《太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案》.doc
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太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹 合肥陽(yáng)光電源有限公司 2011 年 5 月 目 錄 一、太陽(yáng)能光電建筑介紹.3 1.1 太陽(yáng)能光電建筑的應(yīng)用 .3 1.2 太陽(yáng)能光電建筑的優(yōu)點(diǎn) .3 1.3 光伏與建筑結(jié)合的幾種安裝方式 .4 二、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹.5 2.1 并網(wǎng)發(fā)電方式介紹 .5 2.2 光伏陣列的設(shè)計(jì) .6 2.3 光伏陣列匯流的設(shè)計(jì) .9 2.4 接入電網(wǎng)方案 .10 2.5 并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控通訊方式 .12 2.6 系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì) .13 三、逆變控制設(shè)備選型.14 四、申報(bào)指南.16 五、合肥陽(yáng)光并網(wǎng)逆變器在國(guó)內(nèi)光伏建筑一體化的應(yīng)用案例.18 5.1 上海臨港新城兆瓦級(jí)光伏電站 .18 5.2 上海世博會(huì)園區(qū)中國(guó)館和主題館 MW 級(jí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) .19 5.3 奧運(yùn)鳥巢 105 K W 光伏并網(wǎng)電站.20 5.4 上海太陽(yáng)能工程中心 MW 級(jí)光伏電站 .21 3 一、太陽(yáng)能光電建筑介紹 1.1 太陽(yáng)能光電建筑的應(yīng)用太陽(yáng)能光電建筑是指將光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合,在建筑物的外圍結(jié)構(gòu)表面上布設(shè)光伏器件產(chǎn)生電力,從而使“建筑物產(chǎn)生綠色能源”。光伏與建筑的結(jié)合有如下兩種方式,都可以通過(guò)并網(wǎng)逆變器、控制裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)組成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。(1)一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合(如圖1),把封裝好的的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上,組成光伏發(fā)電系統(tǒng);(2) 另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合(如圖 2),是將光伏器件與建筑材料集成化,用光伏器件直接代替建筑材料,即光伏建筑一體化(BIPV),如將太陽(yáng)光伏電池制作成光伏玻璃幕墻、太陽(yáng)能電池瓦等,這樣不僅可開發(fā)和應(yīng)用新能源,還可與裝飾美化合為一體,達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果,是今后的發(fā)展光伏建筑一體化的趨勢(shì)。 1.2太陽(yáng)能光電建筑的優(yōu)點(diǎn)從建筑、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看,太陽(yáng)能光電建筑有以下諸多優(yōu)點(diǎn):(1)可以有效地利用建筑物屋頂和幕墻,無(wú)需占用寶貴的土地資源,這對(duì)于土地昂貴的城市建筑尤其重要;(2)可原地發(fā)電、原地用電,在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。對(duì)于聯(lián)網(wǎng)戶用系統(tǒng),光伏陣列所發(fā)電力既可供給本建筑物負(fù)載使用,也可送入電網(wǎng);(3) 能有效地減少建筑能耗,實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在白天陽(yáng)光照射時(shí)發(fā)電,該時(shí)段也是電網(wǎng)用電高峰期,從而舒緩高峰電力需求;(4) 光伏組件一般安裝在建筑的屋頂及墻的南立面上直接吸收太陽(yáng)能, 因此建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅提供了電力,而且還降低了墻面及屋頂?shù)臏厣唬?) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有噪音、沒(méi)有污染物排放、不消耗任何燃料,具有綠色環(huán)保概念,可增加樓盤的綜合品質(zhì)。 1.3 光伏與建筑結(jié)合的幾種安裝方式 財(cái)政補(bǔ)貼將重點(diǎn)支持太陽(yáng)能光電建筑一體化安裝且發(fā)電主要用于解決建筑用能的項(xiàng)目,從項(xiàng)目類型上主要包括三類:一是建材型,指將太陽(yáng)能電池與瓦、磚、卷材、玻璃等建筑材料復(fù)合在一起成為不可分割的建筑構(gòu)件或建筑材料, 如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墻、光伏采光頂?shù)?;二是?gòu)件型,指與建筑構(gòu)件組合在一起或獨(dú)立成為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件,如以標(biāo)準(zhǔn)普通光伏組件或根據(jù)建筑要求定制的光伏組件構(gòu)成雨篷構(gòu)件、遮陽(yáng)構(gòu)件等;三是與屋頂、墻面結(jié)合安裝型,指在平屋頂上安裝、坡屋面上順坡架空安裝以及在墻面上與墻面平行安裝等形式。二、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹 2.1 并網(wǎng)發(fā)電方式介紹目前,太陽(yáng)能光電建筑的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量可以從幾千瓦到幾百千瓦,甚至上兆瓦,由于國(guó)內(nèi)的光伏與建筑結(jié)合形式各種各樣, 設(shè)備的選型需根據(jù)光伏陣列安裝的實(shí)際情況(如組件規(guī)格、安裝朝向等)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),大致可分為兩種并網(wǎng)發(fā)電方式。(1)集中式并網(wǎng)發(fā)電這種并網(wǎng)方式適合于在建筑物上安裝朝向相同且規(guī)格相同的光伏陣列, 在電氣設(shè)計(jì)時(shí),采用單臺(tái)逆變器集中并網(wǎng)發(fā)電方案實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能,如圖 3 所示。 (2) 分布式并網(wǎng)發(fā)電這種并網(wǎng)方式適合于在建筑物上安裝不同朝向或不同規(guī)格的的光伏陣列, 在電氣設(shè)計(jì)時(shí), 可將同一朝向且規(guī)格相同的光伏陣列通過(guò)單臺(tái)逆變器集中并網(wǎng)發(fā)電, 采用多臺(tái)逆變器分布式并網(wǎng)發(fā)電方案實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能,如圖 4 所示。 2.2 光伏陣列的設(shè)計(jì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的光伏陣列設(shè)計(jì)需要考慮以下幾點(diǎn): (1)光伏陣列朝向:光伏陣列正向赤道是其獲得最多太陽(yáng)輻射能的主要條件之一。一般情況下,方陣朝向正南(即方陣垂直面與正南的夾角為 0)。系統(tǒng)的光伏陣列處于北半球,一般應(yīng)按正南偏西,方位角(一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻(24 小時(shí)制)12)15(經(jīng)度116)。 (2)光伏陣列傾角:在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,光伏陣列相對(duì)于水平面的傾斜角度一般應(yīng)該按照使陣列獲得全年最多太陽(yáng)輻射能的設(shè)計(jì)原則。電池板廠商將根據(jù)不同地區(qū)的地理位置及氣象環(huán)境,會(huì)提供最佳的安裝角度。 (3) 光伏組件串聯(lián)數(shù)量的設(shè)計(jì)依據(jù):逆變器在并網(wǎng)發(fā)電時(shí),光伏陣列必須實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制,以便光伏陣列在任何當(dāng)前日照下不斷獲得最大功率輸出。 在設(shè)計(jì)光伏組件串聯(lián)數(shù)量時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 1) 接至同一臺(tái)逆變器的光伏組件的規(guī)格類型、串聯(lián)數(shù)量及安裝角度應(yīng)保持一致。 2) 需考慮光伏組件的最佳工作電壓(Vmp)和開路電壓(Voc)的溫度系數(shù),串聯(lián)后的光伏陣列的Vmp應(yīng)在逆變器MPPT 范圍內(nèi),Voc應(yīng)低于逆變器輸入電壓的最大值。首先,要了解太陽(yáng)電池結(jié)溫和日照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)電池輸出特性的影響, 如下圖所示: 從圖5可知,溫度上升將使太陽(yáng)電池開路電壓Voc下降,短路電流Isc則輕微增大,總體效果會(huì)造成太陽(yáng)電池的輸出功率下降。從圖6可知,日照強(qiáng)度在極大的程度上影響太陽(yáng)電池的輸出電流,導(dǎo)致太陽(yáng)電池輸出功率的變化。對(duì)于單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池,工作電壓(Vmp)的溫度系數(shù)約為-0.0045/(折合 70時(shí)的系數(shù)為 0.8);開路電壓(Voc)的溫度系數(shù)約為-0.0034/(折合-10時(shí)的系數(shù)為 1.12)。對(duì)于非晶硅薄膜電池,工作電壓(Vmp)的溫度系數(shù)約為-0.0028/(折合 70時(shí)的系數(shù)為0.874);開路電壓(Voc)的溫度系數(shù)約為-0.0028/(折合-10時(shí)的系數(shù)為1.1)。 3) 針對(duì)目前常見(jiàn)的晶體硅光伏組件,結(jié)合本公司產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù),給出各款型號(hào)逆變器的推薦 Voc 和 Vmp 配置,用戶可根據(jù)實(shí)際光伏組件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和匹配。對(duì)于單晶硅和多晶硅光伏組件以某公司的多晶硅170Wp為例(STC條件下,25,Vmp35V,Voc44.5V,Pm=270W),給出各款型號(hào)逆變器的推薦 Voc 和 Vmp 配置,以及光伏組件的串聯(lián)推薦數(shù)量: 用戶實(shí)際計(jì)算方法如下: 串聯(lián)數(shù)最小值 n1=V1/Vmp,使用進(jìn)一法進(jìn)行取整,V1 為推薦MPPT范圍的下限值; 串聯(lián)數(shù)最大值 n2=V2/Voc,使用舍去法進(jìn)行取整,V2為推薦Uoc 范圍的上限值。其中:Vmp 和Voc為廠家提供的在STC條件下(STC: lrradiance1000W/, Module temperature25, AM=1.5)的數(shù)據(jù)。對(duì)于非晶硅薄膜光伏組件以某公司的非晶硅組件 40Wp型號(hào)為例(STC條件下,Vmp46V,Voc61V ,Pm40W),給出各款型號(hào)逆變器的推薦 Voc 和 Vmp 配置,以及光伏組件的串聯(lián)推薦數(shù)量: 用戶實(shí)際計(jì)算方法如下: 串聯(lián)數(shù)最小值 n1=V1/Vmp,使用進(jìn)一法進(jìn)行取整,V1 為推薦 MPPT 范圍的下限值。 串聯(lián)數(shù)最大值 n2=V2/Voc,使用舍去法進(jìn)行取整,V2 為推薦 Uoc 范圍的上限值。其中:Vmp 和 Voc 為廠家提供的在 STC 條件下(STC: lrradiance 1000W/m2, Module temperature 25, AM=1.5)的數(shù)據(jù)。(4)光伏系統(tǒng)的避雷技術(shù)要求對(duì)于光伏系統(tǒng)的避雷設(shè)計(jì),主要考慮直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù):1)光伏陣列安裝在室外,當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)可能會(huì)受到直擊雷的侵入,直擊雷的防護(hù)通常都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或金屬物件作為接閃器,將雷電流接收下來(lái),并通過(guò)作引下線的金屬導(dǎo)體導(dǎo)引至埋于大地起散流作用的接地裝置再泄散入地。2) 感應(yīng)雷的防護(hù)需要考慮太陽(yáng)能電池板四周鋁合金框架與支架應(yīng)等電位接地,以及交直流輸電線路和逆變器等感應(yīng)雷的防護(hù),防護(hù)措施可采用防雷保護(hù)器。 3) 防雷防護(hù)國(guó)家現(xiàn)在還沒(méi)有專門針對(duì)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)是要委托專業(yè)的設(shè)計(jì)單位來(lái)設(shè)計(jì)。 2.3 光伏陣列匯流的設(shè)計(jì)為了減少直流側(cè)電纜的接線數(shù)量,提供系統(tǒng)的發(fā)電效率,大型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常需要設(shè)計(jì)光伏陣列匯流裝置,該裝置就是將一定數(shù)量的電池串列匯流成1路直流輸出。本公司根據(jù)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了SPVCB系統(tǒng)光伏陣列匯流箱,該匯流箱的每路電池串列輸入回路配置了耐壓為1000V 的高壓熔絲和光伏專用防雷器,并可實(shí)現(xiàn)直流輸出手動(dòng)分?jǐn)喙δ?,如圖 7 所示。2.4 接入電網(wǎng)方案光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)接入有低壓接入和高壓接入兩種方案。 (1)低壓電網(wǎng)接入并網(wǎng)系統(tǒng)接入三相 400V 或單相 230V 低壓配電網(wǎng), 通過(guò)交流配電線路給當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電,剩余的電力饋入公用電網(wǎng)。 根據(jù)是否允許向公用電網(wǎng)逆向發(fā)電來(lái)劃分,分為可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)和不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)。1) 可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于可逆流并網(wǎng)系統(tǒng),一般發(fā)電功率不能超過(guò)配電變壓器容量的 30%,并需要對(duì)原有的計(jì)量系統(tǒng)改裝為雙向表,以便發(fā)、用都能計(jì)量,如圖 7 所示。 2) 不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng),一般有兩種解決方案:系統(tǒng)安裝逆功率檢測(cè)裝置,與逆變器進(jìn)行通訊,當(dāng)檢測(cè)到有逆流時(shí),逆變器自動(dòng)控制發(fā)電功率,實(shí)現(xiàn)最大利用并網(wǎng)發(fā)電且不出現(xiàn)逆流,如圖 8 所示。采用雙向逆變器+蓄電池組,實(shí)現(xiàn)可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),如圖 9 所示。 可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),配有儲(chǔ)能環(huán)節(jié)(目前一般采用蓄電池組)。光伏陣列經(jīng)雙向逆變器給蓄電池充電,同時(shí)并網(wǎng)發(fā)電。并網(wǎng)發(fā)電功率由測(cè)控裝置根據(jù)當(dāng)?shù)刎?fù)荷的實(shí)際功率來(lái)調(diào)整,在光照能量不足時(shí),可由蓄電池提供能量。(2)高壓電網(wǎng)接入并網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)升壓變壓器接入 10KV 或 35KV 高壓電網(wǎng), 升壓并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)采用單獨(dú)的上網(wǎng)變壓器,向上級(jí)電網(wǎng)輸電。 10KV 電網(wǎng)接入 35KV 電網(wǎng)接入 高壓并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)由供電部門進(jìn)行接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì),高、低壓開關(guān)柜應(yīng)設(shè)有開關(guān)保護(hù)、計(jì)量和防雷保護(hù)裝置,實(shí)際并網(wǎng)的發(fā)電量應(yīng)在高壓側(cè)計(jì)量。 2.5 并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控通訊方式 目前光伏并網(wǎng)逆變器常見(jiàn)的通訊方式有三種:RS485 Ethernet GPRS設(shè)備通訊原理示意圖如下:采用RS485/Ethernet/GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能,通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件,方便直觀地監(jiān)控當(dāng)前逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和工作狀態(tài),以及歷史數(shù)據(jù)記錄和故障信息,同時(shí)可和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,了解現(xiàn)場(chǎng)的日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向和溫度等情況。 2.6 系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光電建筑設(shè)計(jì)時(shí),安全性設(shè)計(jì)有幾點(diǎn)需要注意:屋頂和建筑作為安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的場(chǎng)所, 要有荷重(自重、 積雪、 風(fēng)壓)的承重能力。陣列的安裝考慮到漏雨的問(wèn)題,確保不給房屋系統(tǒng)造成破壞。支架等安裝材料的耐用性。太陽(yáng)能組件到室內(nèi)的配線性能及保護(hù)方法。施工作業(yè)的安全防護(hù)。系統(tǒng)的防雷安全保護(hù)措施。 三、逆變控制設(shè)備選型針對(duì)此次財(cái)建2009129 號(hào)文件關(guān)于印發(fā)太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法的通知,本公司就容量為 50KWp1000KWp 的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)提供逆變控制設(shè)備選型方案。備注:上表中,匯流箱的數(shù)量是按照單塊光伏組件的功率為180Wp左右計(jì)算的,僅供參考在實(shí)際應(yīng)用中,可能會(huì)有些差異。對(duì)于光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),經(jīng)常需要考慮建筑美觀因素,導(dǎo)致光伏組件規(guī)格和朝向不一致,從而需要配置不同規(guī)格的逆變器,針對(duì)這種情況,需要綜合考慮實(shí)際情況,進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。高壓并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)由供電部門進(jìn)行接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 四、申報(bào)指南為了明確太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目申報(bào)的實(shí)施細(xì)則, 財(cái)政部和建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)了太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目申報(bào)指南詳細(xì)的內(nèi)容參考下面的網(wǎng)址:http:/jjs.mof.gov.cn/jinjijianshesi/zhengwuxinxi/zhengcefagui/200904/t20090420_134425.html 在實(shí)際項(xiàng)目申報(bào)是重點(diǎn)專注以下幾點(diǎn): (1)安裝類型和補(bǔ)貼對(duì)應(yīng)的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)(2) 優(yōu)先支持項(xiàng)目已出臺(tái)并落實(shí)光電發(fā)展扶持政策的地區(qū)項(xiàng)目;并網(wǎng)式太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用項(xiàng)目;太陽(yáng)能光伏組件與建筑物實(shí)現(xiàn)構(gòu)件化、一體化項(xiàng)目;學(xué)校、醫(yī)院、政府機(jī)關(guān)等公共建筑應(yīng)用光電項(xiàng)目。(3) 申報(bào)材料的準(zhǔn)備 指南第四條中要求的證明材料;指南第六條中要求的申報(bào)材料;(4) 申報(bào)程序申報(bào)的具體的程序在指南 中有詳細(xì)的介紹, 在具體申報(bào)時(shí)有一下幾點(diǎn)需要提醒注意:申報(bào)材料在省級(jí)相關(guān)部門立項(xiàng)批復(fù)后要向省電力公司申報(bào)接入許可,在這一過(guò)程中一般省電力公司要組織相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)申報(bào)材料中的接入部分進(jìn)行評(píng)估,主要是電能質(zhì)量,對(duì)電網(wǎng)的安全性影響等方面。評(píng)估后給出批復(fù)。系統(tǒng)接入電網(wǎng)后,向電網(wǎng)提供能量時(shí)計(jì)量和收費(fèi)問(wèn)題。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到運(yùn)營(yíng)后的監(jiān)視、計(jì)量、交易等相關(guān)方案。目前部分省份已出臺(tái)新能源相關(guān)的政策(包括電力系統(tǒng)),要求全額接納光伏并網(wǎng)的電量,上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),如國(guó)家沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)則會(huì)以地方性政策標(biāo)準(zhǔn)給予補(bǔ)貼。五、合肥陽(yáng)光并網(wǎng)逆變器在國(guó)內(nèi)光伏建筑一體化的應(yīng)用案例 5.1 上海臨港新城兆瓦級(jí)光伏電站系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:1.06MWp安裝面積:約 15000m2電網(wǎng)接入:10KV年發(fā)電量:約 100 萬(wàn)千瓦時(shí)20 5.3 奧運(yùn)鳥巢 105kW 光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:105kWp安裝面積:約 1100m電網(wǎng)接入:400/230V年發(fā)電量:約 12 萬(wàn)千瓦時(shí)21 5.4 上海太陽(yáng)能工程中心 MW 級(jí)光伏電站 系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:1MWp 安裝面積:約 11000m 電網(wǎng)接入:10KV 年發(fā)電量:約 100 萬(wàn)千瓦時(shí) 5.2 上海世博會(huì)園區(qū)中國(guó)館和主題館 MW 級(jí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:3MWp安裝面積:約 30000m2電網(wǎng)接入:10KV年發(fā)電量:約 300 萬(wàn)千瓦時(shí)5.3 奧運(yùn)鳥巢 105kW 光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:105kWp安裝面積:約 1100m2電網(wǎng)接入:400/230V年發(fā)電量:約 12 萬(wàn)千瓦時(shí)5.4 上海太陽(yáng)能工程中心 MW 級(jí)光伏電站系統(tǒng)介紹:系統(tǒng)容量:1MWp安裝面積:約 11000m2電網(wǎng)接入:10KV年發(fā)電量:約 100 萬(wàn)千瓦時(shí)