精细化设计，迎接平价上网新时代

精细化设计，迎接平价上网新时代,汪玉华 云南省电力设计院副总工、电源部主任 2015.12.2,,,目录 一、云南省电力设计院介绍 二、山地光伏电站设计需要关注的问题 三、精细化设计，迎接平价上网新时代,,,一、云南省电力设计院简介,,,云南省电力设计院有限公司,始建于1958年； 中国能源建设集团有限公司在滇企业； 全院在岗员工542人，注册资本16000万元； 从事电力工程勘测、设计、总承包及投资业务； 长期承担着云南省电力系统规划任务； 2007年10月开始了“昆明石林166MW光伏示范项目”勘测设计； 2009年5月参与“甘肃敦煌10MW光伏电站特许权招标”，并于2010年建成投产 截至目前，我院设计投产的光伏发电项目累计约950MW，项目分布于云南、甘肃、西藏、内蒙、广东等省区,,,云南省电力设计院有限公司,昆明石林166MW光伏项目（已投产约150MW）； 甘肃敦煌特许权招标项目（累计投产28MW）； 西藏山南20MW光伏项目； 大理西村、干塘子、大龙潭电站已投产约180MW ； 楚雄永仁维的、秀田、干巴拉光伏项目（总计80MW）； 红河建水南庄300MW光伏项目（现已投产230MW)； 保山施甸木瓜山光伏投产30MW,,,云南省电力设计院有限公司,获得“可调整光伏支架”专利二项 ——针对山地场地开发的实用新型、发明专利技术，已在大理西村项目、昆明石林、建水南庄项目成功应用 开发“光伏方阵施工图设计软件”一项（已获得国家软件著作权） ——为优化和控制场区直流电缆长度、提高电站效率、提高设计工作效率而开发的专用软件，之后我们的所有项目均有应用,,,云南省电力设计院有限公司,提出了“光伏支架二次设计”方法 ——山地光伏场地微地形起伏变化大，为了确保安装支架达到设计要求，我们提出的“二次设计”方法已在大理西村等多个项目成功应用 为配合农业、牧业发展需要，开发了多种光伏支架结构形式,,,二、山地光伏电站设计需要关注的问题,,,山地光伏电站地形复杂，设计难度大,地形复杂，组件布局难度大,山路艰险，行走困难,碎石林立，维护困难,杂草丛生，火灾风险,,,第一个问题：太阳能资源问题（与山地无关） 太阳能资源：自然的，变化的，研究其规律、确定设计值，是设计的重要工作 难点：同一县内、不同测光站，同期所测数据相差较大？？ 实测数据长系列订正问题？？（没有参证站） 设计要点：简单方法——数据 → 软件 → 倾角、发电量计算 → 完事 最佳倾角 ≠ 设计倾角 怎么选择？ 我们的方法：简单方法+多数据对比分析+经验 在云南，风电与光伏一样，经验对判断资源是很重要的,,,第二个问题：方阵布置问题 山地光伏电站场地：微地形起伏、微地块坡向变化、地块属性矛盾、周边高山遮挡、等等 设计问题：微地块坡度控制、方阵之间的阴影遮挡控制、高山或坡地的遮挡控制、方阵支架平整控制、尖角遮挡控制——如何将图面上的规整布置变为现实？ 施工安装问题：设计图上的支架基础点位布置（x，y坐标）在实际施工中如何控制精度，容许多大的误差？ 支架基础施工完成后，其顶标高与设计约定的顶标高（z）有多大误差？（设计图上给出的高程点本身是不准的） 基础施工完成后，x,y,z的误差只能靠支架结构调整，能保证吗？,,,第三个问题：如何保证组件安装倾角及平整 组件支架：是市场产品？还是设计产品？——谁设计？ 单位MW钢材耗量作为竞争性指标（低估了产品属性） 施工安装：人工耗量巨大、在立体三维中如何保证安装倾角及平整——对安装人员个体要求很高 ——这是很困难的事 方法：为此，我们尝试过提高地形图精度、采用现场设计等多种方法 我们的成功方法：采用“二次”设计（控制一次安装精度），采用可调整的支架结构（控制二次安装精度——局部控制支架安装平整）,,,除此外，还有： 设备选型：集中式逆变器or组串式逆变器？ 组件产品（为什么同期市场的组件价差达0.5元/W） 主要方案：组件与逆变器的“容量配置比”问题 组件横排与竖排布置问题 一个固定支架布置n串、1串、半串或更少（单柱结构） 集中逆变器布置在方阵的什么位置、为什么？ 你的设计真的做到了“直流电缆长度最短”吗？ 电缆沟与电缆桥架怎么用？ 支架结构？支架基础？ ——平原地区不是问题的事，在山地上就显得尤为困难——,,,总之： 电站规模不断扩大，很小的设计改进即可以带来较大的经济效益； 电站类型日益多样化，不同类型的电站特点、设计需求不同； 面对日益下调的电价，为了获得更好的投资收益，需要不断降低光伏系统的度电成本（LCOE），为早日实现平价上网的到来；,,,三、精细化设计，迎接平价上网新时代,,,精细化设计的原则：更低的LCOE,LCOE = 生命周期总成本/生命周期总发电量（元/kWh） or = 一次单位投资/年平均发电小时（元/kWh）,,,注意,LCOE = 光伏发电成本 or 一次投资度电成本 生命周期成本 = 初始投资+运行费用+。。。。 ——我们可以设计、计算、分析，可以“对标” ——这是可以完全市场化的行为，是大家“动脑筋”努力降低成本的重要方向（唯一努力方向？） 生命周期发电量：我们无法“对标” ——哪种设计、哪种方案，它的发电量最高？？？ ——系统综合效率是设计出来的吗？如何证明？？,,,方阵容量选择,更低成本,更高发电量,更安全,光伏方阵单元的大型化： ——与风电单机容量大型化发展趋势一致，是具有优势的,光伏单元组串化： ——分布式光伏项目的优选技术 ——大型化与组串化逆变器在未来的应用中，必将相互渗透、相互促进,,,最佳间距设计，节省土地成本,更低成本,更高发电量,更安全,,,不同的排间距,大型地面电站，综合评估系统成本与发电量之间的关系，寻找平衡点； 尤其是山丘电站，根据坡度大小和坡向不同，采用优化非固定间距设计是必须的,山丘电站根据地形进行灵活的间距设计实例,,,最优经济倾角（次优倾角）设计，节省土地成本,更低成本,更高发电量,更安全,阵列倾角设计原则：选择最优经济效益倾角，而非最佳发电量倾角！ 比选原则：占地面积减少、电缆长度减少、钢材耗量减少与发电量减少之间的平衡问题,,,,组件布局：横排与竖排的选择,土地利用率、电缆成本、支架成本比较，横向排布方式略有优势 横向排布发电效率略高,更低成本,更高发电量,更安全,,,精细化设计工具：三维设计、二次设计、专用软件,更低成本,更高发电量,更安全,,,组件与逆变器容量最佳比例设计,光伏-逆变器容量比： 1.0 还是 大于1.0？ 资源特性、电站效率、逆变器超配能力： ——限光率 组件单价、电站综合单价水平： ——新增投资的度电投资水平 装机规模： 逆变器容量还是组件容量？ 发电小时数的计算问题？ 右图分析结论： 在当前投资及电站效率水平条件下，适当提高容量比是有好处的； 反之，将得不偿失。,更低成本,更高发电量,更安全,,,逆变器选型：综合平衡发电量和初始投资,更低成本,更高发电量,更安全,,,重视组件、逆变器等关键设备选型,更低成本,更高发电量,更安全,不断爆出的产品质量问题对发电量影响巨大……,安装场景,综合投资,发电量,电网接入,品牌,系统容量,,,电缆优化设计：降低损耗、减少成本,更低成本,更高发电量,更安全,通过电缆的优化设计，可将现场电缆数量减少一半左右，大幅度降低电缆损耗,如何： 1）一定要提供方阵区直流电缆敷设图 做到 ：2）采用专用软件控制设计人员的随意性,好的设计可降低直流损耗2-3%,,,更低成本,更高发电量,更安全,支架高度采用二次设计，按照设计图纸加工完成后，现场施工人员按照编号安装，保证支架的平整性，以确保组件朝向一致；,二次设计的核心意义：以工厂化生产为保证，降低现场施工人员的工作要求 （需要时间、需要好的工程建设管理）,支架优化设计：可调整的支架结构,,,各种跟踪系统应用，增加发电量,更低成本,更高发电量,更安全,平单轴跟踪系统,带倾角平单轴跟踪系统,斜单轴跟踪系统,双轴跟踪系统,技术理念先进，土地（场地）矛盾突出 → 市场不成熟 → 产品技术进步缓慢,,,光伏+互联网，实现光伏电站数字化,更低成本,更高发电量,更安全,,基于云计算与大数据挖掘的智能运维系统，诊断技术,,云架构的智能监控系统，完成电站的数据采集与监控； 大数据存储与分析； 专家诊断系统，故障远程在线分析与解决； 电池板积灰、PID诊断； 61850协议的兼容和匹配；,,,20~ 40% 维护成 本下降,2~ 7%发 电量 提升,投入需要适度，不能过度,,,更低成本,更高发电量,更安全,特别是高温高湿的应用环境，PID防护要求高,组件安全：系统PID防护,衰减前EL照片,衰减后EL照片,抗PID组件,逆变器带防PID功能 虚拟电位的PID防护,双重保障,,,,更低成本,更高发电量,更安全,电网安全：关注网侧电能质量、故障穿越能力,共振导致谐波放大、继电保护误动作,快速响应调度,低电压穿越、零电压穿越能力,高电压穿越，确保电网和设备安全,,,火灾防范，确保电站资产安全,更低成本,更高发电量,更安全,光伏系统电弧发生的位置,热斑导致局部发热 电缆绝缘遭到破坏 组件接线盒松动 设备质量问题 其它……,,,人身安全防范,更低成本,更高发电量,更安全,特别是农光互补、渔光互补电站，直流漏电威胁到人身安全 IEC62548-2012 要求光伏电站实时监测对地绝缘,,,精细化设计：成本低、发电量明显提升,,精细化设计：是态度、是良心——但需要市场支持,谢谢，祝研讨会圆满成功！,