黄花国际机场光伏项⽬设计⽅案（1）
黄花国际机场室外停车场分布式光伏项⽬
可
研
报
告
⼆0⼀五年⼗⽉
前⾔
建设光伏电站、向阳光“借”电；安装感应电梯、照明设施直接省电；对污⽔进⾏处理，使中⽔回⽤到洗车场、绿化浇灌等。湖南机场管理集团有限公司⼀系列节能减排措施，不仅降低了公司运营成本，也为进出港旅客营造了健康、环保、低碳、绿⾊的良好环境，将湖南的“两型”名⽚带到了全世界。
⽔、⽓、电、油是机场消耗最多的能源。在长株潭城市获批成为“全国资源节约型和环境友好型社会建设
综合配套改⾰试验区”后，省机场管理集团有限公司总经理刘志仁适时提出打造“两型”机场的⽬标。省机场集团制定《湖南机场节能减排指导性意见》，明确了⽔电油⽓资源的节约措施，要求提⾼资源利⽤效率，降低能耗。
该机场已全部使⽤节⽔和节能器具，淘汰了⽼旧管⽹和⾼能耗照明产品。并根据航班动态、运⾏条件、⾃然条件等变化，适时调控电源消耗，合理调配空调使⽤区域，通过机位优化减少空调负荷，并引⼊天然⽓项⽬，铺设8500⽶输⽓管，直接引⼊天然⽓，仅“油”改“⽓”⼀项，每年可节约运⾏费⽤300万元。
落实“两型机场”的理念，实⾏动态管理，倡导节能风尚，省机场集团的机场运营成本⼤幅度降低；⽽新技术的引进、节能减排项⽬的应⽤，使得长沙黄花机场成为国内“低碳机场”的典范。
黄花机场T2航站的多联供项⽬，直接为机场节省投资约5000万元，每年节约费⽤约2000万元，减少⼆氧化碳排放4000余吨。
太阳能光伏发电是典型的绿⾊能源，机场在室外停车场搭建⾬棚，⾬棚顶设计成太阳能光伏电池板，将光伏项⽬与⾬棚完美结合，所产⽣的电⼒完全提供机场照明及动⼒⽤电，该项⽬如能顺
利实施，年均减排⼆氧化碳约4200吨，将为机场集团建成“两型机场”锦上添花，更会为全国机场的低碳绿⾊模式及存量资源利⽤提供范本。
本光伏项⽬装机总容量5MWP，总投资约为4800万元(含车棚建设投⼊约1000万)，只计算电费回收，约7年可回收成本，如再计⼊停车场提质后适当提⾼收费标准增加的收⼊，本投资约5年可回收成本，具体分析论证详见以下章节。
1 项⽬概况
1.1 地理位置
长沙黄花国际机场位于湖南省长沙市长沙县黄花镇，距离长沙城区约为22公⾥。全球百强机场之⼀。
长沙为湖南省省会，位于湖南省东部，湘江下游长浏盆地西缘。长沙市南接株洲市和湘潭市，西抵娄底市，北达岳阳市、益阳市，东挨江西省宜春市、萍乡市。地理坐标为东经111°53'~114°5'，北纬27°51'~28°40'，东西长约230公⾥，南北宽约88公⾥。
长沙属亚热带季风湿润⽓候区，温和湿润，季节变化明显。冬寒夏热，四季分明；春秋短促，冬夏绵长，充分体现了亚热带⼤陆性季风⽓候的典型特点。长沙距海较远，⼜位于冲积盆地，边缘地势⾼峻，向北倾斜，北⽅冷空⽓可深⼊聚集，冬季⽐同纬度地区稍冷，⽽夏季⽐同纬度地区更热，是江南"四⼤⽕炉"之⼀。
长沙平均⽓温为17.2℃。1⽉最冷，平均4.7℃，历史上绝对最低温曾在2⽉份出现，达零下11.3℃。7⽉
最热，平均⽓温29.4℃, 历史上绝对最⾼温度曾在8⽉初出现，达43℃。全年⽆霜期平均275 天，积雪⽇为6天。西⼭势⾼耸，⾬量充沛，年平均降⽔量1360毫⽶，东部⼭区⾼达1600-2200毫⽶，西部为1400-1600毫⽶，年平均⾬⽇152天。长沙降⾬不均匀，3-5平均降⾬⽇数有52.8
天，约占全年总降⾬⽇数的35%；夏季降⽔不均，旱涝⽆定；秋冬⾬⽔明显减少。长沙地区⽇照时数达1677⼩时。
1.2场址概况
长沙黄花国际机场室外停车场位于航站楼西边，旅客乘车从长永⾼速或机场⾼速进⼊黄花机场，可根据道路旁醒⽬的指⽰标志，沿顺时针⽅向进⼊T2。送客车辆到达出发层下客后，可根据标志返回，分别从长永⾼速路和机场⾼速路⽅向出站。车辆如要停放机场，临时停车可沿标志进⼊P2临时露天停车场，过夜车辆则可沿指⽰牌绕⾏进⼊P4地下车库。整个黄花机场共有六个停车场2000多个车位可供停车。
T2航站楼的P1、P2⼩型客货车停车场，以及P3⼤型客货车停车场的收费分别为：8元每⼩时/辆、15元每⼩时/辆，超过部分，按每半⼩时加收2元、3元进⾏收费（不⾜半⼩时按半⼩时计算，下同）。其中P3⼤型客货车停车场每天每辆车50元封顶，⼩车停车则每天24⼩时不限额。
T1航站楼的P5停车场，蓝⾊牌照的⼩型客货车每⼩时为6元，超过⼀⼩时后，每半⼩时加收2元，最⾼
收费限额每天为30元；黄⾊牌照的⼤型客货车每⼩时13元，超过⼀⼩时后每半⼩时加收3元，每天最⾼收费限额为40元。
停车场在机场具体位置见下图：
室外停车场为⽆天棚露天停车场，晴天车辆在烈⽇曝晒，见下图：
1.3基本⽅案
⽅案⼀
南北⽅向（东西）对称，天棚与⽔平⾓度约5℃左右，形成外⾼内低⽅式；下⾬天⽔流向内流下；光伏组件部分朝南，部分朝北；优点：整体效果好，东西南北⾛向的停车场都适应；停车出⼊⽅便；⽐较省材料；
缺点：发电效率有影响；
⽅案⼆
南北⽅向⼀条线，天棚与⽔平⾓度约5℃左右，形成外⾼内低⽅式；下⾬天⽔流向南流下；光伏组件全部朝南；
优点：因光伏组件全部朝南发电效率⽐较好；南边向天棚太低，北边太⾼，南边停车⼈员出⼊压抑感；
缺点：整体效果差，东西南北⾛向的停车场不⼤适应；⽀架成本会上升；
⽅案三
南北⽅向（东西）对称，天棚与⽔平⾓度约5℃左右，形成外⾼内低⽅式；下⾬天⽔流向外流下；光伏组件部分朝南，部分朝北；优点：整体效果好，东西南北⾛向的停车场都适应；
缺点：发电效率有影响；⽀架成本会增加；停车⼈员出⼊压抑感；
⽅案四
南边⽔平布置，北边天棚与⽔平⾓度约5℃左右，形成北⾼南低⽅式；下⾬天⽔流向南流下；光伏组件全部朝南；
优缺点：因光伏组件全部朝南发电效率⽐较好；
整体效果差，东西南北⾛向的停车场不⼤适应；东西南北⾛向的停车场不⼤适应；⽀架成本较⽅案⼆低；
1.4项⽬建设规模
本次设计规模暂按⽅案⼀计算，且只考虑T2航站楼的P1、P2⼩型客车停车场，T1航站楼的P5停车场，计算本室外停车场可安装光伏组件的容量；⼀块组件占地⾯积约1.6m2；每个停车位最⼩占地⾯积15 m2；室外按2000个停车计，本⼯程容量估算为：（2000X15/1.6）X260=4.875MWp，加上隔离带等其他可利⽤⾯积，本⼯程规划容量暂按5MWp计算。
1.5湖南省太阳能资源分布特征
1 湖南年总辐射的空间分布特征
⽓象观测数据表明，湖南热量较丰富，辐射较强，⽓温较⾼，年平均温度在16 ℃～18 ℃之间，年⽇照时数为1 300 h～1 800 h，是同纬度中太阳能⽐较充分的省份。
利⽤湖南现有辐射观测站资料，采⽤⽓候学计算⽅法[1-3]，计算了湖南多年平均年总辐射和逐⽉总辐射。结果表明，湖南各地年总辐射在3396 MJ/m2～4468 MJ/m2之间，其空间分布特征是：湘东北洞庭湖区年总辐射较多，湘西⼭区较少;⾼值区出现在以安乡为中⼼的洞庭湖地区，低值区出现在以保靖、龙⼭、桑植为中⼼的湘西⼭区;4 000 MJ/m2分界线⼤致位于111°～112°E之间，呈南北⾛向，将湖南⼀分为⼆，东半部较多，西半部较少。
按照我国现⾏太阳能资源评价标准，湖南地区为太阳能较丰富带；
2 湖南⽉总辐射的季节变化特征
湖南全省平均各⽉总辐射在171.8 MJ/m2～580.6 MJ/m2之间，2⽉最少，7⽉最多，呈现明显的季节变化。湖南太阳能利⽤的最好季节为夏季，其次为春季和秋季。4⽉⾄10⽉份各地太阳总辐射⽉总量基本上能维持在300 MJ/m2以上，5⽉⾄9⽉基本上能维持在400 MJ/m2以上，7、8⽉则是辐射最集中的时段，⽉辐射总量基本上能维持在500 MJ/m2以上。湖南冬季(12⽉⾄次年2⽉)太阳辐射⽉总量基本上都在200 MJ/m2以下，利⽤价值较⼩。
3最近⼗年的总辐射量的平均值可以⽤作太阳能资源分析依据，湖南⽓象站1983年7⽉～2005年6⽉统计的年均太阳能辐射总量为4131－4519MJ/m2。
根据⾏业标准《太阳能资源评估⽅法》（QX/T89-2008）划定的等级，可知本地区属于太阳能资源较丰富地区，⽇照⼩时数满⾜光伏系统设计要求，发展与推⼴区域性光伏电站具有光照资源丰富的优势。
1、太阳⾼度⾓
太阳⾼度⾓是太阳光线与地表⽔平⾯之间的夹⾓。太阳⾼度⾓⼤，辐射就强；反之，辐射就弱。
2、⼤⽓透明度
⼤⽓透明度是表征⼤⽓对于太阳光线透过程度的⼀个参数。云量的多少、云层的厚度以及阴⾬、沙尘天数等对太阳辐射的影响也很⼤，云层越厚，云量越多，对太阳辐射
的削弱越多，到达地⾯的太阳辐射能量就越少；阴⾬、沙尘天数越多，相对⼤⽓透明度就越低，⽇照时数也相应会减少，太阳辐射也随之减少。
3、地理纬度
地理纬度是影响太阳辐射能量的因素之⼀，纬度接近的地区太阳辐射能量也相对⽐较接近。北半球太阳辐射能⼒⼀般随着纬度增加⽽减少。
4、海拔⾼度
海拔⾼度越⾼，空⽓就越稀薄，太阳光线在⼤⽓中的光程就越短。太阳辐射被吸收、散射的就越少，并且⼤⽓中的⽔汽和尘埃的含量也越少，⼤⽓的透明度就越佳，接受到的太阳辐射能量也就越⼤。
表2-5 中国太阳能资源的总量等级
1. 辐射数据：根据美国NASA能源⽹数据知湖南省长沙地区太阳能辐射资源数据如下：
表3-2 长沙太阳辐射数据表
⽉份⽉辐射总量
(mj/㎡)
⽇平均辐射量
(kWh/㎡)
平均⽓温(℃)
1 247.7 2.4
2 6.0
2 231.8 2.38 7.8
3 303.5 2.6
4 11.2
4 352.6 3.30 16.9
5 471.9 3.83 21.4
6 452.5 3.93 24.6
7 571.4 4.68 26.6
8 536.7 4.39 25.8
9 439.0 3.88 22.8
10 316.0 3.25 18.3
11 319.2 3.11 13.2
12 271.2 2.82 8.1 合计4533.3 3.36 16.9
长沙市地区⽇照时间长，辐射强度较⾼。⽔平⾯年辐射总量为4533.3MJ/㎡。太阳能电池组件倾斜⾯年辐射总量为4533.3MJ/㎡。
峰值⽇照⼩时数为：4533.3x1000/(365x3600)=3.45h
1.5 ⼯程地质
略。
2 光伏系统总体⽅案设计及发电量计算
2.1系统组成
通过技术与经济综合⽐较且根据建设⽅要求，本⼯程电池组件选⽤TSM-PC05A-260多晶硅光伏组件，太阳能电池组件数量共计19238块，装机总容量为5MWP。通过对250kW～1000kW之间的逆变器进⾏技术与经济综合⽐较，本⼯程选⽤500kW逆变器，共计20台。电池组件均固定安装在固定式⽀架上。
太阳能电池组经⽇光照射后，形成低压直流电，电池组并联后的直流电采⽤电缆送⾄汇流箱；经汇流箱汇流后采⽤电缆引⾄逆变器室，逆变后的三相交流电经电缆引⾄10kV升压变压器（箱式升压变电站），电压由交流0.315kV升⾄10kV。1MWp⽅阵的逆变器室均布置在其⼦⽅阵的中间部位，箱式升压变电站与逆变器室相邻布置。10台升压变压器（箱式升压变电站）采⽤10kV电缆并联后，分三回10kV线路接⼊附近的原10kV变电站10kV母线。
每个500kW逆变器所配多晶硅太阳能电池组串并联路数为107路。将2组多晶硅太阳能电池组串（每串16块）每块竖向放置，排成2⾏10列，1MWp⼦⽅阵需要212个太阳能电池组串单元。每个1MWp太阳能电池⽅阵由太阳能电池组、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。
十月一高速免费几天本期容量5MWp光伏发电系统共需要500kW逆变器10个，每个500kW逆变器需要配16进1出汇流箱7个，10个逆变器需要汇流箱10×7=70个。本⼯程多晶硅电池⽅阵布置采⽤1MWp发电单元1个逆变器室⽅式：多晶硅电池⽅阵按5座逆变器室设计，每个逆变器室安装2台500kW的逆变器。
整个光伏系统在 25 年运营周期中总发电量约10472.875万kW ?h，年平均发电量418.92万kWh，按照装机容量5MWp计算的年平均等效利⽤⼩时数为：1171.93⼩时。
2.1 电⽓
1、接⼊系统⽅式
机场供配电现状：由市政引110kV⾄机场110kV变电站；110kV 变电站装机容量为2x40000KVA；机场⽤电⾼峰期每天⽤电达20万kWh ；平时⽤电约每天10万kWh ；110kV变电站降压⾄10KV后引⾄多个10kV变电站，初步接⼊⽅式为分光伏经逆变升压⾄10kV后分三个回路接⼊10kV变电站的10kV母线，最终接⼊⽅式以批复为准。
2 电⽓⼀次
本期⼯程共装5MWp光伏组件，考虑系统安装和维护的⽅便，把5MWp并⽹发电系统分为5个⼦系统，每个⼦系统为1MWp，即本光伏电站采⽤以1MWp为⼀个⼦⽅阵的设计⽅案，每500kWp太阳能电池⽅阵与⼀台500kW逆变器构成⼀个光伏发电单元，每个1MWp ⼦⽅阵由2个光伏发电单元组成，因⽽本电站共有5个发电单元，即5个1MWp 的⼦⽅阵。由于受并⽹逆变器输出功率与输出交流电压的制约，升压变压器的容量选择受到限制，为了提⾼1MWp光伏⽅阵的效率，每个⼦⽅阵采⽤1台1000kVA双分裂绕组升压变压器(升压⾄10kV)的升压⽅式。
3 电⽓⼆次
电站的调度管理⽅式直接接受地、省⽹调度中⼼调度，初步考虑与地调、省调实⾏上⾏信息与下⾏信息交换。本⼯程按“少⼈值班”（少⼈值守）的原则进⾏设计。电站采⽤以计算机监控系统为基础的监控⽅式。计算机监控系统应能满⾜全站安全运⾏监视和控制所要求的全部设计功能。主控室仅设置计算机监控系统的值班员控制台和⼯程师管理站，不设常规监控控制台。
2.2 ⼯程消防
本⼯程消防总体设计采⽤综合消防技术措施，根据消防系统的功能要求，从防⽕，灭⽕，排烟，救⽣等
⽅⾯作完善的设计，⼒争做到防患于未“燃”，减少⽕灾发⽣的可能，⼀旦发⽣也能在短时间内予以扑灭，使⽕灾损失减少到最低程度。同时确保⽕灾时⼈员的安全疏散。光伏电站变电站区消防系统包括：（1）⽕灾探测报警系统；（2）⽔消防系统；（3）移动式化学灭⽕器等设备。开关站内及光伏场内交通通道净宽不于⼩4m，进站道路、进场道路宽为6m，满⾜消防车道要求。主要建筑物均有直通外部的安全通道，开关站内及光伏场内形成环闭消防通道，满⾜消防要求。
2.3设计概算
⼯程静态投资4750万元。其中：第⼀部分施⼯辅助⼯程费400万元；第⼆部分设备及安装⼯程费3950万元；第三部分⼯程管理费100万元；第四部分其他费⽤70万元；第五部分基本预备费100万元。
2.15分布电站的基本组成
①光伏阵列：光伏阵列是由若⼲光伏组件，按⼀定的串并联关
系组成的太阳能转化系统。光伏阵列是光伏系统的能源⽣产单元。
②直流\交流配电系统：直流配电系统以直流防雷汇流箱和配电箱（柜）形式出现，通常设有汇线、直流防雷和接地保护等装置,⼩型系统中可不需要设置汇流箱和直流配电箱；交流配电系统以交流配电箱（柜）形式出现，通常设有交流汇流、并⽹接⼊、电能计量、交流防雷和接地保护等装置。
③光伏电缆：光伏电缆具能在恶劣的环境下使⽤，如⾼温和耐紫外线辐射，还具有抗机械拉⼒。系统中采⽤此种电缆将⼤⼤延长系统的寿命。
④并⽹逆变器：逆变器是将直流电转化为交流电的设备，通常和控制器集成在⼀起，兼顾逆变和控制功能。并⽹逆变控制器是光伏系统的能源控制单元，其作⽤是通过最⼤功率点跟踪（MPPT）及逆变功能将直流电转变为满⾜⼀定要求的交流电，并且⼀般包含并⽹孤岛保护、过压保护、⾃动侦测电⽹信号等功能。
⑤升压变压器：每个1MWp⼦系统连接1台1000kVA升压变压器，组成⼦系统1MWp单元接线，该单元接线将⼦系统逆变组件输出的0.315kV电压升⾄10kV；⽤10kV电缆汇流⾄10kV变电站站10kV 母线上;
⑥发电计量监测系统：发电计量监测系统⽤于集中记录并显⽰各阵列运⾏情况，便于运⾏维护⼈员实时掌握光伏系统运⾏状况，兼顾展⽰宣传功能。
⑦电⼒电缆：电缆线是将系统各电⽓设备进⾏电导连接的必要桥梁，应满⾜载流量、线损、机械拉⼒、耐压、耐⽼化等各项性能
要求。
⑧⽀承系统：光伏⽀架是将光伏组件和光伏⽅阵有组织的安装、固定，并提供较好的结构强度，能抗风
压、雪压，适应恶劣⽓候的⽀承系统，⼀般采⽤钢结构或铝型材。
2.16系统特点及技术优势
1、发电⽅式直接、结构简单
太阳能光伏发电是利⽤光⽣伏打效应的原理，采⽤太阳能电池组件直接将太阳光转换为直流电能输出，发电⽅式最为直接和简单，系统仅需要太阳电池组件、⽀架系统、相关电源平衡设备，系统设备和结构简单。
⽽⽔⼒发电、⽕⼒发电、核能发电均需⼤型⼚房，配备⼤型⽔轮机或汽轮机和管路、发电机、相关电源平衡设备等，系统设备和结构复杂。
2、系统容量设计灵活、建设周期短
太阳能光伏发电站采⽤积⽊化安装，相⽐⽔电和⽕电，系统结构简单，设备少，扩容⽅便，建设周期短。⽽⽔电和⽕电需要新建⼤型⽔坝和⽕电⼚，且在建设初就已确定了最⼤装机容量，⽆法再扩容。
3、安全可靠
⽬前绝⼤多数太阳电池组件的⽣产技术，都是保证使⽤25年后效率衰减不超过20%，在恶劣的环境和⽓候下，光伏发电系统很少产⽣故障，因此光伏系统经常⽤在要求供电可靠性很⾼的场合。
光伏系统不使⽤易燃的燃料，只要设计合理和安装适当，系统
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