(国家电投青海光伏产业创新中心 青海省西宁市 810000)
摘要：三江源地区地处青藏高原腹地，平均海拔4000m以上，根据多年的气象记录统计，该地区多年平均日照时数均超出2500h，太阳能资源非常丰富，并且在土地资源方面具有优越的条件，在交通等基础设施支撑水平不断提升的背景下，光伏产业链逐步得以完善。对该地区光伏与储能系统进行优化，确保太阳能资源利用效率不断提高，提升光伏产业社会经济效益，具有重要的研究意义。
关键词：三江源；光伏与储能系统；社会效益
三江源地区总面积超30万km2，占青海省总面积的43%左右，植被类型复杂多样，属于典型的高原大陆气候，冷热两季交替明显，日照时间长[1]。近些年来，在太阳能资源利用方面投入力度不断加大，不仅有效改善了当地电力能源来源结构，而且有效改善当地植被恢复水平，提升水源涵养能力，实现了生态环境保护与经济发展的有机统一。
1、系统方案
虽然三江源地区拥有丰富的太阳能资源，但是由于资源与电力能源需求在季节性方面的差异性，同时在资源开发和利用过程中，不可避免的会对当地生态环境造成一定的负面影响。因此必须对系统方案进行优化，确保太阳能资源开发利用过程中，生态与经济能够协同发展，确保三江源地区太阳能资源利用的社会效益能够真正体现。本方案以曲麻莱地区某扶贫项目为基础，对其系统优化方案进行简要说明，并对其社会效益进行分析，以此为后续项目建设实施提供参考。方案整体采用“光伏+储能+电采暖”的运行模式，依托三江源地区具有代表性村落分布特征，对系统各个组成部分进行优化设计，确保社会效益达到预期目的。
2、光伏与储能系统优化设计
2.1 光伏系统设计
光伏系统本方案运行的基础，系统设计中的具体选择方案不仅能够确保技术和成本达到均衡状态，而且对社会效益的实现具有重要保障作用。光伏系统选择的主要影响因素包括组件类型选择、组件规格参数确定、支架系统设计、支架基础设计等几个方面。目前国内太阳能行业发展中，在太阳能光伏组件生产技术中，主要有晶硅电池、薄膜电池和其他新型电池等技术。提升广电转换效率，降低生产成本，是光伏组件生产和应用的基本目标。在本系统设计中组件规格参数确定的主要技术指标包括光伏组件转化效率、光伏组件衰减率和光伏组件产品认证等。在支架系统设计时，需要根据系统运行场地实际情况设定主要参数，同时对支架的材料、选型、载荷和刚度等指标要求进行科学设计，从而确保光伏系统运行的效率和安全。支架基础制作方式有预制和现浇两种形式，对于现场施工条件不便的项目，通常是采用预制式制作模式。
2.2 储能系统设计
本方案设计和应用针对的是三江源地域，由于这一区域所具有的各方面特征，项目设计为分布式光伏供电，暂无电网接入，必须依托储能设备的接入实现全天候供电。太阳能发电系统的出力特性表现在发电系统不稳定、间歇性强等，并且在每日不同时间段光伏输出功率差异大，晚上不发的特征，因此在对储能系统设计时，必须要综合考虑蓄电池充放电深度、充放电效率、充放电功率、使用寿命，以及储能逆变器的功率、运行方式等。根据目前蓄电池技术发展特征，结合本项目所在地区气候特征、扶贫项目等特征，最终选定综合造价低，环境适应能力强，耐寒能力强的磷酸铁锂储能电池作为本项目的储能系统电池。
按照系统全年不停歇运转状态，普通电池组寿命能够达到13年，最长可以达到27年，能够与光伏组件寿命保持一致，储能安装方式全部选用户外集装箱安装方式，基础制作方式同样选择预制
3、供暖方案设计
3.1 并网条件下的设计方案及优化
并网运行环境所具有最为明显的优势就是能够依托外网电力，更好的满足村民对电力能源的需求，但是由于我国西部地区农村居民居住较为分散的现状因素，电力的保障性和运行稳定性较差，目前清洁供暖主要是以电力替代方式为主，同时辅以牛粪炉具为炊事及供暖保障托底。将光伏与储能系统应用于空气源热泵能源互补系统时，目前可以采用空气源热泵热风机+电热炕以及蓄热式电暖器+电热炕以及两种方案，两种方案改造初始投资每户都在7200元左右，依照目前需要综合改造的农户数共计16万户，则整体需要初始投资约11.5亿人民币。在这两套方案推行中，需要将起居室供暖与卧室供暖热源进行分别设计，以通过合理的控制达到最为优化的运行状态。
3.2 离网条件下的设计方案及优化
离网方案主要是针对目前部分未通电的农村牧区，这部分群体约有6.5万住户，26万人口，并且整体居住较为分散，由于地处三江源保护区内，无法建设电网系统。在这种形式下供电方案选择以光伏发电+蓄电池的形式，供暖方案则选择以分户式电蓄热暖气，配合电热炕作为取暖设备，以牛粪炉具为主要炊事用途。同时也可以选择以空气集热供暖与电直热供暖互补的形式，这两种方案的每户在供暖部分的初始投资都在7200元左右，并且具有太阳能利用效率高，系统运行安全，维护工作量小等特点。
3.3 农房节能改造方案
农房节能改造方案主要包括标准型农房保温和保障性农房节能改造方案两种，前者需要进行处理的部位包括外墙、屋顶及门窗等环节，单户投资预算额约2万元左右。后者主要是对常用居室和热损失较为明显的部位进行改造，基本位置包括外窗、北向墙体和屋顶，户均改造费用5000元，超出部分由农牧户自行承担。
4、系统优化社会效益分析
三江源地区光伏与储能系统优化的社会效益可以从生态环境保护和经济协同发展两个角度考虑。就环境效益方面来说，将牛粪作为日常燃料，无法保障草地生态系统的物质能量循环，降低草地生态服务系统所具有的价值功能[2]。通过太阳能利用，能够减少对干牛粪能源的消耗，能够减缓对生态环境的破坏，对三江源地区脆弱的生态环境压力缓解具有重要的保障作用。就经济协同发展角度而言，三江源地区要在生态保护的基础上实现经济可持续发展，必然要改变目前单一性的产业结构，坚持以“互联网+”为基础的第三产业发展模式，不断提升资源的利用效率[3]，从这一角度出发，光伏与储能系统的建设，能够为经济发展奠定坚实的基础，为三江源地区整体经济发展产业融合奠定坚实的基础，确保经济发展与生态保护有机结合。
5、结束语
三江源地区具有丰富的太阳能资源，在光伏与储能技术不断提升的背景下，加大在技术方面的研究力度，以更为契合该地区的整体方案开发和利用太阳能，不仅能够解决该地区电力能源利用的基本需求，而且在生态环境保护和经济协同发展方面具有极为明显的社会效益。
参考文献:
[1]闵庆文,张永勋,赵贵根.三江源移民安置区农户能源利用及对生态环境影响——以贵南县为例[J].资源科学,2012,34(11):2018-2025.
[2]颜亮东,周秉荣,李晓东,李甫,张娟.三江源地区太阳能资源区划及利用潜力研究[J].资源科学,2012,34(11):2057-2066.
[3]张永勋,闵庆文,赵贵根.三江源移民安置区太阳能资源开发利用环境效益评估——以贵南县为例[J].资源科学,2012,34(11):2067-2073.