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1、联合铁路SHAH-HABSHAN-RUWAIS铁路项目投标文件Form K 13.1 K1太阳能光伏发电系统供电备选方案中铁第一勘察设计院集团有限公司2011年5月 中国西安Form K 13.1 K1 光伏发电系统供电备选方案目 录1 引言Introduction12 采用的主要技术标准 Main Technical Standards Applied13 环境条件Environmental Conditions24 系统总体设计System overall Design25 沿线负荷分布情况26 光伏发电系统简介56.1 光伏电池方阵56.2 控制器56.3 蓄电池56.4 逆变器67 系
2、统设计67.1 光伏电池方阵设计67.2 系统方案配置计算87.3 设备主要技术指标说明158 太阳能和主电网供电方案比较258.1 太阳能供电系统特点258.2 优势特点258.3 结论259 综合寿命周期成本分析2610 系统维护2610.1 光伏组件方阵的维护2610.2 蓄电池（组）的维护2610.3 光伏控制器和逆变器的维护2710.4 系统运行注意事项2711 项目施工案例 CASE STUDY2811.1 Suntech Green Energy HQ Building2811.2 Kanazawa Bus Terminal2911.3 Beijing Jingya Hotel
3、BIPV Project3011.4 Dunhuang Photovoltaic Farm3011.5 Shang Hai 2010 Expo Theme Hall3111.6 Solar Power Supply for Nad Al Sheba Horse Training Course Desalination System3211.7 Module Supply Experiences33 2 Form K 13.1 K1 光伏发电系统供电备选方案1 引言Introduction本文描述了铁路沿线通信、信号、GSM-R、HABD等小容量负荷采用太阳能光伏发电系统供电的解决方案、技术参数
4、、设计、采购、安装、试运行的范围和服务。2 采用的主要技术标准 Main Technical Standards Applied采用了包括但不限于如下的标准或准则，并等同于或略高于这些标准或准则。如果有不合规的地方，承包商将给业主提供报告以进行审批。 IEC61215 晶体硅光伏组件设计鉴定和定型 Crystalline Silicon Terrestrial Photovoltaic (PV) Modules - Design Qualification and Type Approval IEC61730.1 光伏组件的安全性构造要求 Photovoltaic (PV) module sa
5、fety qualification - Part 1: Requirements for construction IEC6173O.2 光伏组件的安全性测试要求Photovoltaic ( PV ) modules safety qualificationtesting EN 61345-1998 光伏组件紫外试验UV test of photovoltaic (PV) modules EN 61701-1999 光伏组件盐雾腐蚀试验Salt mist corrosion testing of photovoltaic (PV) modules EN 61721-1999 光伏组件对意外碰
6、撞的承受能力(抗撞击试验) Susceptibility of a photovoltaic (PV) module to accidental impact damage (resistance to impact test) EN 61829-1998 晶体硅光伏方阵I-V特性现场测量Crystalline silicon photovoltaic (PV) array - On-site measurement of I-V characteristics3 环境条件Environmental Conditions 下列的环境条件在设计时已充分考虑。The following envir
7、onmental conditions have been considered for dimensioning of components:Height above sea level150mmax ambient temperature+ 52.0 Cminimum ambient temperature+1 CMax incident light intensity (energy)780 W/m2Ambient humidity max.100%Ambient humidity min.20%Design ambient humidity80%Average yearly rainf
8、all80mmAverage wind speed60km/h with airborne sandMaximum wind speed during operations115km/hStandstill exceptional wind speed160km/h4 系统总体设计System overall Design光伏发电系统的设计是基于以下设备的用电需求：The Power and Electrical Services system has been designed on basis of the power consumption requirements of our app
9、lied equipment: 沿线信号设备Wayside Signalling Equipment 沿线通信设备Wayside communication Equipment 沿线GSM-R设备Wayside GSM-R Equipment 沿线HABD设备Wayside HABD Equipment5 沿线负荷分布情况负荷分布情况详见下表。序号负荷代号负荷名称里程负荷容量（kW）负荷总容量（kW）1P01 RUWAIS LINE HABDRWS 10.0006.415.22P02RUWAIS SPURRWS 8.9008.83PB01 GSM-R BASE STATIONRWS 5.000
10、6.415.24P03RUWAIS SPURRWS 4.1008.85P04RUWAIS JUNCTION RWS 0.6008.815.26PB02 GSM-R BASE STATIONGMB 0.6006.47PB03 GSM-R BASE STATIONGMB 5.5006.46.48P05RADIO BASE STATIONGMB 10.0006.46.49PB01GSM-R BASE STATIONGMB 15.5006.46.410PB04 GSM-R BASE STATIONGMB 20.5006.46.411P06 HOT BOX DETECTORGMB 23.0006.412
11、.812PB05 GSM-R BASE STATIONGMB 25.5006.413PB06 GSM-R BASE STATIONGMB 30.5006.46.414P07BAYNUNAH XOVERGMB 32.5008.817.615P08BAYNUNAH SET OFF TRACKGMB 33.0008.816PB07 GSM-R BASE STATIONGMB 35.5006.46.417PB02GSM-R BASE STATIONGMB 37.5006.46.418PB08 GSM-R BASE STATIONGMB 40.5006.46.419P09RADIO BASE STATI
12、ONGMB 42.0006.46.420PB09 GSM-R BASE STATIONGMB 45.5006.46.421P10HOT BOX DETECTORGMB 50.0006.412.822PB10 GSM-R BASE STATIONGMB 50.5006.423P11MIRFA XOVERGMB 53.0008.826.424P12MIRFA DEPOT GMB 53.20008.825P13MIRFA XOVERGMB 53.40008.826PB11GSM-R BASE STATIONGMB 55.5006.46.427PB12GSM-R BASE STATIONGMB 60.
13、5006.46.428P14MIRFA SET OFF TRACKGMB 63.5008.88.829PB13GSM-R BASE STATIONGMB 65.0006.46.430P15 AL MIRFA STATION GMB 68.1001622.431PB14GSM-R BASE STATIONGMB 69.5006.432P16RADIO BASE STATIONGMB 73.0006.46.433PB03GSM-R BASE STATIONGMB 78.0006.46.434P17HOT BOX DETECTORGMB 83.0006.412.835PB15GSM-R BASE S
14、TATIONGMB 84.0006.436PB04GSM-R BASE STATIONGMB 90.2006.46.437PB16GSM-R BASE STATIONGMB 95.0006.46.438P18 TARIF XOVER GMB 97.4008.817.639P19 TARIF SET OFF TRACKGMB 97.7008.840PB17GSM-R BASE STATIONGMB 100.0006.46.441PB18GSM-R BASE STATIONGMB 105.0006.412.842PB05 GSM-R BASE STATIONGMB 105.3506.4续表序号负荷
15、代号负荷名称里程负荷容量（kW）负荷总容量（kW）43P20 SUPER SITE LIWAGMB 113.0006.46.444P21LIWA JUNCTIONSHA 0.0008.88.845PB19GSM-R BASE STATIONSHA 5.0006.46.446P22 RADIO BASE STATIONSHA 10.0006.46.447PB06 GSM-R BASE STATIONSHA 15.5006.46.448PB20GSM-R BASE STATIONSHA 20.5006.46.449P23 HABSHAN HABD SHA 22.0008.88.850PB21GSM
16、-R BASE STATIONSHA 25.0006.46.451P24 HABSHAN JUNCTIONSHA 27.1008.88.852P25HABSHAN SET OFF TRACK SHA 29.5008.88.853PB07 GSM-R BASE STATIONSHA 34.2506.46.454P26 MADINAT ZAYED HABD SHA 39.0008.88.855PB22GSM-R BASE STATIONSHA 44.0006.46.456P27MADINAT ZAYED STATIONSHA 46.000161657P28RADIO BASE STATIONSHA
17、 49.0006.46.458PB08 GSM-R BASE STATIONSHA 54.0006.46.459P29MADINAT ZAYED HABDSHA 59.0008.88.860PB23GSM-R BASE STATIONSHA 64.5006.415.261P30 MADINAT ZAYED SOUTHSHA 65.4008.862PB24GSM-R BASE STATIONSHA 69.0006.46.463PB09 GSM-R BASE STATIONSHA 72.5006.412.864PB25GSM-R BASE STATIONSHA 73.5006.465P31RADI
18、O BASE STATIONSHA 78.0006.46.466PB10 GSM-R BASE STATIONSHA 84.0006.46.467P32MEZAIRA TOWN HOT BOX DETECTORSHA 90.0006.46.468PB11 GSM-R BASE STATIONSHA 96.1506.46.469PB26GSM-R BASE STATIONSHA 101.0006.422.470P33 MEZAIRA STATION SHA 102.3001671PB27GSM-R BASE STATIONSHA 106.0006.46.472P34 HOT BOX DETECT
19、ORSHA 109.0006.46.473PB28GSM-R BASE STATIONSHA 111.0006.46.474PB29GSM-R BASE STATIONSHA 116.0006.46.475P35HIGH DUNES SET OFF TRACKSHA 119.3008.88.876PB30GSM-R BASE STATIONSHA 121.0006.46.477PB12 GSM-R BASE STATIONSHA 125.6506.412.878PB31GSM-R BASE STATIONSHA 126.0006.479PB32GSM-R BASE STATIONSHA 131
20、.0006.415.280P36 SHAH METEOROLOGICAL SITESHA 132.0008.881PB33GSM-R BASE STATIONSHA 136.0006.46.482P37 SHAH FACILITYSHA 140.0008.815.283PB34GSM-R BASE STATIONSHA 141.0006.4Total610.4610.46 光伏发电系统简介光伏发电是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”将太阳光辐射能直接转换为电能的发电方式。太阳能光伏发电系统按与电力系统关系的分类，通常分为两类，即：独立型太阳能光伏发电系统和并网型太阳能光伏发电系统。与电力系统
21、相联接的太阳能光伏发电系统称为并网型太阳能光伏发电系统，未与电力系统相联接的太阳能光伏发电系统称为独立型太阳能光伏发电系统。铁路沿线电网相对匮乏，按照招标文件的要求按独立型太阳能光伏发电系统进行设计。独立型太阳能光伏发电系统主要由光伏电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器等组成，系统各部分主要功能如下：6.1 光伏电池方阵光伏电池方阵是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。6.2 控制器控制器的作用是控制整个系统的工作状态，控制器可检测光伏发
22、电系统各种装置和各个单元的状况和参数。控制器可根据当前太阳能资源情况和蓄电池荷电状态，确定最佳充电方式。控制器应能对蓄电池放电过程进行管理，如负载控制开关机、实现软启动、防止负载接入时蓄电池端电压突降而导致的错误保护等。当系统发生故障时，控制器还可自动检测故障类型，指示故障位置等。6.3 蓄电池太阳能光伏发电系统中蓄电池的功能是储存光伏电池方阵受光照时所发出电能并可随时向负载供电。太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求是：自放电率低、使用寿命长、深放电能力强、充电效率高、少维护和免维护、工作温度范围宽。6.4 逆变器逆变器是将直流电变换成交流电的设备，由于光伏电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是
23、交流负载时，逆变器是不可缺少的。独立太阳能光伏发电系统示意图7 系统设计7.1 光伏电池方阵设计阿联酋位于阿拉伯半岛东南部，地理位置在北纬2226.5、东经5156.5之间。SHRL铁路沿线站点分布在东西和南北两条线上，站点地理位置有差异，我们在进行太阳能方阵排布计算的时候所取的地理位置参数按上述数据折中来考虑。光伏电池方阵采用固定式安装，采用计算机辅助设计软件对太阳能电池方阵倾角进行优化计算，要求在最佳倾角时冬天和夏天辐射量的差异尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾考虑，按上述原则测算，光伏电池方阵的最佳安装倾角宜为35。软件模拟计算结果太阳能电池板横向倾斜安装，前后排之间要预留间
24、距，避免后排的太阳能板被前排遮挡。太阳能电池阵列前后间距示意简化的计算公式如下： 式中 光伏电池方阵间距或可能遮挡物与方阵底边的垂直距离（m）； 纬度（在北半球为正、在南半球为负）； 光伏电池方阵或遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差（m）。组件采用一套支架安装两排组件的方式，H = 2272mm根据以上公式，可计算出太阳能板的前后间距D最小为7200mm。 7.2 系统方案配置计算阿联酋铁路沿线站点负荷容量基本分为6.4KW，8.8KW，16kW三类，由于负载为24小时不间断运行，为每个光伏发电站做单个系统则容量比较大，市场上主流的BOS设备无法满足要求，因此，将整个系统按照3.2KW,4.4
25、KW及4KW为单位分别进行设计，各光伏发电站分别由若干个3.2KW、4.4KW及4KW的子系统构成，以此来分别计算光伏方阵容量。光伏发电系统配置计算按下述条件进行： 最大连续阴雨天按两天计算。 两段连续阴雨天最短间隔天数按15天计算。 每个站点预留柴油发电机接入条件，以便在出现极端阴雨天或沙尘暴天气时，可由移动式柴油发电机直接给负载供电。 加装三相整流设备，柴油发电机可以向蓄电池组充电，避免蓄电池组放电深度过高影响其使用寿命。系统框图如下所示：光伏组件按照35度倾角安装，根据12月份峰值日照最短时间计算组件容量，按照NASA网站提供的日辐射数据，阿联酋地区冬季水平面峰值日照时数在3.77小时左
26、右，方阵按照35倾角排布后，组件表面峰值日照最小时间为5.33h。7.2.1 负载总容量为3.2KW 负载平均日需求 ：3200W*24h=76800Wh 选定系统电压为220V，则负载日需求安时数为：76800Wh/220V=349Ah 组件选用STP280-24/Vd型多晶硅组件（无锡尚德太阳能电力有限公司），考虑光伏系统直流侧系统电压为220V，组件用于独立系统的标称电压为24V，因此这样的组件需要每9块一串。组件的最大工作电流为7.95A、峰值功率为280Wp。 组件平均日发电量：7.95A*5.33h*0.8=33.8Ah，其中0.8为组件损耗系数 计算两段连续阴雨天之间最短间隔天数
27、需要补充的蓄电池容量： 1.2为安全系数 太阳能组件并联数： 我们取整数12串。 太阳能板的串联数目： 220V/24V=9.16，我们取整数9。 方阵最大充电电流：8.33*1.2*12 = 119.95A，8.33为组件短路电流，1.2为温度系数，因此控制器选用220V/150A 太阳能板的总数量为 12*9 = 108块，太阳能板的总功率为:280Wp*108=30.24KWp 离网逆变器按照负载3.2KW计算，选择10KVA的逆变器，逆变器最大输出功率8KW，能够满足负载运行要求。 蓄电池容量计算:1.2*349*2*1/0.80 = 1047Ah，取1200Ah。1.2为安全系数，2
28、天为最大连续阴雨天数，1为温度补偿系数，0.8为最大放电深度系数。选用600Ah/2V免维护铅酸蓄电池两路并联，则蓄电池组的总容量为1200Ah/220V。 蓄电池串联数： 220V/2V = 110只 蓄电池并联数： 1047/600=1.745路，取整数2路即可。 蓄电池总数量：110*2 = 220只 21 主要材料清单（适用于3.2KW负荷）名称名称型号单位数量备注1太阳能电池组件STP280-24/Vd片108无锡尚德2支架2X9 热镀锌防腐或氟碳喷涂处理套6镀锌层可加厚以应对当地强腐蚀气候条件3汇流箱4汇1台3含微断和防雷模块4逆变器离网型10KW AC380/220V台15充放电
29、控制器220V/150A台16蓄电池600Ah/2V只220德国阳光蓄电池7监控系统套1控制器和逆变器厂家配套8三相整流柜台19双电源切换ATS个110热镀锌接地扁铁50*6套1根据现场实际定10热镀锌接地角钢50*5套1根据现场实际定11直流电缆JG1-4mm2米1500组件到汇流箱12直流电缆ZR-YJV22-0.6-1KV-(16*2)mm2米250汇流箱到控制器13直流电缆ZR-YJV-0.6-1KV-2*95mm2米20控制器到逆变器14直流电缆ZR-YJV-1*35mm2米蓄电池控制器，蓄电池厂家供，做好接线头15交流电缆ZR-YJV-4*10mm2米100逆变器-低压柜16组件接
30、地线4mm2，黄绿双色米20017施工辅材项17.2.2 负载总容量为4.4KW 负载平均日需求：4400W*24h=105600Wh 选定系统电压为220V，则负载日需求安时数为：105600Wh/220V=480Ah 在这里组件选用STP280-24/Vd型多晶硅组件，考虑光伏系统直流侧系统电压为220V，组件用于独立系统的标称电压为24V，因此这样的组件需要每9块一串。组件的最大工作电流为7.95A、峰值功率为280Wp。 组件平均日发电量：7.95A*5.33h*0.8=33.8Ah，其中0.8为组件损耗系数 计算两段连续阴雨天之间最短间隔天数需要补充的蓄电池容量： 1.2为安全系数
31、太阳能组件并联数: 我们取整数17串。 太阳能板的串联数目:220V/24V=9.16，我们取整数9。 方阵最大充电电流: 8.33*1.2*17 = 169.93A，8.33为组件短路电流，1.2为温度系数，因此控制器选用220V/200A 太阳能板的总数量:17*9 = 153块， 太阳能板的总功率: 280Wp*153=42.8KWp 离网逆变器按照负载4.4KW计算，选择10KVA的逆变器，逆变器最大输出功率8KW，能够满足负载运行要求。 蓄电池容量:1.2*480*2*1/0.80 = 1440Ah1.2为安全系数，2天为最大连续阴雨天数，1为温度补偿系数，0.8为最大放电深度系数。
32、选用720Ah/2V免维护铅酸蓄电池两路并联，则蓄电池组的总容量为1440Ah/220V。 蓄电池串联数： 220V/2V = 110只 蓄电池并联： 1440/720=2路 蓄电池总数量：110*2 = 220只7.3 设备主要技术指标说明7.3.1 电池组件7.3.1.1 高效多晶硅光伏组件技术指标(1) 型式： 高效多晶硅 光伏组件；(2) 型号： STP280-24/Vd ；(3) 尺寸结构： 1956mm*992mm*50mm ，重量： 27kg ；(4) 在AM1.5、1000W/m2的辐照度、25C的电池温度下的峰值参数：i) 标准功率： 280Wp , 功率偏差： +3% ii
33、) 峰值电压： 35.2V iii) 峰值电流： 7.95A iv) 短路电流： 8.33A v) 开路电压： 44.8V (5) 最大系统电压： 1000VDC ；(6) 最大开路电压： 50V （在AM1.5、1000W/m2的辐照度、-10C时的开路电压）；(7) 峰值电压： 30V （在AM1.5、1000W/m2的辐照度、70C时的峰值电压）；(8) 峰值功率温度系数： -0.48%/C (9) 峰值电流温度系数： 0.055% /C (10) 峰值电压温度系数： -0.34% /C (11) 电流温度系数： 0.055% /C (12) 电压温度系数： -0.34% /C (13)
34、 短路电流温度系数： 0.055% /C (14) 开路电压温度系数： -0.34% /C (15) 温度范围： -40+85 ；(16) 功率误差范围： 0+3% (17) 表面最大承压： 2400 Pa(18) 承受冰雹： 5400Pa ；(19) 接线盒类型： RY3 ；防护等级： IP67 ；连接线长度 +800mm、-1200mm 米；(20) 电池片光电转换效率： 17 %；组件转换效率： 14.5 %（要求不低于14%）；填充因子 0.77 ；(21) 12年功率衰降率： 10 %；25年功率衰降率： 20 %；(22) 框架结构： 铝合金 ；(23) 背面材料： TPT 。7.
35、3.1.2 组件相关技术资料（Data Sheet）7.3.2 组件支架支架全部采用螺栓连接（不采用焊接方式），主材质采用Q235钢，组件主支撑采用铝合金型材。钢质支架热镀锌，镀层厚度80，表面光滑无毛刺、锈斑等缺陷，配套的紧固件采用不锈钢材质。支架整体结构牢固、安装拆卸便捷。对支架及组件整体部分进行风洞试验，基本风压按12级风(32.7m/s36.9m/s)考虑，能够满足当地营运期115km/h的风速要求，地面粗糙度按D类地区。支架系统与基础采用焊接的方式，连接部分需要在工程实施时具体考虑。附图为支架的工程实例：7.3.3 控制器 PV Controller 220V serialTYPEG
36、S-150PFL6-VGS-200PFL6-VRated Capacity(A)150200Rated Voltage(VDC)220220Max.Current onload(A)150200Max Current on charging(A)150200Charge Loop66Max.Open CircuitVoltage(VDC)100100OverchargeProtection259(can reset,excluding the pilot lamp serial)259(can reset,excluding the pilot lamp serial)Resumption23
37、4(can reset,excluding the pilot lamp serial)234(can reset,excluding the pilot lamp serial)OverdischargeSwitch-Off194(can reset,excluding the pilot lamp serial)194(can reset,excluding the pilot lamp serial)Resumption238(can reset,excluding the pilot lamp serial)238(can reset,excluding the pilot lamp
38、serial)Load OvervoltageSwitch-Off300(can reset,excluding the pilot lamp serial)300(can reset,excluding the pilot lamp serial)Resumption297(can reset,excluding the pilot lamp serial)297(can reset,excluding the pilot lamp serial)CurrentWithoutLoading(mA)350350DisplayLCDLCDVoltage DescentBetween Solar
39、battery and lead-acid battery0.70.7Between lead-acid battery and load0.030.03OperatingVironment()-20+50-20+50UsingAltitude(m)30003000Dimension(mm)500*600*1100500*600*1100CE Certificate for PV controller7.3.4 离网逆变器 Off-grid InverterTYPEGN-10KFTP-VRated Power(KW)10DC InputRated Voltage(VDC)220VLow Vol
40、tage(VDC)194Low Voltage Resume(VDC)227Over Voltage (VDC)300AC OutputRated Voltage(VAC)380Rated Frequency(Hz)50Output WaveformSine WaveOverload Ability120%1 minuteVoltage Stabilization Precision(AC)3803%Frequency Stabilization500.04THD3%(Linear Load)Dynamic Response(070%)5%Power Factor(PF)0.8Inverter Efficiency85%Crest Coefficient(CF)3:1 EnvironmentNoise(dB、1meter)