光伏发电运维模式的思路与构想-作者訾恒.pdf

光伏电站运维模式的思路与构想作者訾恒截止 2015 年底，我国光伏累计装机量达 43GW，超越德国成为全球最大光伏应用市场， 2016 年国内光伏装机表现强劲，预计 2016年国内光伏装机将突破 20GW，将再度成为全球最大的太阳能光伏市场。 2008 年全球光伏发电平均每度电成本约为 38 美分， 2015 则下降至 7.3 美分左右，预计未来 5 年内还会再度下降 30。成本的下降将会成为整个系统成本下降以及融资成本下降的标志，这将意味着产业高速发展时机来临。华润电力在 2015 年底投运了第一个开发的大型地面电站润阳光伏电站，其后陆续投运了泰来光伏电站、启欣光伏电站，并陆续在全国开展光伏电站建设工作。随着光伏项目的高速建设和投产，光伏电站如何优质高效运维成为问题摆在面前，光伏电站的运营效率和效果将直接影响光伏电站的收益。采用哪种运维方式最高效采用哪种人员方式配置最合理采用什么样的巡视方式效果最好采用什么样的清洗方式最可靠这些是我们必须去思考的问题。一、光伏发电站的特点光伏发电项目具有占地面积广、设备数量多的特点。不同于火力、水利、核电等传统发电形式，其设备种类少、操作量少，基本没有转动设备。但是庞大的设备数量及广阔的设备面积，也造成了光伏电站设备监视、检查、事故处理等方面的困难，光伏发电是新兴市场，行业内的运维经验不足，运维方式多种多样，标准模式较少，可参照性不强。其次大型地面集中式光伏电站，一般都建在较偏僻的地方，交通不便，生存条件恶略，工作、生活单调乏味，造成运维人员管理上的种种困难。目前我们的光伏电站基本分为三类情况，第一类是风光互补性电站，即利用原有的风电场升压站接入光伏项目，光伏电站的运维人员和风电场原有运维人员同时维护。第二类式新建的小型分布式光伏电站，电站容量一般在 50MWp以下，采用 35kV以下电压等级接入就近的变电站，光伏电站不新建变电站。第三类是大型地面光伏电站，一般指 50MWp容量以上的或者需独立建设升压站的光伏电站。对于以上三类电站我们目前采用的运维模式一般沿用风电场的管理模式即安排站长、副站长负责站内全面管理，电站设三个运行管理值，每值设值班长负责值内管理，每值下辖值班员若干，站内专业技术人员由值班长或者值班员兼任，运行人员三值轮休，现场二值工作，休息一值。目前光伏电站的数据监控模式是升压站配置自动化通讯设备，光伏场区每个汇流箱支路的电流电压数据，每个逆变器的电压、电流等数据都可以经过光纤传输至控制室。控制室安排值班员值班，通过监视电站各方阵，各逆变器，各支路的参数发现问题。二、目前光伏电站运维存在的几个问题1、设备质量把控不严格，设备状态分析不足。据光伏行业协会公布的数据显示，目前我国已建成的电站里大概 1/3 左右质量不合格，还有一部分组件三年已经衰减了 25 年应该衰减的指标，甚至个别电站建成当年衰减就高达 30多。新疆某 8MW光伏电站 3178 块光伏组件中红外成像抽检 2856 块，其中 19存在虚焊热斑效应。甘肃某 10MW光伏电站，抽检发现高达 58的光伏组件出现功率明显衰减。光伏组件的造价达到电站总投资的 50以上，光伏组件的质量出现问题对于电站的投资回报影响将是致命的。公司对于组件质量的把控，一是在招投标阶段严格准入资质，采购一线品牌产品，并制定详细的技术协议，在技术协议中明确规定组件的材质和衰减曲线；二是在现场建设期进行到货验收和检查。但是我们要认识到一个问题，上述方法并不能完全排除组件的大规模缺陷事故的发生，因为往往组件的批量性缺陷并不是厂家已知晓的可控缺陷，像上文提到的西北地区的大批量组件缺陷，主因也是厂家没有意识到西北地区极大的昼夜温差和极大的风沙腐蚀情况下发生的，在光伏组件的全寿命周期中，光伏组件的运行环境千变万化，千差万别，随时有可能发生我们意想不到的特殊运行环境，特殊运行情况，在这种情况下光伏组件能不能达到技术协议保证的质量标准，能不能够在 25 年的全寿命周期中稳定发电，都是我们运维工作必须时刻注意监视分析的。而目前我们的运维方式基于设备本身效能的分析方法很少，不能够提前发现组件可能产生的缺陷，不能够预测组件可能面临的失效风险，组件质量把控的手段较少。2、监控数据没有实时存储分析，运维数据分析不够深入。目前我们的光伏电站监控系统是基于传统的电力系统监控软件制作的，主要监控系统厂家是传统电力系统监控厂家例如南自、南瑞、许继、 GE、西门子等公司的实时监控平台，采用数据实时传输实时监控的方式。这些平台的特点是基于实时数据、可与电气控制系统对接，远程操作电气开关分合，转换运行方式。但是这些平台的缺点是不进行实时运行数据的存储和分析，只是简单的反馈现场的实际运行参数，而不对参数进行存储、归类、分析、研判。而光伏发电的生产方式区别于传统火力发电场的本质是火电需要大量的实时数据进行状态分析并实时的调整运行参数，而光伏几乎不需要调整任何的运行参数，而更注重的是在海量的光伏组件中分析寻找和发现问题设备。3、专业人员配置成难题。光伏电站的电力生产有它的特殊性，不同于传统的火电厂或者风电场，它需要专业的光伏领域的行业人才进行整体的专业指导，例如光伏电站的组件检查检测方法、逆变器的检查检测，光伏电站故障的检测和诊断，这些工作都需要一名有丰富工作经验的专业人员进行指导和传帮带，由于近年来光伏发电的高速发展，这方面的专业人才缺乏，且这类专业人才的人力成本很高，这就带来一个两难的问题小型光伏电站如果聘用专业的光伏技术人员会造成人力资源成本很高，而雇佣了，又因为现场的规模有限，专业人才的劳动量不能充足，造成人才的浪费。如果不雇佣专业人才，在遇到问题时往往求助于外单位或者厂家，故障处理时间长，设备把控能力差。4、人员工作条件差，员工归属感不佳。光伏电站一般都建在较偏僻的地方，交通不便，生存条件恶略，工作、生活单调乏味，一般的运维方式都采用轮值，工作 10 天左右轮值休息，由于交通不便工作期间并不能回家，休息时间也因为交通时间过长造成员工休息时间浪费在路途。员工长期离家，不能照顾家人，造成很多员工幸福感差。三、基于云平台的智能化集中运维模式公司的光伏电站如果沿用传统的电站运行管理方法， 工作人员不能及时发现设备缺陷， 不能及时分析出光伏电站投资收益率， 员工生活品质也得不到保障， 这些问题势必影响电站的正常高效运行。 为了保障光伏电站的正常运行， 减少因设备故障带来的严重事故和电站收益损失， 结合当前新能源领域的新技术新思维。 我建议公司采用以集中监控为主体的分布式电站综合管理方式， 采用多个光伏电站数据统一接入集中监控中心，数据集中存储，运营参数实时对比分析、运营收益率综合分析的方案， 集中监控中心配置以云平台为基础的分布式综合管理平台，通过智能化的运行理念，进行故障的高效诊断，提高电站运行水平， 提高光伏发电站的运行管理效率， 提升生产运行管理水平，降低生产运行和设备维护成本， 进而提升光伏电站经济效益。1、基于云平台的光伏电站集中监控。云平台监控是“基于云计算和云存储技术的远程实时监控系统”的简称， 云平台的光伏集中监控就是改变以往的以数据处理服务器为核心的监控中心模式， 而是搭建基于大数据和云处理的大型软件服务平台。 新投运的光伏电站不需要再搭建新的数据监控中心， 只需要将光伏支路、逆变器、传感器、电能表等设备的数据通过专线或者外网传输至此云平台， 通过网络将数据传送至远程云服务器进行数据处理，云服务器采用阿里云、 华为等全国知名云服务商， 经过云平台的数据处理与统计， 将结果通过远程终端或者手持终端展示出来。 员工只需要在具备登录互联网条件的电脑或者手机上就可以详细的了解到当日运行情况，实时监测生产运行情况，查阅相关生产数据统计状态。云平台具有高度扩展性、高可靠性、高度灵活性等优势，可实时监控电站所有设备的运行数据， 以及生成相应的业务报表等功能。 数据的处理及存储由云平台完成， 公司可以根据需求在平台上建设业务分析模块， 最终信息可通过任意一台具有网络的用户终端通过云平台提供的访问接口浏览自己关注的内容， 云平台服务通过场站侧的硬件隔离保证了数据的安全性。某公司的光伏集中监控数据分析界面云平台基础的集中监控有其天生的优势即数据规模大，当多个电站的数据汇集到云平台集中监控后， 我们即可以利用软件进行实时的对标分析，并由计算机程序主动生成异动情况判断，通过弹出窗口、邮件或者手机 APP推送到相关管理者面前。云平台的海量数据存储功能，可以将电站的数据进行实时存储，当发生故障或者缺陷时， 可以挑选任意时段的数据进行实时回放， 为故障判断提供有力依据。云平台基于互联网大数据的优势亦可以发挥其互联网优势，从互联网公共资源实时采集气象数据、 光照数据并对照电站自建微气象站某公司的分布式光伏手机监控 APP 和测风塔数据进行实时修正， 用修正后数据预测站内发电量， 并由此分析偏差，及时发现设备缺陷。云平台的实时数据和实时的对标结果可以为光伏电站的清扫提供判断依据， 通过同一电站前后的发电量差异或者不同电站同一时间段的发电量差异系统可自动判断光伏组件是否需要清扫， 这就避免了电站常规循环清扫方式重复清扫或者清扫不足情况的发生。2、集中监控方式的现场运行维护。（ 1）利用无人机进行高效巡视和检查集中监控情况下，面对光伏生产现场庞大的地域面积，人工巡视检查将变得非常困难和低效，目前无人机技术发展的速度很快，建议通过无人机的巡视检查来解决人工巡视的问题。无人机用于检查太阳能面板，其工作效率将比人力高得多，工作也更精确，而工作的危险度却大大降低了。无人机在太阳能面板上空可以以每小时 50 英里的速度飞行，它将配备有红外线热感应摄像头，通过热信号来确定缺陷的太阳能面板。如果使用人力来检查这些太阳能面板，或许会耗上几天甚至几周的时间，而无人机只用极短的时间就能够完成相应的工作，甚至每天都能对整个光伏电站的设施进行检查报告。因此，无人机将太阳能面板的检查工作变得轻松高效。经过编程的无人机都能够自动飞行，当它们完成任务后，它们可以利用摄像头、 GPS等装置自动飞回地面基站。无人机搜集的数据又能够及时地上传到云平台，为集中监控平台提供数据支持。低空飞行的无人机可以发现很多复杂的电站光伏板问题。 像龟裂、 蜗牛纹、损坏、焊带故障等问题，使用无人机检查污点和植被遮挡更会变得非常简单。无人机还可以搭配热成像仪， 使用热成像技术来查看哪些区域温度过高，影响组件的效率。无人机还能够监测汇流箱、接线盒、逆变器等电子设备的温度，来预防可能发生的电气设备缺陷。无人机还有个强项就是可以瞬间采集多种不同的数据， 实时精确地锁定问题位置的地理坐标。 这种多类型数据采集模式还支持 GPS标注、视觉成像、 激光测距脉冲雷达成像，甚至还可以对可见光波长以外的光信号进行探测。当这种彼此相关的多维度数据源源不断地传送到集控中心， 传统的运维模式和流程将获得脱胎换骨的升级， 光伏系统问题的诊断和判别效率将极大提升。将来，无人机系统将更加成熟，可以通过模式识别和更新检测技术， 提供更为经济便捷的预防性解决方案， 全方位监控电站的“健康”状况，进一步优化运维响应。（ 2）利用红外成像检查全面及时掌握电站电池质量状态。红外成像检查是光伏电站最有效的检查方式，通过定期的红外成像检查可以实时的掌握电站光伏电池板的运行情况，及时的发现光伏电池的缺陷或者故障，集中监控模式下更应该注重光伏电站的热成像数据，建议配套建设光伏热成像的分析平台，及时的存储电站热成像数据，为光伏电池板的长期运行分析提供可靠的数据支持。热像仪能够用于太阳能电池板在运行期间的检查，热像仪检查能够让异常现象清楚地显示在热图像上，热成像仪能够高效快速的完成大面积的的检查工作。热像仪主要用于查找故障，对检测到的异常现象进行分类和评估。热像仪检测不但可以用于安装期间的质量控制，亦可以进行电站常规检查，及时而有效的热成像检查能保持太阳能电池板的安全稳定运行并延长电池板的使用寿命，使用热像仪检测太阳能电池板将显著提升运营公司的投资回报率。（ 3）定期的清扫或清洗电池组件试验数据表明定期的光伏组件清洗或者清扫可以增加 5-15的发电量， 因此电站的定期清扫工作是十分重要而且必要的。 建议公司各光伏电站充分分析自身所处区域环境和光伏厂区建设特点， 制定合理的清扫方案， 能够采用机器人自动清洗的优先采用机器人， 定期实施清扫清洗，增加电站发电量，增加公司收益。总结 随着风电光伏等新能源的快速发展壮大， 能源互联网被看做是解决新能源消纳、 互联互通的有效办法。 采用云平台技术的新能源集中监控模式是能源互联网技术的重要发展方向， 新能源互联网是推进能源革命的重要路径， 大量数据的集中监测分析和集中控制可为未来多能互补，电源、电网、负荷的协调优化提供技术支撑，新能源互联网的发展亦可为能源发展的供需平衡提供有效解决方案。 能联网的发展必将引起整个物联网的高速发展和变革， 以数字化为基础的能源革命必将开始大规模实现， 以数字化为基础光伏电站运维模式也必将改变， 未来基于新能源数字化的巨型能源管理平台必将使能源服务更加高效。