1、中国科学院知识创新工程重要方向项目可行性研究报告项目名称： 候选项目负责人：依托单位： 参加单位： 联系人： 电话：E-mail：所属创新基地：主管专业局、厅：中国科学院综合计划局制1目录一、 项目简介 .2二、 立项依据 .31、 项目的科学意义，国内外研究概况及发展趋势 .32、 国家战略需求分析 .4三、 项目目标及预期成果 .51、 研究目标，包括总目标、年度进展目标及主要考核指标 .52、 预期成果与水平 .93、 市场前景和经济、社会效益 .10四、 主要研究内容 .111、 拟重点解决的科学问题或关键技术 .112、 研究中的 创新点 .11五、 研究方案 .121、 总体研究方
2、案、学术思路、技术途径 .122、 研究方案可行性分析 .123、 课题设 置与分工、所设课题的研究重点 .14六、 研究基础和条件 .151、 已有的工作基础和取得的成绩 .152、 与地方、企业的项目合作的基础 .163、 研究队伍状况 .174、 实施研究方案已具备的条件 .18七、 项目管理 .181、 项目组织管理体制 .182、 项目运行机制 .18八、 项目风险分析 .19九、 经费预算与资源集成方案 .20附表 1、与本项目有直接关系的已有主要设备（单件价值10 万元）一览表 .21附表 2、项目拟增添设备一览表 .222一、 项目简介随着“光明工程 ”和“送电到乡工程”的顺利
3、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 20042007 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置、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
4、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。3二、 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 ”、“
5、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) 储能装置-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
6、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,4特别是在轻载时的效率。独立光伏系统一般较少运行
7、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
8、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
9、 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 万无电户的用电问题需要采用光伏或风光互补发电系统在 20062015 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5发电市场情况。表 1、2005 年中国光伏发电市场分类市场分类 装机（MWp) 市场份额（）农村电气化 30 42.9通信和工业应用 25 35.7太阳能光伏产品 12 17.1城市并网发电 (BIPV) 2.8 4.0大型并网发电 (荒漠电站) 0.2 0.3合计 70 100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
10、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
11、) 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 所无电小学光伏示范电站。对设备进行运行考核，并通过电站的运行获取相关基础数据，形成系统优化设计方案。具体研究目标：6 为西藏地区 5 所无电学校建成稳定运行的光伏电站在西藏地区的无电学校中，依据各自的实际情况和今后需求发展，选择 5 所小学，为其建设总容量 30kWp 的独立运行太阳能光伏发电示范系统。根据西藏能源研究示范中心对实地情况的了解和分析，这5 所小学中，纳木湖中心小学的人数已经比较多，再扩大规模的可能不大，而其余 4 所学校在未来的几年中师生人数将有大幅增加。中科院电工所与西藏能源研究示范中心共同确定电站建设规模按人
12、均25Wp 考虑 ，除 纳木湖中心小学以外，其余四所学校按近期 师生总数增加 2 倍考虑。具体见下表：序号学校名称拟装容量（kWp）基本情况1纳木湖中心小学10离拉萨 240 公里，海拔 4800 米，学生 415 名，教师 23名，属于三包学校。2 思德联校 5距离拉萨 270 公里，海拔 4817 米，学生 63 名，教师3 名，属于三包学校。3纳木错村联校5距离拉萨 290 公里，海拔 4900 米，学生 68 名，教师3 名，属于三包学校。4达巴村联校5距离拉萨 280 公里，海拔 4900 米，学生 60 名，教师3 名，属于三包学校。5 门堆完小 5属于堆龙德庆县德庆乡门堆牧民子弟
13、小学，距离拉萨 120 公里，海拔 4320 米，学生 63 名，教师 4 名，属于三包学校。总计 30 研究开发 5kWp、10kWp 光伏电站的控制、逆变等系统关键技术，采用先进技术，制造实际设备用于示范电站；最终形成实7用的具有先进技术的控制、逆变等关键设备；为独立运行光伏电站的系统优化设计提供理论依据。 根据设计、建设和运行实际电站情况，通过采集太阳能资源等环境参数和监测光伏电站的运行数据，进一步优化系统设计；2) 年度进展目标：2006 年 8 月2006 年 12 月， 完成项目审批； 完成现场勘察；确定站址；确定负载类型及大小； 完成光伏控制器、独立运行逆变器实验室台面试验； 完
14、成系统设计； 完成设备、物资采购；光伏组件采购；完成电气线路等材料采购；土建物资采购；2007 年 1 月2007 年 6 月， 完成光伏控制器、独立运行逆变器样机整机调试和实验室试运行； 完成 5 座电站所需控制逆变设备的生产、调试； 完成设备、物资运输；2007年 6 月12 月 完成土建配套设施建设； 完成电站建设； 电站验收。3) 主要考核指标8电站总体考核指标总容量：30kWp;系统效率：额定负载下85平均无故障运行时间：5000 小时系统整体寿命：20 年太阳光伏组件 效率13%； 运行 20 年后，其功率输出减少量90%； 输出电压的总谐波畸变率（THD）：5 ； 功率因数：0.
15、8； 发电频率：50Hz 1%； 输出电压： 220V5%，单相； 输出波形：正弦波； 允许输入电压范围： 90VDC145VDC （5KVA 逆变器）180VDC290VDC（10KVA 逆变器） 具有休眠唤醒功能； 过热、过载、短路、 过压、欠压保护功能。控制器9 模块化设计，以 5kW 为一个模块； PWM 脉宽调制式充电方式； 允许输入电压范围：90VDC 145VDC （配 备 5KVA 逆变器）180VDC290VDC（配备 10KVA 逆变器） 具有太阳能最大功率点跟踪（MPPT ）控制功能； 温度补偿功能； 蓄电池容量混合式判断功能； 三阶段智能充电功能；过热、过载、短路、过压 、欠压保护功能。数据采集处理系统 可采集并存储太阳辐照度、太阳能电池板表面温度、蓄电池表面温度，环境温度、风速等环境参数以及光伏充电电流、蓄电池电压、逆变器输入电流、逆 变器输出电压、逆变器输出电流、逆变器输入功率、逆变器输出功率等系统运行数据； 可形成各存储数据的日、周、月、年 报表和变化曲线； 可存储半年以上系统数据； 具备与 PC 机通信功能； 具备远程有线/无线通信功能； 数据存储芯片可随时更换。2、 预期成果与水平1) 在 5 所学校内建成 5 座稳定运行的光伏示范电站；2) 研制出具有最大功率点跟踪（MPPT ）控制、蓄 电池容量混合式判断等先进功能的光伏电站控制器；
