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淺析光伏平價上網、高效技術運營和智能化運維

隨著主管部門公布首批平價上網項目信息,中國光伏進入競價補貼項目與平價項目共存的時代。

對項目業主來說,他們最關心的是電站投資收益,這與設計方案、建設施工質量、零部件選型、運維管理水平都有非常密切的關系。

如何盡可能降低度電成本,提高項目收益?我們采訪了北京鑒衡認證中心副主任紀振雙,傾聽他對平價上網、高效技術運營和智能化運維的獨特見解。

記者:“平價上網”是光伏企業共同的目標,對于首批平價上網項目,在設計、施工階段有哪些問題需要重視?

紀振雙:未來相當長時間內,降本仍將是產業發展的首要任務,但需要特別注意以下幾點:

1、降本的重心應逐步從設備端轉移到系統端。總體看,通過壓低設備采購價格實現系統降本的空間在逐步收窄;而通過系統優化,特別是系統端的技術進步及設計、施工、運維過程管控水平的提升,達到降本目的的空間還較大

2、要平衡考慮,同步降低系統初裝和后期運營成本。目前的實際工作中,過于強調初裝成本的降低,而對后期運維成本的降低和整個運營期發電量的保證考慮不夠。如果引入人工智能、大數據等數字化信息技術,讓運維更加高效智能,無疑將減少設備故障帶來的發電量損失,提升收益率

3、要切實提高電站建設過程的精細化水平,總體看,我國光伏電站建設過程的管控還很粗糙,電站設計、施工和運維過程的受控程度遠未達到合理的水平;平價初期,擠壓邊際成本可能會成為降低LCOE的重要方式之一,只有精耕細作、精打細算,才可能實現預期、合理的收益

記者:在設計階段,哪些問題容易被忽略?

紀振雙:目前,總體看,電站設計的精細化程度還不夠,實際工作中,容易被忽略的細節問題較多,例如:

1、復雜站址條件下,對陣列微觀選址的重視程度不夠,特別對中東部的屋面和山地電站

根據鑒衡對100多個復雜站址條件電站檢測結果的統計分析,部分電站的局部區域,由于朝向不同、位置差異、周邊遮擋等因素導致的電站不同陣列的效率或發電量差異在10%以上,個別達到20%以上,意味著,局部、性能較差區域會收不抵支,并拉低整個電站的收益水平。

2、對電站防雷設計的重視程度不夠,特別對屋面和施工條件比較差的電站

根據鑒衡的對電站的檢測結果,整體看,對光伏區的防雷,從標準到實際設計,都有一些細節問題需要研究和注意。包括引雷方式、引下及連接導體、接地,以及防雷器的選擇、有利于減少環區感應面積的線纜連接和走線方式等。目前,國內電站已出現幾起,由于防雷設計問題導致的設備雷擊事故,特別要引起注意。

記者:1500V等先進技術在國內電站的應用比例偏低,問題出在哪?該如何解決?

紀振雙:同樣的裝機量,1500V系統可以降低線纜及方陣平衡部件的安裝數量,增加單位土地面積的功率密度,減少電能損失,進而降低系統造價,理論上說得通,實踐中做得到。但是國內1500V系統的應用比例偏低,可能有以下兩方面的原因:

1、近幾年,國內光伏的主戰場在向中東部轉移,適合于1500V建設的應用場景在減少

2、擔憂1500V系統的安全保障能力。要想擴大1500V的應用比例,一是需要從系統設計的角度做文章,包括改變原有的系統結構;二是進一步提高設備安全方面的可靠度。

記者:那您認為,應該如何提升1500V技術的安全性、可靠性?

紀振雙:平價或低價后,光伏多樣化發展的趨勢會更加明顯,包括應用場景、系統設計、設備形式。目前,1000V直流電壓等級為光伏發電的主流形式,毋庸置疑,在有條件的場景下,采用1500V甚至更高等級的直流系統電壓,有利于提高系統效率、降低系統成本。中長期看,1500V及更高電壓等級系統的應用比例會增加,但需要注意:

1、要切實保證系統及其設備的電氣安全水平,包括電氣連接、隔離器件和安全附件

2、進一步提高工程施工和安裝過程的精度。近幾年,鑒衡認證中心也在開展應用于1500V系統的設備認證及系統的檢測和評估工作,并發布了用于1500V系統的設備認證和評估的技術規范,截至目前,鑒衡已向20多家組件企業、幾百個型號的組件產品,10多家逆變器和匯流箱企業、50多個型號的產品,頒發了1500V系統用產品認證證書。總體看,1500V系統產業鏈和標準已經成熟,一些關鍵設備,特別是一線品牌的設備完全可以滿足系統安全運行的需要。需要注意的是系統施工和安裝過程的質量控制,根據鑒衡的經驗,在已投用的1500V系統中,相較1000V系統,由于施工和安裝質量導致的電氣安全故障和隱患偏多。

記者:從第一批領跑者追求零部件效率,到第二、三批領跑者追求系統效率,再到現在平價上網基地追求最低LCOE,鑒衡認證經歷了全部過程。如何看待光伏電站建設理念的變化?

紀振雙:領跑者基地建設在推動我國光伏產業技術進步,降低光伏發電成本方面發揮了不可替代的作用,在引導產業發展方向上,也產生了積極而深遠的影響。回顧前三批領跑基地的建設過程,有以下幾點特別體會:

1、效率的持續提升是產業發展的“命脈”。任何發電形式,持續提高發電效率都是永恒的主題。以發展歷史最長的火電為例,近些年,通過采用超超臨界發電技術,機組的凈效率較采用常規編數的超臨界機組提高8%以上。對光伏而言,能量轉換效率低是其短處之一,將效率提升作為產業技術發展的主攻方向是必然選擇。

需要提醒的是:實際應用中,實驗室效率不等于現場運行效率,設備效率不等于系統效率,系統效率不等于發電量。光伏行業應把著眼點從注重單體設備和初始效率的提升,轉移到提高壽命期單位可利用面積的產出上,并以此為主線,按照系統最佳的原則,考慮系統及其分子系統和設備的配置和設計。

2、性價比才是“王道”。“物美價廉”是對生活和消費品最普適的評價標準,同樣適用于光伏產品。近兩年,單晶與多晶、普通效率與高效組件間的價格比較,組件實驗室效率與實際運行效率的比較,成為熱議的話題;在系統端,系統效率或性能比(PR)與項目經濟性的關聯也是行業討論的重點。無論是設備端,還是系統端,討論或爭議的核心是性價比問題。光伏產業發展和項目建設也要符合經濟規律,無需爭論,需要提醒的是:一要綜合考慮整個運營期的投入和產出;二是討論問題時,多接地氣,少點紙上談兵。

3、跨界整合、協同發展,經濟和社會效益并重,已成為提高產業競爭力的重要抓手。與其他發電形式比較,占地廣、土地利用效率低是光伏的短處之一。光伏與各類建筑,農、牧、漁及其他種養殖業,環境或生態治理融合或整合發展,取得復合或疊加收益,包括攤薄項目建設和運營成本,已成為產業發展的取向之一,這一點,在前三批領跑者基地建設中已有充分體現。

4、平價路上,高效、安全、可靠,“領跑”+“長跑”,一個不能少。如前所述,提效是產業發展的永恒主題,但不意味“效率獨大”的局面會持續下去。產業處于不同發展階段,需要解決的重點問題或工作重心會不斷調整。從已發布月報的基地項目看,有些項目已暴露出由于安全或可靠性問題導致系統故障多、實際運行效率低、發電量異常波動等方面的問題,需要引起足夠的重視。

目前,市場上充斥著大量沒有經過專業機構檢測認證的劣質光伏產品,故障率明顯高于正常水平,卻沒有足夠的售后保障。2017上半年,鑒衡采集了150個電站的數據。以逆變器為例,故障發電量損失率平均水平在1.5%左右,較好水平在0.5%,而華為這樣處于行業標桿水平的,故障率只有0.3%。另外有一組真實客觀的數據,我們常用數據采集的完整率來判斷整個監控系統作用到底怎么樣。這個里面包括監控項目內容和我們數據采集的完整率,業內平均的水平是85%,華為則達到95%以上。所以,在設備選型階段,一定要選擇大品牌、故障率低、數據采集完整的優質產品,這是降低度電成本、保障項目收益的基本前提。

記者:華為等逆變器企業對運維越來越重視,甚至開始運用AI智能識別、I-V診斷等方式進行高效運維,如何評價這種趨勢?

紀振雙:電池和組件是光伏最小的發電單元,光伏發電系統是由若干組件及能量平衡和轉換設備串、并接而成,散、雜是光伏最大的結構特點。與其他發電形式比較,光伏發電的運維難度更大,從運維角度,對傳統意義上“遙測、遙信、遙調、遙控”及現代意義上數字化或智能管控方面的需求更為迫切。在信息化方面,總體而言,光伏產業的設備制造端已跟上時代的步伐,系統端卻相距甚遠。逆變器作為光伏發電系統的中樞設備,也是光伏區運維主要的信息源和控制源,其在系統運行狀況的檢測、感知、調控等方面的功能設計和發揮決定了電站運維水平的高低。

近些年,華為針對系統需求,在逆變器功能設計和擴展方面做了許多前瞻性的工作,新推出的一些功能設計也取得了很好的應用效果,另外,華為憑借其在通訊領域的先天優勢,在光伏無線通訊和4G技術的應用方面,也發揮了主導作用。今年又將人工智能、大數據、云計算等先進的數字信息技術進一步融合到光伏產業,推動產業實現智能化升級。站場無人或少人值守,智能化運維是未來光伏不二的選擇,也希望華為等企業能夠在這方面繼續發揮“領頭羊”作用,為行業發展做出更大的貢獻。

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