中国科学院知识创新工程重要方向项目可行性研究报告

中国科学院知识创新工程重要方向项目

可行性研究报告

一、 项目简介

随着“光明工程”和“送电到乡工程”的顺利实施，西藏自治区的无电人口已经大大减少，大部分学校由于位于乡政府周边，也已经通电。但是，由于西藏自治区2000年～2001年开展了“乡镇合并”工作，二百多个乡镇降级为村，这其中有一百五十多个村仍然保留了乡小学。2002年～2003年“送电到乡”工程中所有电站都建设在乡政府所在地，因此这约一百五十所学校仍然没有通电。

为了响应“教育部、国家发展和改革委员会、财政部关于新疆、西藏2004－2007年农村寄宿制学校建设工程项目规划”及贯彻《全国教育事业第十个五年计划》，并营造现代化、高科技教学环境，结合西藏自治区的地理位臵、生活环境及当地教学条件等因素，本项目在这些尚未通电的学校中选取5所学校，根据其特点改进和提升光伏系统关键设备性能指标，设计和建设独立运行的光伏电站，切实解决学校师生的教学、生活用电问题。

通过本项目的成功实施，获取并积累项目建设和建成后稳定运行的相关数据，为进一步改进设计，解决西藏所有无电学校的电气化教学问题、师生的生活用电问题，改善无电学校落后的教学条件和师生艰苦的生活条件奠定技术基础。

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二、 立项依据

1、 项目的科学意义，国内外研究概况及发展趋势

光伏发电技术主要分为并网光伏发电技术和独立运行光伏发电技术两大方向。独立运行光伏发电技术作为光伏发电技术的一个分支，在解决我国边远无电网地区居民的用电问题上起到了重大的作用。通过“七五”、“八五”、“九五”和“十五”计划，我国在独立运行光伏发电技术上取得了很大进展。在西藏，通过“光明工程”和“送电到乡工程”的顺利实施，适合西藏的光伏系统关键设备已经比较成熟可靠，同时在系统整体设计方面也取得了丰富的经验，从使用的角度已经趋向成熟。

但是，比较而言，西藏乃至国内整体在独立运行光伏系统技术上还有进一步提高的空间，在保证系统可靠性的基础上仍然存在很多需要完善的问题，突出表现为以下3个方面： 1) 能源利用效率低；

2) 储能装臵----蓄电池充放电管理过于简单，效果差； 3) 光伏电站系统设计缺乏基础性数据指导，优化设计困难。 太阳能光伏发电利用效率除了提高电池板组件的光电转换效率外，还需要提高电池板输出功率的利用率和电能转换设备，如控制器、逆变器本身的效率。目前在国外独立运行光伏系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器，多路顺序控制器、智能控制器、最大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的却大都是简单设计的控制器。与国外控制器比较，我国主要差距是国产控制器由于器件质量、无极性的反接保护以及短路、过流而造成的器件损坏等问题容易失效；专业化生产程度低、无温度补偿、无蓄电池负荷状态控制，很少采用脉宽调节或最大功率跟踪方式的控制。

直流/交流逆变器也是光伏系统中的一个关键部件。由于它的功

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能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率,特别是在轻载时的效率。独立光伏系统一般较少运行在额定功率,如何提高轻载时的效率显得尤其重要。另外，对独立运行系统而言，在深夜等时间可能完全空载，减少空载损耗也是独立运行逆变器的一个主要指标。

目前我国小功率逆变器的研发与制造与国外基本处于同一水平，但在低功率时的效率和空载休眠功能上还存在差距；在大功率逆变器的研发与制造水平上与国外还有很大差距。所有这些技术上的缺陷都将导致独立运行光伏系统总体能源利用效率低，蓄电池管理效果差。

另外，光伏电站的系统工程设计的合理与否也将对电站的运行性能产生重大影响，光伏电站的性能、使用寿命、使用效果和初期投入的合理性和有效性都与系统设计的合理性息息相关。

为解决以上3个方面的问题，从光伏电站电能转换关键设备的角度，需要改进国内现有的技术，同时通过对系统运行数据和设计基础数据的积累和比较，优化系统设计。本项目的实施将通过技术研发，改进或解决上述问题，使同样容量的光伏发电系统获得更大的能量输出，以达到相对降低光伏系统初投资的作用。研究的技术在5座示范电站中进行实际应用，与电站的可靠运行，可达到利用新技术解决5所学校师生教学、生活用电问题的目标。 2、 国家战略需求分析

我国政府已经于2002年实施了“送电到乡”工程，这是迄今为止世界上最大的采用光伏发电和风力发电的农村电气化项目。但是，据统计，截止到2005年底，全国大约还有300万无电户，1300万无电人口，其中有150万户，大约700万人将采用电网延伸、小水电和移民搬迁的办法解决他们的用电问题，其余150万无电户的用电

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问题需要采用光伏或风光互补发电系统在2006～2015这10年中来解决，预计总装机容量300MW，总投资约300亿元。下表为我国2005年光伏发电市场情况。

表1、2005年中国光伏发电市场分类

市场分类 农村电气化 通信和工业应用 太阳能光伏产品 城市并网发电 (BIPV) 大型并网发电 (荒漠电站) 合计 装机（MWp) 30 25 12 2.8 0.2 70 市场份额（％） 42.9 35.7 17.1 4.0 0.3 100 就西藏地区而言，据不完全统计，到目前为止由于远离电网，仍有4863个无电村，无电居民达211220户，其中包括150多所学校。这些地区的农牧民，居住分散，远离电网，而且用电水平很低(人均年用电仅为120 千瓦时)，在10年甚至20年内都不可能靠常规电力解决他们的用电问题，独立运行光伏发电则是解决分散农牧民用电的理想途径，社会效益十分巨大。

本项目将为西藏5所无电学校建设光伏示范电站，通过关键设备研制、系统优化、电站的建设，可为今后解决西藏及我国西部其他地区的无电学校的用电问题提供技术支持，同时研制的控制逆变设备同样可用于农村无电村的电气化。 三、 项目目标及预期成果

1、 研究目标，包括总目标、年度进展目标及主要考核指标 1) 总目标

通过关键设备的改进和系统性能指标优化、建成西藏地区5所

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