中國(guó)分布式光伏發(fā)電工程質(zhì)量保障體系研究(一)

中國(guó)科學(xué)院電工研究所可再生能源發(fā)電咨詢(xún)與培訓(xùn)中心 陳光明 馬勝紅 李 斌 尚永紅 劉 鑫 孫李平 張亞彬 熊 燕

一 分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1 分布式光伏發(fā)電的發(fā)展

(1)分布式光伏發(fā)電的定義和范疇

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，分布式電源主要是指布置在電力負(fù)荷附近，能源利用效率高并與環(huán)境兼容，可提供電、熱(冷)的發(fā)電裝置，如微型燃?xì)廨啓C(jī)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等。

據(jù)相關(guān)書(shū)籍資料介紹，分布式發(fā)電(Distributed Generation，簡(jiǎn)稱(chēng)DG)，通常是指發(fā)電功率在幾kW至幾十萬(wàn)kW(也有的建議限制在3～5萬(wàn)kW以下)的小型模塊化、分散式、布置在用戶(hù)附近的高效、可靠的發(fā)電單元。

分布式光伏發(fā)電定義為，容量在幾kW～10萬(wàn)kW范圍內(nèi)，接近負(fù)荷中心、獨(dú)立運(yùn)行的或接入配電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)Q/CSG 10012-2005《中國(guó)南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定110kV及以下電壓電網(wǎng)為城市配電網(wǎng)。

分布式光伏發(fā)電與大型光伏發(fā)電系統(tǒng)相比較，具有規(guī)模適度、投資小、形式靈活等特點(diǎn)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)距離負(fù)荷中心較近，發(fā)出的電能可就近消納、無(wú)需遠(yuǎn)距離輸電，降低了輸電損失，減少了輸變電線(xiàn)路的設(shè)備投入和維護(hù)費(fèi)用。與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)還具有利用原有建筑面積，無(wú)需額外占用土地的優(yōu)點(diǎn)。

(2)分布式光伏發(fā)電現(xiàn)狀

在歐洲各國(guó)，光伏發(fā)電以分布式光伏發(fā)電為主，占?xì)W洲光伏總裝機(jī)容量的70%。目前，德國(guó)、西班牙、意大利等國(guó)開(kāi)始削減光伏補(bǔ)貼，其中大型光伏系統(tǒng)和小型光伏系統(tǒng)區(qū)別對(duì)待。對(duì)大型光伏系統(tǒng)設(shè)定年度補(bǔ)貼上限、大幅下調(diào)補(bǔ)貼的同時(shí)，小型光伏系統(tǒng)備受優(yōu)待，其中給光伏屋頂?shù)碾妰r(jià)補(bǔ)貼更高，并且項(xiàng)目越小補(bǔ)貼越高。歐洲各國(guó)光伏補(bǔ)貼政策的調(diào)整顯示其對(duì)分布式光伏發(fā)電的重視，在近一段時(shí)期內(nèi)以發(fā)展分布式光伏發(fā)電為主。

目前，由于尚不具備遠(yuǎn)距離輸送大規(guī)模光伏電力的輸電線(xiàn)路等條件，近期國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電將以發(fā)展分布式光伏發(fā)電為主。按中國(guó)的太陽(yáng)能資源分布，西北部是大規(guī)模光伏電力產(chǎn)出地區(qū)，東南部是電力消費(fèi)地區(qū)，需要大量的電力，將西北部的電力輸送至東南部地區(qū)目前尚存在困難。中國(guó)政府已經(jīng)明確了光伏分布式電源發(fā)展的方向。2009～2010年，兩次推出“金太陽(yáng)示范工程”和“光電建筑示范項(xiàng)目”，均旨在推進(jìn)分布式光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。

據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的2011年第一季度全國(guó)電力供需與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行形勢(shì)分析預(yù)測(cè)報(bào)告，2011年1月份全國(guó)電力供需矛盾比較突出，2、3月份部分地區(qū)有電力供應(yīng)缺口，后三個(gè)季度，全國(guó)電力供需形勢(shì)偏緊，特別是迎峰度夏期間電力供應(yīng)缺口可能進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)缺口在3000萬(wàn)kW左右，建議加快電源點(diǎn)建設(shè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，東南缺電的局面仍將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期存在，由于核電危機(jī)造成的核電發(fā)展指標(biāo)下調(diào)和推遲，只能靠風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)替代。在這種電力緊張的形勢(shì)下，建設(shè)適當(dāng)規(guī)模分布式光伏發(fā)電可作為原有電源的有益補(bǔ)充。利用分布式光伏發(fā)電可發(fā)揮其建設(shè)周期短、投入運(yùn)行快的特點(diǎn)，作為分布式電源點(diǎn)為負(fù)荷提供電力。由于分布式光伏的功率輸出特性與日負(fù)荷及夏季用電負(fù)荷吻合性好，適當(dāng)規(guī)模的分布式光伏發(fā)電可在一定程度起到消峰的作用，十分有利于緩解電網(wǎng)的峰值壓力。分布式光伏發(fā)電可能會(huì)迎來(lái)發(fā)展的大好機(jī)遇。

2 分布式光伏發(fā)電工程存在的質(zhì)量問(wèn)題

受益于政府對(duì)光伏發(fā)電的大力支持，國(guó)外分布式光伏發(fā)電起步較早，發(fā)展較快，累計(jì)裝機(jī)容量大，市場(chǎng)較為成熟。盡管各國(guó)均建立了質(zhì)量保障體系，控制分布式光伏發(fā)電工程質(zhì)量，但還是暴露出不少質(zhì)量問(wèn)題。如不合格的搭建，在屋頂安裝光伏組件，支架設(shè)計(jì)不合理，支架與屋頂連接不牢固，存在著大風(fēng)吹落組件的風(fēng)險(xiǎn)(圖1)；光伏組件質(zhì)量不合格，積雪覆壓導(dǎo)致組件變形損壞(圖2)；安裝光伏組件的房屋發(fā)生火災(zāi)事故(圖3)等。

圖1 支架與屋頂連接不牢固

圖2 組件被積雪覆壓導(dǎo)致變形

圖3 火災(zāi)事故

中國(guó)光伏發(fā)電應(yīng)用起步較晚，目前安裝容量不大，但近兩年在國(guó)家政策扶持和地方政府支持下，分布式光伏發(fā)電正在快速發(fā)展。由于大部分項(xiàng)目建成運(yùn)行時(shí)間短，尚未充分暴露質(zhì)量問(wèn)題。然而以往的一些離網(wǎng)項(xiàng)目中已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)不少質(zhì)量問(wèn)題。如存在光伏組件質(zhì)量不過(guò)關(guān)，光伏組件在使用幾年之后，出現(xiàn)電池片燒損斷裂、組件玻璃破碎等問(wèn)題(圖4)；工程后續(xù)管理不嚴(yán)，電站遭到破壞，光伏組件被盜(圖5)、組件損壞等現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4 電池片燒損斷裂

圖5 光伏組件被盜

在一些并網(wǎng)光伏項(xiàng)目中，也出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，建筑物陰影遮擋光伏陣列表面，支架在1～2年就銹蝕；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性進(jìn)行分析；對(duì)于壽命期后設(shè)備的拆除、更換未作考慮；缺失設(shè)備入場(chǎng)檢測(cè)程序；驗(yàn)收規(guī)范不全；沒(méi)有建立完善運(yùn)行與管理的規(guī)范制度；后續(xù)評(píng)價(jià)機(jī)制沒(méi)有建立，存在對(duì)項(xiàng)目建成驗(yàn)收后管控不嚴(yán)的隱患等問(wèn)題。

從以上分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目存在的種種問(wèn)題可以看出，一些工程質(zhì)量問(wèn)題不僅影響了系統(tǒng)的正常發(fā)電，甚至存在引發(fā)嚴(yán)重事故的隱患，可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。抓緊建立完善的質(zhì)量保障體系，緊抓工程質(zhì)量，預(yù)防由于質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的事故是必須和迫切的。

二 國(guó)外分布式光伏發(fā)電工程質(zhì)量保障體系的經(jīng)驗(yàn)與借鑒

1 德國(guó)光伏發(fā)電質(zhì)量保障體系

迄今，歐盟占據(jù)了全球最大的光伏市場(chǎng)，其中德國(guó)是歐盟成員國(guó)中光伏市場(chǎng)最大的國(guó)家。2010年，德國(guó)實(shí)際可再生能源占電力消費(fèi)總量達(dá)到16.8%。其中，光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到17.3GW，年發(fā)電量120億kWh，占電力消費(fèi)總量的2%。

德國(guó)的上網(wǎng)電價(jià)政策有效地推動(dòng)了其國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)的快速發(fā)展。上網(wǎng)電價(jià)法規(guī)定，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)單位有義務(wù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)建成后將其接入電網(wǎng)，并且確?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)優(yōu)先接入電網(wǎng)，電網(wǎng)接入費(fèi)用由光伏發(fā)電業(yè)主單位負(fù)責(zé)。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)單位根據(jù)政府確定的上網(wǎng)電價(jià)收購(gòu)光伏系統(tǒng)在其建成后20年的發(fā)電量。業(yè)主的投資回報(bào)通過(guò)電力銷(xiāo)售實(shí)現(xiàn)，業(yè)主需要考慮其光伏系統(tǒng)的可靠性及發(fā)電運(yùn)行情況，保證工程質(zhì)量。

為了確保光伏系統(tǒng)的質(zhì)量，德國(guó)目前關(guān)于光伏產(chǎn)品的認(rèn)證包括VDE認(rèn)證、TUV認(rèn)證。認(rèn)證過(guò)程采用的標(biāo)準(zhǔn)既有IEC、ISO等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也包括德國(guó)國(guó)內(nèi)的光伏產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)證的產(chǎn)品包括逆變器、接線(xiàn)盒、線(xiàn)纜、支架等光伏系統(tǒng)所需的部件。目前德國(guó)國(guó)內(nèi)的TUV和VDE等認(rèn)證機(jī)構(gòu)不僅提供產(chǎn)品的認(rèn)證，也開(kāi)始提供系統(tǒng)認(rèn)證，業(yè)主可根據(jù)需要自愿選擇。

RAL質(zhì)量標(biāo)識(shí)是德國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的認(rèn)證標(biāo)識(shí)。具備該標(biāo)識(shí)的公司，證明其提供的光伏相關(guān)產(chǎn)品、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)行維護(hù)等服務(wù)，符合RAL的相關(guān)規(guī)范和要求，并按照RAL提供的要求對(duì)其提供的產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行備案以備核查。RAL質(zhì)量標(biāo)識(shí)涵蓋的領(lǐng)域見(jiàn)圖6。RAL質(zhì)量標(biāo)識(shí)的認(rèn)證不是采用新制訂的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，而是將各類(lèi)與光伏發(fā)電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范納入其標(biāo)識(shí)認(rèn)證體系中，愿意加入RAL質(zhì)量標(biāo)識(shí)的會(huì)員單位必須經(jīng)過(guò)RAL質(zhì)量標(biāo)識(shí)認(rèn)證的審核。

RAL標(biāo)識(shí)供光伏領(lǐng)域的投資、銀行和保險(xiǎn)等領(lǐng)域免費(fèi)使用，提高其建設(shè)光伏工程的效率。RAL標(biāo)識(shí)對(duì)保障分布式光伏工程的質(zhì)量有重要的作用。目前，很多保險(xiǎn)公司已經(jīng)將其業(yè)務(wù)擴(kuò)展到光伏發(fā)電領(lǐng)域。

采用RAL進(jìn)行質(zhì)量管理的優(yōu)點(diǎn):

控制環(huán)節(jié)全面:RAL標(biāo)識(shí)涵蓋的領(lǐng)域包括光伏系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)品，光伏電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)、選址、施工、運(yùn)行和維護(hù)。從光伏工程中部件的采購(gòu)，到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，全過(guò)程質(zhì)量控制，將工程的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

操作簡(jiǎn)便:投資者僅需要購(gòu)買(mǎi)含有RAL標(biāo)識(shí)的公司提供的產(chǎn)品和服務(wù)，即可實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品和服務(wù)符合RAL認(rèn)證過(guò)程中的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

管理成本低:成為RAL的會(huì)員后，光伏產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商及服務(wù)提供商將按照RAL規(guī)定的要求提供產(chǎn)品和服務(wù)，政府部門(mén)無(wú)需介入各個(gè)工程項(xiàng)目的管理，節(jié)約大量的管理成本。質(zhì)量的控制由產(chǎn)品和服務(wù)提供商自我約束和德國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)監(jiān)督共同完成。

RAL在保障光伏發(fā)電系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用。但是，仍存在以下問(wèn)題:

(1)光伏市場(chǎng)情況與RAL的實(shí)施力度密切相關(guān)。當(dāng)光伏產(chǎn)品是賣(mài)方市場(chǎng)時(shí)，RAL標(biāo)識(shí)很難發(fā)揮作用。由于RAL標(biāo)識(shí)的使用是企業(yè)自主加入的方式，當(dāng)光伏產(chǎn)品處于賣(mài)方市場(chǎng)時(shí)，投資者如提出符合RAL要求，其采購(gòu)難度會(huì)更大，因此RAL標(biāo)識(shí)將很難發(fā)揮作用。

(2)RAL標(biāo)識(shí)采用的產(chǎn)品采購(gòu)等相關(guān)的文件權(quán)威性不足，公眾認(rèn)可度低。RAL標(biāo)識(shí)是行業(yè)組織制定的條款，非國(guó)家行政機(jī)關(guān)制定，缺乏權(quán)威性，認(rèn)可度低。

(3)RAL標(biāo)識(shí)會(huì)員的違規(guī)成本較低。RAL標(biāo)識(shí)是企業(yè)對(duì)其提供的產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量保證的承諾，如果違反了RAL的標(biāo)識(shí)規(guī)定，違規(guī)的處罰僅是取消其會(huì)員資格。而企業(yè)會(huì)員的年費(fèi)均在1000歐元以?xún)?nèi)，違規(guī)成本較低，不能有力地保護(hù)投資者利益。

2 美國(guó)光伏發(fā)電質(zhì)量保障體系

目前，美國(guó)光伏工程質(zhì)量是依靠市場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)和管理的。如果光伏工程的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，質(zhì)量差，那么這些公司很難生存。因此，企業(yè)將光伏工程的質(zhì)量作為生存的必要條件。

美國(guó)國(guó)內(nèi)的光伏標(biāo)準(zhǔn)包括ASME、IEEE、NEC、SEMI、UL等標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的領(lǐng)域包括光伏組件、逆變器、電網(wǎng)接入、安全要求、建筑房屋等光伏系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)方面。光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和使用過(guò)程中的安全問(wèn)題是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中十分關(guān)注的領(lǐng)域，NEC標(biāo)準(zhǔn)第690章專(zhuān)門(mén)針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)安全做了規(guī)定，包括接線(xiàn)、標(biāo)記、接地、儲(chǔ)能等。

加州是美國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)規(guī)模最大，歷史最久，相關(guān)技術(shù)及制度較為完善的地區(qū)。加州公共事業(yè)委員會(huì)和參議院批準(zhǔn)了加州太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃，該計(jì)劃的目標(biāo)是到2017年在私人及公共建筑安裝3GW的光伏系統(tǒng)。為了高質(zhì)量的完成該計(jì)劃，確保光伏發(fā)電工程質(zhì)量可靠，發(fā)電系統(tǒng)高效率發(fā)電，加州公共事業(yè)委員會(huì)制定了一套完整的質(zhì)量管理方案。

項(xiàng)目的激勵(lì)政策分為一次性補(bǔ)貼EPBB(Expected Performance Based Buydown)和電費(fèi)補(bǔ)貼PBI(Performance Based Incentives)兩種方式。隨著項(xiàng)目的實(shí)施，補(bǔ)貼額度逐漸降低。申請(qǐng)者越早申請(qǐng)項(xiàng)目，獲得的補(bǔ)貼將越高。對(duì)于逆變器側(cè)輸出＜50kW的光伏項(xiàng)目采用EPBB補(bǔ)貼方式，按照安裝容量的折算值進(jìn)行補(bǔ)貼；對(duì)于逆變器輸出≥50kW的光伏項(xiàng)目采用PBI補(bǔ)貼方式，按照上網(wǎng)電價(jià)收購(gòu)光伏系統(tǒng)建成后五年內(nèi)的發(fā)電量。由于項(xiàng)目的補(bǔ)貼是依據(jù)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，業(yè)主必然很關(guān)注安裝、運(yùn)行和維護(hù)質(zhì)量來(lái)確保高的發(fā)電量，從而獲得高的電費(fèi)補(bǔ)貼。不適合EPBB補(bǔ)貼方式的光伏系統(tǒng)，均需申請(qǐng)基于發(fā)電量的PBI補(bǔ)貼方式。

加州公共事業(yè)委員會(huì)對(duì)補(bǔ)貼的光伏項(xiàng)目提出了具體的要求，主要包括申請(qǐng)者、發(fā)電設(shè)備的資格、能源效率、質(zhì)保、延續(xù)性、電網(wǎng)接入、電表、核查、項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)以及其他要求。

加州太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施流程，包括申請(qǐng)過(guò)程、項(xiàng)目安裝、電網(wǎng)接入和申請(qǐng)補(bǔ)貼，如圖7所示。

申請(qǐng)者在申請(qǐng)補(bǔ)貼時(shí)需要先提交申請(qǐng)，在提交申請(qǐng)后，政府將預(yù)留該項(xiàng)目所需要的款項(xiàng)，當(dāng)光伏系統(tǒng)安裝并接入電網(wǎng)后，政府將該款項(xiàng)撥付給申請(qǐng)者。 (待續(xù))