分布式光伏发电系统在城镇污水厂中的应用探索

分布式光伏发电是国家能源部鼓励发展的新能源产业，城镇污水厂具有占地大、能源需求大等特点，两者结合具有较大的优势，本文综合阐述了城镇污水处理厂与分布式光伏发电系统结合的可行性，并评估了其经济效应，探讨了进一步需解决的问题。


1引言

党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，创新和环保无疑是国家未来发展的重点，将创新理念引入环保产业，是作为每一个环境保护领域工作者的思考方向。

2分布式光伏发电的前景

随着传统能源可开发资源的日益减少，以及传统能源在使用过程中对环境的污染加剧，近年来世界各国都在积极探索新能源的开发和利用。我国国务院在2012年10月24日发布了《中国的能源政策》白皮书，提出大力发展新能源和可再生能源的重要战略。新能源，一般指核能、风能、太阳能等在新技术基础上，可系统的开发利用的可再生能源。

20世纪80年代以来，我国在西藏、新疆、内蒙等日照时间长、幅员辽阔的西部地区建设大型的太阳能电站，利用光伏电板收集太阳光能，并将其转化为电能。光伏发电被称为无污染、可持续再生、运营风险低的新能源，但同时存在输电距离长、占用土地资源的弊端。2013年11月，国家能源局印发《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》，分布式光伏发电迎来了产业发展的春天。分布式光伏发电实行“自发自用、余电上网、就近消纳、电网调节”的运营模式，鼓励各类电力用户投资建设和经营分布式光伏发电项目，国家和地方政府进行资金补贴。

3分布式光伏发电与城镇污水项目的结合

目前，我国城镇污水厂项目大多采用A2/O、SBR、氧化沟等传统污水处理工艺，污水处理流程的各建(构)筑物采用地上式分散布置为主，加上城镇规划对污水处理厂绿化率、容积率等指标的限制，城镇污水处理厂在平面布局上一般具有占地面积大、空间开阔的特点，使光伏发电项目与城镇污水处理厂项目具备潜在的共生优势。

3.1城镇污水处理厂丰富的空间资源，造就光伏发电项目的规模效应

在城市里，土地资源是最珍贵的资源。城镇污水处理厂具有占地面积大、空间开阔的特点，建筑物的屋顶、构筑物的池面、绿化用地以及各类的闲置空间，在其上面加装太阳能光伏板有着得天独厚的空间优势。以佛山市镇安污水处理厂为例，该项目已建成3期共25万t/d的污水处理规模，规划占地面积共计20万m2，其中综合楼、宿舍、鼓风机房等建筑物的屋顶面积约0.5万m2，生物反应池、二沉池、消毒池等池面面积约4万m2、绿化面积约8万m2，道路及其他闲置用地约8万m2。通过建设光伏电站，污水处理厂将实现利用可再生清洁能源治理环境污染的愿景，同时通过污水池上土地2次开发利用，充分利用闲置空间。

3.2光伏发电就近消纳，大大降低污水处理厂的运营成本

北京城市排水集团和北京交通大学联合对全国1441座污水厂运行能耗进行统计分析，发现根据污水厂的设计规模、处理工艺、进水水质和出水水质要求不同，污水处理厂单位耗氧污染物削减电耗分布在0.58～3.05kW˙h/m3，电耗成本是污水处理厂运行成本的主要构成部分，一般占总运行成本的50%～70%。而且随着出水水质标准的提升，深度处理工艺的推广应用，电耗成本占污水处理厂运行总成本的比重将进一步加大。分布式光伏发电设施与城镇污水处理厂项目的结合，正好营造“就近消纳，优势互补”的产业格局。污水处理厂内建设光伏发电站，利用自发自用的生产模式，为污水处理项目节能减排的一项创新应用。

3.3切合国家能源政策，享受政府资金补贴，提升盈利能力

2016年，国家出台一系列推进光伏工业、鼓励太阳能光电项目的政策方法，各省市也相继呼应，形成国家+地方多层次补助的格局。2013年9月，国家发展改革委出台了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，完善了光伏发电价格政策。通知明确对光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策，根据各地太阳能资源条件和建设成本，将全国分为三类资源区。对分布式光伏发电项目，实行按照发电量进行电价补贴的政策，电价补贴标准为0.42元/kW˙h。而广东省没有指定统一的补贴政策，而是由各市自行指定。以佛山市为例，度电补贴按实际发电量补助0.15元/kW˙h，为期3年。可见，污水处理厂内建设光伏发电站，除可降低电耗成本外，还可以获得额外的政府补贴，若有剩余的电量，可按标杆电价上网，是一种可行的增加营业收入的方式。

4经济效益评估

现以镇安污水处理厂为例，对污水处理厂内建设分布式光伏发电项目的投资估算和财务测算进行分析，对项目的经济效益进行评估。

4.1投资估算

在已建成的污水处理厂内安装光伏发电设施，必须依附于现状设施进行改造和加装，根据安装难度不同，单位造价也会有差异。

第一步：安装难度最底位置为建筑物屋面。在平面屋面或斜屋面架设简单的钢制支架，就可以安装光伏板及其他配件。一般取每平方米装机容量为100W，若镇安污水处理厂5000m2的建筑物屋面全部安装光伏发电设施，总装机容量为500kW。以发电单位计，目前每瓦装机的分布式系统造价约8～12元，取其中值计算，则建筑物屋面部分的项目总投资为500万元。

第二步：绿化用地和闲置用地，经过平整后，可安装光伏发电系统，以简单钢制支架支撑。地下管线少、地上为低矮植皮的绿化用地或闲置用地可用于安装光伏发电系统，采用多晶硅太阳能板可以让部分阳光穿透太阳能板，使地面维持原有植皮，保持厂区绿化面积。假设镇安污水厂有2万m2的绿化用地和闲置用地具有安装条件，则总装机容量为2000kW。单位装机造价按12元估算，则绿化用地和闲置用地部分的项目总投资为2400万元。

第三步：水池面和道路上空加装光伏设备是安装难度最高的部分，首先需要架设一定高度和强度的支架，并需要考虑材料防腐和日后维修的空间，具体的结构形式需要按照现场的条件进行设计，现初步将光伏系统的造价和支架部分的造价按1∶1进行估算，则镇安污水厂约4万m2的池面，总装机容量为4000kW，该部分项目总投资估算为9600万元。

4.2营收估算

光伏发电的实际效能，不可避免地受到所在地的气象条件影响，日照时间的长短直接影响到项目的效益。因此，本文利用类似案例的数据演算镇安污水厂项目的预计效能。

佛山市天安数码城科技大厦50kW分布式光伏发电项目于2014年3月29日并网发电，该项目占屋顶450m2，系统总装机容量为50kW，从2016年3月16日现场实时数据显示，系统总发电量为102855.36kW˙h，折算得出在佛山地区，系统装机容量为50kW的分布式光伏发电系统，每年发电量约5.1万kW˙h。以此推算年发电量。

按照目前的国家鼓励政策、以及佛山市和禅城区的相关补助政策测算：国家实行按照发电量进行电价补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元，2016年光伏电站标杆上网电价Ⅲ类资源区为0.98元/度;度电补贴按实际发电量补助0.15元/kw˙h，为期3年;禅城区按40万/兆瓦的标准对项目投资者进行一次性补助，单个项目补助最高不超过100万元。佛山市大工业用电电价为0.74元/度。由此，测算结果。


根据已有项目的经验，太阳能光伏板的使用寿命可达25年，年衰减率约1%，运营期间维护工作量不大，但要做好防风措施。根据投资回报测算的结果，在已建成的污水厂内加装光伏发电设置，利用屋顶天面、绿化用地和闲置用地较有经济效益。池面加装的施工难度大、维护难度大、建设造价高，不纳入推荐方案。

5结语

已建成的污水处理厂局部增设光伏发电设施，从经济和技术角度上说，是切实可行的。但由于光伏发电系统受自然条件影响，是不连续运行的，因此要进一步完善光伏发电的不连续性与污水处理厂生产用电的稳定性的衔接问题。

鉴于池面和道路占污水处理厂内大部分的面积，但在已建成项目中加装光伏发电设施施工难度大、工程造价高。因此建议对于新建的项目，可考虑污水处理设施与光伏发电设施同时设计、综合考虑，以降低造价，使两个项目更科学合理的结合。

城镇污水处理厂引入分布式光伏发电系统，形成环保产业与新能源产业的结合，可互惠互利、优势互补，且符合国家和社会的整体利益，达到环境效益、经济效益、社会效益的重大提升，值得推广应用。