關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

一、提出課題的背景

1、項目背景

大同市政府積極落實習(xí)總書記視察山西重要講話精神：“不當(dāng)煤老大，爭當(dāng)能源革命的排頭兵”，并由此確定2018年為全市“轉(zhuǎn)型項目建設(shè)年”，力求把創(chuàng)新園打造成為能源革命和新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的樣板，打造成國際化、全球化一流100％“零碳、智慧”示范園區(qū)，引領(lǐng)我國2050年能源發(fā)展。

2018年4月18日國家發(fā)改委印發(fā)了第三批增量配電業(yè)務(wù)試點通知，大同市能源革命科創(chuàng)園成功申報第三批增量配電業(yè)務(wù)試點。同煤雙創(chuàng)中心大樓為科創(chuàng)園A區(qū)的重要組成部分之一。

2018年9月，大同市新能源科技創(chuàng)新園區(qū)正式開工建設(shè)，同煤集團(tuán)作為大同市重點項目組成單位之一，在雙創(chuàng)園區(qū)建設(shè)雙創(chuàng)中心和重點實驗室兩個項目，同大科技院作為建設(shè)單位、宏遠(yuǎn)公司作為施工單位有幸參加此工程建設(shè)項目的建設(shè)。該工程在設(shè)計中采用節(jié)能綠色建筑為主的先進(jìn)設(shè)計理念，最大限度地利用可再生能源，尤其是光電和空氣源熱泵技術(shù)在項目中得以應(yīng)用。項目在前期設(shè)計中，宏遠(yuǎn)公司做為先頭對接單位，積極與設(shè)計單位溝通和提供相應(yīng)施工方案的支持，充分利用我公司對光伏板生產(chǎn)和安裝中的現(xiàn)有經(jīng)驗，在同大科技院的支持和認(rèn)可下，從設(shè)計前期介入，從安裝工藝入手，進(jìn)行科技創(chuàng)新的研究，確定了雙創(chuàng)中心綜合實驗樓外立面墻體選用裝飾光伏板二合一外墻材料進(jìn)行施工，做到了節(jié)能裝飾一體化結(jié)構(gòu)施工的效果。光伏板外墻裝飾工程是目前市場為數(shù)不多的新工程工藝，工程原理作用都是理論上形成，但應(yīng)用相對較少的，可借鑒的施工經(jīng)驗也極少，我單位接到施工任務(wù)后，成立了專業(yè)新技術(shù)保障領(lǐng)導(dǎo)組，公司總工程師任組長、副總工程師任副組長、機電部、技術(shù)部、土二分公司等單位和部門為成員的領(lǐng)導(dǎo)組，從設(shè)計前期介入，從安裝工藝入手，進(jìn)行科技創(chuàng)新的研究，確保光伏板安裝工藝順利運用到施工中。

2、建設(shè)必要性

低壓直流配電網(wǎng)是采用直流配電系統(tǒng)運行控制與保護(hù)、靈活直流電壓變換、直流變壓隔離、用戶側(cè)直流用電等關(guān)鍵技術(shù)，直接為負(fù)荷提供直流電的配電網(wǎng)絡(luò)，支持新能源、儲能接入及能量雙向互動。

一方面，規(guī)劃區(qū)內(nèi)包含直流充電樁、光伏、儲能等大容量直流電源/負(fù)荷設(shè)備，通過直流配網(wǎng)接入可減少交-直、直-交轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，大幅提高能源利用效率。

另一方面，直流接入的分布式電源與大電網(wǎng)互為備用，有效保障了區(qū)域重要負(fù)荷的可靠供電，且通過合理的保護(hù)與運行控制策略可實現(xiàn)并離網(wǎng)運行，將進(jìn)一步提升區(qū)域供電質(zhì)量與供電可靠性。

二、研究的創(chuàng)新點

在建筑結(jié)構(gòu)外表面鋪設(shè)光伏組件提供電力，將太陽能發(fā)電系統(tǒng)與屋頂、天窗、幕墻等建筑融為一體，建造綠色環(huán)保建筑師太陽光能發(fā)電系統(tǒng)與現(xiàn)代建筑的完美結(jié)合。

工程利用自身設(shè)施發(fā)電功能，滿足日常建筑物辦公、照明等用電需要，天氣晴好時，可完全滿足建筑內(nèi)辦公用電，天氣惡劣自發(fā)電不足時自動轉(zhuǎn)接到時市電網(wǎng)回路中彌補用電量。

光伏幕墻發(fā)電原材料采用太陽能是一種清潔、環(huán)保能源，而且取之不盡用之不竭，是豐富永久性天然能源。

太陽光電轉(zhuǎn)化安全可靠，并直接通過并網(wǎng)逆變器，把電能送上電網(wǎng)，由于不需要蓄電池，無需機械部件與傳動系統(tǒng)，可節(jié)省設(shè)備投入費用。

光伏幕墻既可作發(fā)電部件、集熱系統(tǒng)，又可做建筑墻體外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于降低建筑結(jié)構(gòu)與裝飾成本。

光伏幕墻不用單獨建設(shè)廠房、車間，依附在房屋工程上，可節(jié)地、節(jié)省發(fā)電基建費用。

系統(tǒng)采用太陽能電池組件，使用壽命長，≥25 年，衰減小，具備良好的耐候性，防風(fēng)、防雹。能有效抵御濕氣和鹽霧腐蝕，無毒無害。

太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)換效率高，不產(chǎn)生垃圾及廢棄物，有利于環(huán)境保護(hù)，減少常年維修與處理費用。

太陽光電安裝簡單方便，無噪音，無污染，建設(shè)周期短，自動調(diào)控，無需人員值守， 也無需線路架設(shè)，減少常年運行費用。

太陽光電不僅可供自有房屋使用，亦可并網(wǎng)利用。

享受財政補貼及相應(yīng)優(yōu)惠政策。自 2009 年，中華人民共和國財政部按裝機容量每瓦20 元給予補貼，各市亦有政策支持。

三、適用范圍

適用于房屋及附屬設(shè)施的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)幕墻工程，包括隱框幕墻、明框幕墻、點式幕墻、及采光頂?shù)取?/span>

1. 工藝原理

   把能將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的晶硅太陽能光伏板外側(cè)面（朝陽一面）鑲嵌透光性高的鋼化玻璃，光伏板內(nèi)側(cè)面鑲嵌裝飾板材料（沒有太特殊的要求，做到防火隔熱即可）。在建筑物外墻面、屋頂部位安裝結(jié)構(gòu)骨架，將光伏裝飾一體板固定在建筑物或構(gòu)筑物上，使其成為建筑物的裝飾部分，在光伏板吸收太陽光的同時，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，發(fā)出電能，通過逆變器等設(shè)施把轉(zhuǎn)換成的電能傳輸至用電器終端或并網(wǎng)傳入供電線路。

   五、總體性能指標(biāo)與國內(nèi)外、集團(tuán)公司內(nèi)其他單位技術(shù)的比較

   目前大同市雙創(chuàng)中心綜合實驗室外墻光伏板與外墻裝飾二合一技術(shù)為國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，大同地區(qū)首家，同煤集團(tuán)首家。

   六、應(yīng)用情況、經(jīng)濟、技術(shù)、社會及環(huán)保節(jié)能效益分析

   1、應(yīng)用情況

   大同市雙創(chuàng)中心綜合實驗樓，建筑面積20000平方米，在南、北立面（除窗戶位置）、屋頂安裝光伏板3500塊，安裝光電容量350KW（最大），通過測試，運行工況正常。工程利用自身設(shè)施發(fā)電功能，滿足日常建筑物辦公、照明等用電需要，天氣晴好時，可完全滿足建筑內(nèi)辦公用電，天氣惡劣自發(fā)電不足時自動轉(zhuǎn)接到時市電網(wǎng)回路中彌補用電量。

   2、經(jīng)濟效益

   在大同地區(qū)為首家應(yīng)用項目，按平均發(fā)電量150KW/h計算，年度發(fā)電量43萬度，可取得經(jīng)濟效益21.5萬元。

   3、技術(shù)效益

   1）通過采用本施工方法，光伏板與外墻合二為一，減少了外墻裝飾施工。從技術(shù)手段上取得了一定的效益。

   2）施工安裝方便：光伏組件規(guī)格統(tǒng)一，放線及骨架安裝簡便，工期縮短 2/3。

   3）科技含量高，使用清潔環(huán)保能源，減少垃圾與污染處理費用。

   4）節(jié)省常年維修，維護(hù)與運行費用。

   5）節(jié)省設(shè)備線路電桿輸供電設(shè)施等費用。

   4、社會效益、生態(tài)環(huán)保效益

   1）消除了燃燒煤炭（或燃油）產(chǎn)生的 CO2，避免產(chǎn)生了大氣污染和熱效應(yīng)。

   2）消除了傳統(tǒng)燃燒物產(chǎn)生的廢渣、廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)。

   3）利用純天然太陽光能，無后顧之憂，長久使用

   七、施工工藝流程及操作要點

   1、光伏幕墻安裝工藝流程

   方案設(shè)計→部件加工、購置→預(yù)埋件安裝→光電施工準(zhǔn)備→測量放線→光電器材安裝→玻璃光伏幕墻施工→線纜安裝→設(shè)備就位→系統(tǒng)運行（工藝流程圖，見下圖）

    

光伏幕墻安裝工藝流程圖

2、操作要點

1）方案設(shè)計：光伏幕墻程設(shè)計應(yīng)遵循技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)合理、安全可靠、經(jīng)濟實用的基本要求，其設(shè)計原則是：

2）先進(jìn)性原則：使系統(tǒng)在一定的周期內(nèi)保持技術(shù)領(lǐng)先性，保證系統(tǒng)具有較長的生命周期。

3）實用性原則：選用有大規(guī)模實際工程應(yīng)用經(jīng)驗的產(chǎn)品，并保證其穩(wěn)定性、可靠性和可維修（護(hù)）性。

4）經(jīng)濟性原則：在保證系統(tǒng)各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，努力降低工程、設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的性價比。

5）建筑一體化設(shè)計：必須與建筑工程有機結(jié)合，把太陽能電池組件和屋面或墻面相結(jié)合， 形成建筑物的組成部分并增加建筑整體美感。

6）選址依據(jù)：太陽能組件的放置應(yīng)在建筑物上，系統(tǒng)不受周邊建筑物的遮擋，縮短并網(wǎng)距離，減少輸電損失與線路費用。

7）預(yù)埋件安裝：由于光伏幕墻附著固定于建筑物上，因此，土建結(jié)構(gòu)施工時按照圖紙設(shè)計，做好系統(tǒng)安裝部件的預(yù)埋、預(yù)留，沒有預(yù)留或位置不正確的的要增加后置埋件，后置埋件用錨栓固定，并經(jīng)設(shè)計計算錨栓大小，做好現(xiàn)場拉拔實驗。

根據(jù)建筑物的屋面、墻面尺寸，設(shè)計太陽光伏幕墻的尺寸及部件組合，按照組裝圖做好部件的加工與購置配套工作。

8）光電施工準(zhǔn)備：根據(jù)工程特點，準(zhǔn)備好腳手架或電動吊籃設(shè)備，準(zhǔn)備好技術(shù)人員與勞動力安排。

按照設(shè)計圖紙進(jìn)行測量放線、標(biāo)注部件安裝位置。

器件安裝：主要是太陽光電系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換件、連接件安裝。

玻璃光伏幕墻施工：首先安裝固定龍骨框架與結(jié)構(gòu)體上的預(yù)埋件連接牢固后，然后安裝太陽能光伏組件，安裝過程中邊對光伏組件的線纜進(jìn)行連接。質(zhì)量檢查無誤后，對縫隙打耐候膠，并及時對玻璃幕墻清理干凈，防止污染、粘結(jié)。

9）線纜連接：將各處連接件、光電轉(zhuǎn)換件用線纜連接，并與變壓器、開關(guān)、使用設(shè)備等，形成完整供電線路系統(tǒng)。

10）設(shè)備就位：將電池方陣、直流接線箱、逆變器、交流配電箱、轉(zhuǎn)換器、電腦等設(shè)備分別安裝就位于配電室、監(jiān)控室等位置。

11）系統(tǒng)運行：將用電器具與設(shè)施與太陽光電系統(tǒng)通過配電箱、變壓器聯(lián)接好后，進(jìn)行系統(tǒng)整個運行調(diào)試。

3、材料與設(shè)備

高效晶體硅太陽電池片

具體要求及技術(shù)指標(biāo)：無螺釘內(nèi)置角鍵連接，緊固密封，抗機械強度高，高透光率鋼化玻璃封裝，采用密封防水多功能接線盒，確保組件使用安全。表面覆蓋深藍(lán)色碳化硅堿反射膜，顏色均勻，外觀精美。

產(chǎn)能：100w

規(guī)格：1192×792mm

八、方案組成

本工程以直流供電為中心，靈活接入光、儲等能源，同時為直流充電樁和直流照明提供直流能源，全面整合能源控制參量及能量信息，實現(xiàn)多種能源協(xié)調(diào)控制和綜合能效管理，建成多點接入、網(wǎng)絡(luò)共享、需求感知的能源互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建直流“源-網(wǎng)-荷-儲”供能系統(tǒng)，打造直流樓宇典型示范，提高分布式能源利用效率，降低能源損耗，提供安全、舒適的樓宇低碳供能系統(tǒng)。

本項目建設(shè)集 “光、儲、充、配”高度融合的多能互補新能源直流微網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)光伏發(fā)電、分布式儲能、電動汽車與智能電網(wǎng)技術(shù)的有機融合，能源“供需集成”和“雙向流動”，更好體現(xiàn)綠色低碳理念。直流型微電網(wǎng)通過一個集中的AC/DC變流器與與綜合樓10kV配電室低壓側(cè)380V連接，并在其直流側(cè)構(gòu)建直流母線，分布式光伏、儲能系統(tǒng)、直流充電樁、直流負(fù)載均通過DC-DC變換器接入直流母線，可實現(xiàn)光伏的就地消納和儲存，減少變換環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)效率。

本項目主要由直流微電網(wǎng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、充電樁、直流照明系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)構(gòu)成。建設(shè)431.08kWp的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)（其中雙創(chuàng)中心光伏幕墻231.08kWp，雙創(chuàng)中心實驗室晶硅組件200kWp），10臺30kW直流充電樁，直流照明負(fù)荷132.5kW預(yù)留，15臺交流充電樁，其中光伏、儲能、直流充電樁均接入直流換電間直流微電網(wǎng)750V直流母線,直流照明負(fù)荷接入220V直流母線。

1、直流微電網(wǎng)

直流微電網(wǎng)采用單母結(jié)構(gòu)，采用單電源點引入，由交流并網(wǎng)開關(guān)柜、雙向變流器，雙向變流器、直流控制柜和直流配電柜組成，通過聯(lián)絡(luò)柜構(gòu)成單母分段結(jié)構(gòu)。直流微電網(wǎng)位置在同煤雙創(chuàng)中心綜合樓負(fù)一層直流換流室。

通過直流控制柜接入綜合樓231.08kWp光伏系統(tǒng)，預(yù)留試驗樓200kW光伏接入，接入250kW/500kWh儲能系統(tǒng)，輸出至直流配電柜，通過直流配電柜接入負(fù)二層至八層的直流照明壁掛電源和照明配電箱，以及室外的景觀照明和城市家具配電箱及10臺直流充電樁，負(fù)荷約450kW。

雙創(chuàng)中心直流微電網(wǎng)系統(tǒng)方案架構(gòu)圖

根據(jù)直流負(fù)荷特性，照明負(fù)荷同時率按0.8選取，照明負(fù)荷最大容量為150kW，同時最大照明負(fù)荷為120kW；通過開展有序充電，保證直流充電樁同時率小于0.4，同時最大負(fù)荷為120kW，最大同時負(fù)荷為240kW，通過調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、平衡。

1）AC/DC雙向變流器

AC/DC換流器采用模塊化設(shè)計，多機并聯(lián)運行,高頻同步，要求具備如下主要功能：

（1）具備交直流雙向輸出額定功率能力。PQ功率控制模式運行時，可實現(xiàn)輸出有功功率、無功功率控制連續(xù)可調(diào)。

（2）具備交流下垂控制，當(dāng)并網(wǎng)運行時對電網(wǎng)頻率和幅值進(jìn)行微調(diào)穩(wěn)定同時根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行 PQ 控制。

（3）離網(wǎng)運行時，通過V/f 控制實現(xiàn)快速無縫并離網(wǎng)模式切換。通過改變電網(wǎng)系統(tǒng)中的交直流側(cè)開關(guān)實現(xiàn)電網(wǎng)不同運行狀態(tài)。

   本項目采用250kW模塊式雙向變流器，具體參數(shù)如下：

PWS2-250K/500K由4個62.5KW AC/DC,4個DCDC模塊單元、控制單元、監(jiān)控單元等組成。

PWS2-250K系統(tǒng)組成圖

2）直流控制柜

直流柜由直流斷路器、絕緣監(jiān)測、火災(zāi)報警、浪涌保護(hù)和直流多能表以及輔材構(gòu)成。

3）交流開關(guān)柜

交流柜由交流斷路器、絕緣監(jiān)測、火災(zāi)報警、浪涌保護(hù)和多能表以及輔材構(gòu)成，直流微網(wǎng)系統(tǒng)通過交流開關(guān)柜與交流電網(wǎng)進(jìn)行連接。

2、光伏發(fā)電系統(tǒng)

本項目工程擬采用單塊容量為85Wp和70Wp的漢窗和漢墻光伏組件光伏組件布置在雙創(chuàng)中心綜合樓屋頂光照較好的屋頂共231.08kW。

雙創(chuàng)中心試驗樓安裝光伏組件200kW，配置4臺晶硅控制柜和1臺DC/DC變換柜，接入直流換電間微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)。

光伏發(fā)電直流接入系統(tǒng)示意圖

3、儲能系統(tǒng)

在電網(wǎng)中配置電池儲能電站系統(tǒng)，可實現(xiàn)整個儲能電站的削峰填谷、調(diào)峰、無功控制等功能。

儲能電站在電網(wǎng)供電中的主要功能有：

移峰填谷：轉(zhuǎn)移高峰時刻的用電負(fù)荷，降低高峰用電需求，提高電網(wǎng)供電設(shè)備的負(fù)荷率和利用率，緩和高峰時刻的供用電矛盾；

參與調(diào)頻：根據(jù)負(fù)荷波動情況，通過接受調(diào)度指令參與區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻功能；

緊急負(fù)荷功率控制：利用大型儲能設(shè)備“熱備用轉(zhuǎn)放電”以及“充電轉(zhuǎn)放電”快速切換方案實現(xiàn)源網(wǎng)荷切負(fù)荷控制，充分利用大型儲能設(shè)備快速放電能力，支撐電網(wǎng)頻率。

本項目主要用于直流微網(wǎng)快速功率調(diào)節(jié)，電池充放電深度DOD可控制在75%之內(nèi)，SOC可控制在15%~90%區(qū)間。

250kW/500kWh儲能系統(tǒng)由1臺250kW DCDC變流器、1套500kWh的電池組及其管理系統(tǒng)組成。本儲能系統(tǒng)電池總?cè)萘?19.168kWh，選用3.2V52Ah的磷酸鐵鋰電芯，3P8S組成（25.6V156Ah）單模組，3P16S組成一個PACK（51.2V156Ah），8P16S*13S組成一簇（665.6V156Ah），5并組成系統(tǒng)容量519.168kWh。

4、能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)由智慧能源管控系統(tǒng)和能量優(yōu)化系統(tǒng)組成。通過能量優(yōu)化系統(tǒng)對各微源的控制模式及控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，同時電壓、頻率維持在允許范圍之內(nèi)。

并網(wǎng)運行模式下，AC/DC雙向變流器連接AC400V母線，提供穩(wěn)定的DC750V電源供給各直流負(fù)荷。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏DC/DC模塊接入直流母線，工作在最大功率點跟蹤模式下。儲能系統(tǒng)通過雙向DC/DC模塊接入直流母線。能量管理系統(tǒng)在用戶可選的多種優(yōu)化目標(biāo)下實現(xiàn)經(jīng)濟性運行模式，如光伏發(fā)電最大化消納目標(biāo)下，白天優(yōu)先使用光伏發(fā)電，余量可選擇儲能系統(tǒng)吸收以備夜間使用或者返送交流母線。微電網(wǎng)經(jīng)濟收益最大目標(biāo)下，能量管理系統(tǒng)根據(jù)峰谷電價差進(jìn)行能量管理，為用戶帶來最大收益。

離網(wǎng)運行模式下，微電網(wǎng)在交流電網(wǎng)故障或不穩(wěn)定時，可以將整個微網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)脫離，以離網(wǎng)模式運行。離網(wǎng)運行狀態(tài)下，儲能系統(tǒng)支撐DC750V母線電壓，且能量管理系統(tǒng)可根據(jù)對負(fù)荷的分級進(jìn)行逐級切斷，延長重要負(fù)荷的供電時長。同時雙向變流器可監(jiān)測交流母線電壓狀態(tài)，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)或穩(wěn)定時恢復(fù)并網(wǎng)模式。

九、存在的問題及推廣應(yīng)用前景

由于目前光電國家補貼取消，用戶對安裝使用建筑外墻光伏技術(shù)了解渠道不暢，相關(guān)項目宣傳力度較弱，存在一定推廣難度，小型光電項目較多，大型光電建筑項目比例較低，市場開發(fā)前景廣闊，符合國家產(chǎn)能政策和環(huán)保優(yōu)惠政策，是可大力推廣產(chǎn)業(yè)，集團(tuán)公司目前有光伏生產(chǎn)線四條，應(yīng)大力推廣。