用技术，也是未来能源发展的方向。本项目的实施，符合“节能、环保、绿色、人性化”的建设原则。首先能够充分体现城市建设节能环保的先进性理念，其次利用变电站屋顶建设光伏发电场和光热制冷系统，不占用土地，能够提高土地资源的利用效率，再则也有助于提升城市的社会形象。
本系统建设内容包括：
（1）100kW 多晶硅屋顶光伏发电系统；
（2）槽式太阳能集热系统+100kW；
（3）利用消防水池建设200m3 的水蓄冷系统。
2.光伏发电系统
2.1光伏发电系统选型
目前国内外使用最普遍的是单晶硅、多晶硅太阳能电池，而且国内的光伏组件生产也主要是以单晶硅、多晶硅太阳能电池为主。晶体硅光伏组件有如下优点：技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、转换效率高、安装维护简单方便，综合考虑上述因素，本工程屋顶光伏拟选用晶体硅太阳能电池。
2.2 光伏发电系统运行方式
光伏组件的安装分为固定式安装和逐日跟踪式安装，其中固定式安装支架系统简单，节约场地；逐日跟踪式安装队太阳能资源利用更充分。项目所在地太阳辐射中散射量的占比要达到30%以上，占比较高，这将直接影响到的逐日跟踪效果。因此，本工程屋顶光伏组件布置推荐全部采用固定式安装。同时，根据项目所在地太阳辐射数据参考，光伏组件最佳倾角为20°。
2.3 光伏阵列设计
本工程屋顶光伏单列布置拟主要采用11m的单列形式。考虑屋顶风载、屋顶结构荷载等因素，固定安装的光伏子阵的单体模块由1 排组成。每个单列共有11 块组件的单体模块组成，每个组串由两个11m单列组成。本工程屋顶光伏共安装13 个组串，13 个组串通过1 个16 进1 型汇流箱接入1台100kW逆变器。
3.光热制冷系统
3.1集热系统选型
常见的太阳能集热器一般可以分为平板式、真空管式、槽式等主要形式[2]，槽式集热器的性价比要优于平板式太阳能集热器和全玻璃真空管式太阳能集热器，具有良好的经济性能。
3.2集热工质
集热工质是指在光热系统中，将收集的太阳热能传递至制冷机组的热传递介质。目前糟形抛物面聚光集热器可选用的集热工质有3种，高温油、水和熔盐。目前，熔盐作为集热工质，技术上还存在很多争议，目前也没有商业运行项目；导热油正常应用的温度范围是15℃到400℃，一般使用的最高温度为395℃，高压高温油雾与空气混合会形成爆炸性混合物，可能对变电站运行存在安全隐患。因此，推荐采用水作为集热工质。
3.3制冷系统
溴化锂制冷剂，是目前世界上常用的吸收式制冷机种。在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。
在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸气发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。
图1 溴化锂吸收式制冷机基本组成及工作原理图
3.4蓄冷系统
尽管储热水箱可以储存能量，但它的能力毕竟是有限的。将制冷机产出的低温冷媒水储存在储冷水箱内，可以更多的储存能量，而且低温冷水利用起来也比较方便。设置储冷水箱还有一个更重要的原因：溴机的热媒水进口温度是一般是150℃左右，冷媒水出口温度是7℃左右。假设夏天的环境温度是30℃，则储热水箱中热水温度与环境温度的温差为120℃，明显大于环境温度与储冷水箱中冷水温度的温差23℃。这就是说，将接收到的多余太阳辐射能产生冷水储存在储冷水箱中，其热损失要比以热水形式储存在储热水箱中低得多。
3.5运行方式
漱玉站光热制冷系统运行模式及控制策略如下：
正常制冷模式，正常制冷模式下，集热器产生的高温热水，全部进入溴机制冷，冷冻水全部对外供冷。
储热模式，储热模式下，集热器产生的高温热水，全部进入储热水箱，`再从储热水箱进入集热加热。
放热模式，放热模式下，储热水箱通过储热水泵送至溴机制冷，对外供应冷水，热水再回到储热水箱。
蓄冷模式，蓄冷模式下，蓄冷水箱的水通过冷水泵送至溴机产生低温冷水，低温冷水再储存在蓄冷水箱内。
放冷模式，放冷模式下，蓄冷水箱的低温水通过蓄冷水泵供至用户，温度升高的冷水再储回到蓄冷水箱内。
3.6电气设计布置
变电站设置太热制冷系统需要布置槽式集热器、热水型溴化锂、储热水箱、除盐水箱、冷却塔等设备，其中，集热器须布置在屋顶光照充足的地方；其余设备可单独设置房间布置，并与变电站电气设备隔离，保证运行维护的独立性。
4 结论
本项目在变电站屋面上建设太阳能光伏发电和光热制冷满足空调及站用电负荷需求，使得清洁能源和绿色变电站得到良好融合，不仅有利于能源的综合利用，也符合电网绿色变电站思路。本项目建成后，太阳能空调系统每年可供冷量约400GJ，可减少电网取电2.7万kWh。据测算，每年可减少二氧化碳排放22 吨，减少二氧化硫排放70公斤；光伏发电系统年平均上网电量约7万kWh，与相同发电量的火电厂相比，每年可为电网节约标煤约23吨，相应每年可减少多种大气污染物的排放，其中减排65吨二氧化碳、0.3 吨二氧化硫、0.2 吨氮氧化物、0.08 吨烟尘，减排效果显著。
参考文献：
[1]荆树春，朱群志，陆佳伟．太阳能光伏光热一体化技术的研究及应用[J].电源技术，2004，10：1958-1960．
[2]李文通．太阳能光热发电类型分析与发展趋势展望[J].科技创新与应用，2014，35：80．
作者简介：
何宁（1984），男，四川达州，工程师，工学硕士，变电一次设计。
论文作者:何宁
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/22
标签：光热论文; 溴化锂论文; 光伏论文; 水箱论文; 太阳能论文; 变电站论文; 冷水论文; 《河南电力》2018年15期论文;