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详解光伏电站运维的下一站比拼:成本和价值

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-05-18  作者:本站
核心提示:目前,我国累计光伏装机容量已超过28GW,2013、2014连续两年新增并网光伏发电容量均超过10 GW。随着光伏电站大规模建设并陆续并网,运维已上升为光伏电站的工作重心,其直接关系到

  目前,我国累计光伏装机容量已超过28GW,2013、2014连续两年新增并网光伏发电容量均超过10 GW。随着光伏电站大规模建设并陆续并网,运维已上升为光伏电站的工作重心,其直接关系到电站能否长期稳定运行,关系到电站运维成本、投资价值及最终收益。

  2015年将是我国光伏产业的大发展之年,也是考验光伏电站运维能力之年。目前,光伏电站建设有组串式逆变器与集中式逆变器两种设计解决方案,本文针对以上两种方案在运维工作中的实际情况,包括安全性与可靠性、运维难度与故障定位、故障导致损失、故障修复难度、防沙尘与防盐雾等各方面进行对比,以期保证光伏电站长期平稳运行,达到规划设计的发电目标,早日收回建站成本并实现盈利。

  目前,光伏电站设计因采用不同逆变器而分为两种方案:集中式逆变器方案与组串式逆变器方案。

  集中式方案采用集中式逆变器,单台容量达到500kW,甚至更高。1 MW子阵需2台逆变器,子阵内所有组串经直流汇流箱汇流后,再分别输入子阵内2台逆变器。(方案见图一)

  组串式方案采用组串式并网逆变器,单台容量只有几十kW。1 MW子阵需约30台逆变器,子阵内光伏组串直流输出直接接入逆变器。(方案见图二)

  因光伏电站采用的方案不同,造成运维工作的难度及成本也有明显不同。下文从安全性、可靠性、故障率及故障定位精确性、巡检、故障影响范围及其造成的发电量损失、故障修复难度、防沙防尘等方面进行比较阐述。

  安全性与可靠性比较

  电站的安全运行及防火工作极其重要,而熔丝过热及直流拉弧是起火的重大风险来源。

  集中式方案分析

  组串输出需要通过直流汇流箱并联,再经过直流柜,100多串组串并联在一起,直流环节长,且每一汇流箱每一组串必须使用熔丝。按每串20块250 Wp组件串联计算,1MW的光伏子阵使用直流熔丝数量达到400个,10MW用量则达到4000个。如此庞大的直流熔丝用量导致熔丝过热烧坏绝缘保护外壳(层),甚至引发直流拉弧起火的风险倍增。

  直流侧短路电流来自电池组件,短路电流分布范围广,在短路电流不够大(受光照、天气的影响)时,不能快速熔断熔丝,但短路电流可能大于熔断器的额定电流,导致绝缘部分过热、损坏,最终引起明火。例如,12 A的熔断器承载20 A电流,需要持续1000 秒才能熔断,但熔断前绝缘部分就可能因过温受到损伤,电流继续冲击时就失去了绝缘保护,导致起弧燃烧。

  组串式方案分析

  组串式方案没有直流汇流箱,在直流侧,每一路组串都直接接入逆变器,无熔丝,直流线缆短且少,做到了主动安全设计与防护,有效抑制拉弧现象,避免起火事故发生;在交流侧,短路电流来自电网侧,短路电流较大(10 kA-20 kA),一旦发生异常,交流汇流箱内断路器会瞬时脱扣,将危害降至最低。

  比较结果

  组串式方案安全性更好,可靠性更高。

  运维难易程度、故障定位精准度比较

  集中式方案分析

  对于集中式方案,多数电站的汇流箱与逆变器非同一厂家生产,通讯匹配困难。国内光伏电站目前普遍存在直流汇流箱故障率高、汇流箱通讯可靠性较低、数据信号不准确甚至错误导致无法通信的情况,因此难以准确得知每个组串的工作状态。即使通过其他方面发现异常,也难以快速准确定位并解决问题。

  因此,为掌握光伏区每一组串工作状态,当前的检测方法是:找到区内每一个直流汇流箱,打开汇流箱,用手持电流钳表测量每个组串的工作电流来确认组串的状态。但在部分电站,由于直流汇流箱内直流线缆过于紧密,直流钳表无法卡入,导致无法测量。运维人员不得不断开直流汇流箱开关和对应组串熔丝,再逐串检测组串的电压和熔丝的状态。检查工作量大,现场运维繁琐且困难、缓慢,在给运维人员带来巨大工作量和技术要求的同时,也会危及运维人员的人身安全。

  另外,检查期间开关被断开,影响了电站发电。假设单块组件最大功率为250 W,20块一串,一个16进1汇流箱装机容量即为165 kW=80 kW,完全检查一个汇流箱并记录共需10 min(0.17 h)。假设当时组串处于半载工作状态,断电检查一个汇流箱引起的发电量损失为80 kW50%0.17 h=6.8 kWh。

  一个30 MW的电站拥有400多个汇流箱,全部巡检一次将花费大量时间,并损失数千度的发电量。再合并计算人工、车辆等成本投入,巡检所消耗的运维费用将十分可观。此种情况在山地电站表现会更加明显。需要特别注意的是,这样的巡检方式并不可靠,易产生人为疏忽,比如检查完成后忘记合闸,影响更多发电量。

  目前不少电站的运维人员只有几个人,面对几十MW甚至上百MW的庞大电站,将难以全面检查到每个光伏子阵,更难以细致到每个组串,所以一些电站的汇流箱巡检约半年一次。这样的巡检频次,难以发现电站运行过程中存在的细小问题,虽然细微,但长期累积引起的发电量损失和危害却不可轻视。

  目前国内光伏电站有关直流汇流箱运维的数据如下:

  直流汇流箱内的熔丝:易损耗,维护工作量大,部分电站每月有总熔丝1%左右的维护量;且因工作量大,检修时容易出现工作疏漏,影响后续发电量。

  直流汇流箱数据准确性与通讯可靠性:直流电流检测精度低,误差大于5%,弱光时难以分辨组件失效与否,不利于进行组件管理;直流汇流箱通讯故障率高、效果不佳,容易断链,导致数据无法上传,通讯失效后,组串监控和管理便处于完全失控状态,除非再次巡检发现并处理。

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