110 kV变电站太阳能集热器减排系统

110 kV变电站太阳能集热器减排系统

徐文文，党玲平

（陕西省地方电力设计有限公司，陕西 西安 710065）

摘要：介绍了高陵110 kV榆楚变电站基于太阳能集热的一种节能减排系统设计，就太阳能集热系统的设计基础数据、系统原理、太阳能集热器选型最佳方位倾角确定以及在变电站应用节能减排的效果分析等方面做出分析与评价。

关键词：太阳能；集热系统；变电站；节能减排；

高陵110 kV榆楚变电站装设两台63000 kVA三相三绕组有载调压变压器，110 kV为双母线接线，进出线共6回。35 kV为单母线分段接线，出线6回，10 kV侧为单母分段接线，出线24回。变电站生产区总平面布置呈矩形，东西宽74 m，南北长61.5 m，站址总占地面积约4553.33 m2,其中辅助厂房屋顶长43.6 m，宽9.5 m。榆楚变电站太阳集热节能系统可实现：全年淋浴热水供应,冬季满足6 h采暖供热。

1 太阳集热节能系统

1.1 设计基础数据

地理位置及气象概况：榆楚乡地处高陵腹地，是县城的南大门。南依渭水，北融县城，西靠开发区，东邻西禹高速路。

榆楚变电站太阳集热节能系统工程设计资料：采暖面积按200 m2计算，热负荷70 W/m2，工作6 h；淋浴按每日3人次，每人次60 L热水，冷水10℃，热水60℃；太阳集热器倾斜角为50°，平均日集热器表面入射太阳辐射情况如表1所示。

1.2 系统原理

榆楚变电站太阳集热节能系统工程采用太阳能热水集中式供水系统，直接式系统，可24 h全日供应热水，暂按单水箱设计，即贮热水箱和供热水箱为单一水箱。太阳集热节能系统原理如图1所示。

太阳集热器安装在屋顶表面，水箱等设备安装在屋顶设备机房内；辅助热源为电加热，放置在保温水箱内。按200 m2采暖面积和每天3人次淋浴设计，需全玻璃真空管型太阳能集热器的集热面积47 m2，辅助保温水箱3.5 m3。

1.3 设计计算

按全年温度最低1月份计算总热负荷。

采暖热负荷84 kWh/m2d，淋浴热负荷10.3 kWh/m2d，总热负荷94.3 kWh/m2d。

表1 110 kV榆楚变电站平均日集热器表面入射太阳能辐射情况

月份 直射辐射kWh/m2d环境温度/℃1 3.81 1.21 5.02 -5.38 2 3.35 1.43 4.78 -1.78 3 2.78 1.72 4.50 3.75 4 2.65 1.94 4.59 11.8 5 2.22 2.09 4.31 17.4 6 1.87 2.16 4.02 21.3 7 1.91 2.13 4.04 22.7 8 2.14 1.99 4.12 21.3 9 2.08 1.76 3.84 17.0 10 2.40 1.49 3.89 10.6 11 2.99 1.26 4.25 3.56 12 3.71 1.14 4.85 -2.84全年平均 2.66 1.69 4.35 10.0散射辐射kWh/m2d总辐射kWh/m2d

图1 太阳能集热节能系统原理图

按集热系统40%效率计算，1月份需集热面积47 m2。

则，需要玻璃真空集热管约362根。

按每平方米太阳集热器面积对应75 L贮热水箱容积，确定保温水箱容积3.5 m3。

按200 m2采暖面积和每天3人次淋浴设计，需全玻璃真空管型太阳能集热器的集热面积47 m2，辅助保温水箱3.5 m2。

1.4 太阳集热器选型

根据国内目前太阳集热器产品情况，拟采用全玻璃真空管型太阳能集热器，真空管太阳能热管竖直排列。其技术参数如表2。

表2 HSW－14TT18/58-42°型 太阳能热水器技术资料表

热水器型号 HSW－14TT18/?58-42°真空管长度 1800 mm集热面积 1.82 m2真空管外径 58 mm热水器倾角 42°容水量 140 L管间距 80 mm保温层厚度 52.5 mm水箱外径 520 mm水箱内径 415 mm内胆材料 SUS304（t0.6）外壳材料 锌彩板保温层 聚氨脂整机重量 248 kg外形尺寸 1276mm×1732mm×1262 mm

1.5 最佳方位倾角确定

站址所在地纬度为34°30'，经度为109°4'。根据月水平太阳辐射分布，在无遮挡的情况下，以保证冬季用热优化，最终确定太阳集热器倾斜角为50°，方向角0°，面向正南，单个单元不考虑遮挡损失。

2 节能减排效果分析

变电站太阳集热系统工程，集热器年集热量：29848.76 kWh（107442 MJ）；年集热量：635 kWh/m2（2286 MJ/m2）。2012年3月～2013年3月太阳集热系统月集热柱状图如图2所示。目前，国内火力发电主要燃料是煤，1 kWh电量需要0.404 kg标准煤，榆楚变电站集热系统一年可节约12.05738 t标准煤，根据表2，集热系统相对于燃煤发电厂，减少SO2排放268.61 kg，NOx排放131.32 kg， CO2排放32829.5 kg。表3 每节约1 kWh的电能，可减少的空气污染物的传播量。

图2 2012年3月至2013年3月太阳能集热系统月集热柱状图

3 结束语

建筑节能已作为我国能源战略的重要一环，而变电站辅助厂房采暖和洗浴通常采用的是电加热，消耗电力资源。本文提出的太阳能集热器集热系统设计利用的是可再生资源太阳能，虽节能效果微小，但由于国内变电站数量较多，“微节能”“微减排”的效果将会潜力无限。尽管目前太阳能集热系统受限于前期投入大、安装受限等因素的影响，使太阳能光热节能减排技术难以全面推广，但是随着太阳能产业继续取得突破性进展，变电站集热系统前景光明。

表3 每节约1 kWh的电能，可减少的空气污染物的传播量

空气污染物燃料种类 SO2/g NOx /g CO2/g燃煤 9.0 4.4 1100燃油 3.7 1.5 860燃气 2.4 640

参考文献：

[1] GB/T17581-2007. 真空管型太阳能集热器[S].

[2] GB/T18713-2002. 太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范[S].

[3] GB50364-2005. 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].

[4] GB/T19141-2003. 家用太阳热水系统技术条件.

[5] 北京照明学会照明设计专业委员会. 照明设计手册(第二版)[M]. 中国电力出版社. 2006,12.

（责任编辑：张峰亮）

中图分类号：TM933.4

文献标志码：B

文章编号：1003-0867(2014)03-0052-02