淺談光伏電站精益運維管理

吳鳴寰，吳光軍，周 猛

(1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2. 湖北能源集團新能源發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430072)

截至2018年底，我國并網(wǎng)光伏發(fā)電容量達(dá)1.7億kW，當(dāng)年光伏新增裝機4 473萬kW。光伏發(fā)電裝機占全國發(fā)電總裝機19.0億kW約9.0%，已成為我國的主要電源之一。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，設(shè)備數(shù)量龐大，易發(fā)故障點多，問題設(shè)備定位困難。針對上述問題，可加強設(shè)備規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化管理，探索精益生產(chǎn)就顯得尤為重要。精，體現(xiàn)在精準(zhǔn)、精細(xì)上，提高轉(zhuǎn)換效率，力求實現(xiàn)度電必爭；益，體現(xiàn)在成果、成本上，確保成果創(chuàng)造價值，成本能有效控制。

光伏電站精益運維實踐操作，體現(xiàn)為優(yōu)化運行方式、適時清洗組件及場區(qū)除草、逆變器清灰及散熱、協(xié)調(diào)外部資源等抓手，實現(xiàn)降本增效，控制風(fēng)險，消除隱患，安全高效。

1 光伏電站運行指標(biāo)分析

1.1 典型地面并網(wǎng)光伏電站的組成

并網(wǎng)光伏電站的結(jié)構(gòu)與組成見圖1。

圖1 并網(wǎng)光伏電站的結(jié)構(gòu)與組成

1.2 光伏電站運營的關(guān)鍵指標(biāo)

光伏電站運營指標(biāo)見圖2。

圖2 光伏電站運營指標(biāo)

1)太陽能資源。涵蓋電站運行的環(huán)境資源情況，包括日照時數(shù)、太陽輻射量、氣溫、濕度、風(fēng)力等多個指標(biāo)。

2)發(fā)電性能分析。發(fā)電性能包括有效利用小時數(shù)、棄光率、上網(wǎng)電量、能耗情況等。

3)發(fā)電收益。除了發(fā)電利潤方面，也包括電站運營期的度電成本及全部投資收益率評估。

4)發(fā)電安全穩(wěn)定性。安全評價和可靠性管理。

5)設(shè)備性能與運維管理。光伏組件、逆變器、匯流箱、箱變、集電線路等設(shè)備性能的運維管理。

6)光伏電站的等效利用小時數(shù)。是評估電站發(fā)電能力的重要指標(biāo)。

7)光伏電站的綜合效率指標(biāo)。是評估電站運行水平的關(guān)鍵指標(biāo)。

8)分析電站損耗。光伏電站的損耗包括光伏方陣損耗、逆變器損耗、集電線路及箱變損耗和主變損耗等四種[1]。

2 光伏電站運維管理問題與對策

光伏電站沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，設(shè)備巡視及隱患排查治理監(jiān)管存在不足，拼設(shè)備可靠性水平較為普遍。設(shè)備管理存在的問題有：一是人員專業(yè)技能不足，一人多崗，對人員要求一專多能；二是設(shè)計、基建和移交生產(chǎn)驗收把關(guān)不嚴(yán)；三是設(shè)備技術(shù)監(jiān)督欠缺、運行指標(biāo)及臺賬記錄不詳實完整；四是執(zhí)行“兩票三制”(工作票與操作票；交接班制度/設(shè)備巡回檢查制度和定期切換試驗與輪回檢查制度)、“三措兩案”(組織措施、技術(shù)措施和安全措施；技術(shù)方案/應(yīng)急預(yù)案)等規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)力度不夠，安全生產(chǎn)與技術(shù)管理等制度不健全。

2.1 光伏電站人員培訓(xùn)

光伏電站工作人員一般是校招或是火電、水電廠轉(zhuǎn)行引進(jìn)，對光伏組件及逆變器的應(yīng)用較少，特別是上網(wǎng)電量中諧波水平、電壓與頻率的波動管理提出挑戰(zhàn)，加之光伏電站中組件、逆變器技術(shù)創(chuàng)新迭代類似摩爾定律，如何確保人員的專業(yè)技能培訓(xùn)有針對性和實效性，應(yīng)建立健全培訓(xùn)體系及考評機制，有效提升人員專業(yè)技能水平或競爭力是電站安全生產(chǎn)的基石。

2.2 光伏電站設(shè)備技術(shù)監(jiān)督、關(guān)鍵環(huán)節(jié)把關(guān)

光伏電站技術(shù)監(jiān)督以“光伏發(fā)電單元專業(yè)”為核心，主要考評電站光伏發(fā)電主設(shè)備的性能、質(zhì)量與管理狀態(tài)。涵蓋光伏現(xiàn)場發(fā)電系統(tǒng)的多項設(shè)備或部件，以及相關(guān)試驗報告、管理運行資料等。

1)技術(shù)監(jiān)督的方法。在工程轉(zhuǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，監(jiān)督投運設(shè)備運行性能，電站電氣設(shè)備、集控系統(tǒng)運行情況，應(yīng)按以下辦法遵照執(zhí)行(見圖3)，可有效防范事故隱患。光伏電站技術(shù)監(jiān)督以“光伏發(fā)電單元專業(yè)”為核心，主要考評電站光伏發(fā)電主設(shè)備的性能、質(zhì)量與管理狀態(tài)。涵蓋光伏現(xiàn)場發(fā)電系統(tǒng)的多項設(shè)備或部件，以及相關(guān)試驗報告、管理運行資料等。

圖3

2)光伏電站質(zhì)量監(jiān)督節(jié)點，見圖4。

圖4 光伏電站質(zhì)量監(jiān)督節(jié)點

2.3 低效發(fā)電單元分析及處理

光伏電站在實際運行過程中，因雜草、灌木生長迅速，鳥類頻繁活動的糞便及空氣中灰塵附著，都會導(dǎo)致光伏組件遮擋及表面附著污漬，影響發(fā)電效率，甚至形成熱斑進(jìn)而燒毀組件。

1)草木遮擋清除。制定適宜的除草計劃并實施，在日常巡檢發(fā)現(xiàn)某組件存在零星的雜草遮擋時，立即進(jìn)行清除。以湖北隨州王子山光伏為例，每年安排三次光伏場區(qū)集中除草，兩次全場組件清洗，能夠保障全年組件表面基本保持清潔，同時避免熱斑導(dǎo)致的組件損壞，降低場區(qū)發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險。

2)更改接線方式。對于豎裝雙排安裝的支架，傳統(tǒng)的C型接線存在弊端，可能使得整個支架的光伏組件受到前排方陣的陰影遮擋，特別是山地光伏在冬季，遮擋影響更大?？蓪⒔泳€方式改成“一”字形，即相鄰支架上排組件相互串聯(lián)成一個組串，下排組件連成一個組串，可根治此類問題。

3)調(diào)整組件安裝角度及地點。對于遮擋嚴(yán)重的或處于山坳中的組件，需要調(diào)整組串安裝角度，組件安裝離地應(yīng)有0.6 m的高度，以免暴雨或泥石流掩埋組件事件。

4)逆變器清灰及有效散熱。對逆變器應(yīng)定期更換濾網(wǎng)，清理風(fēng)道，確保有效散熱。特別是對箱變基礎(chǔ)、逆變器底部的積水需要定期處置，防止電力電纜及信號電纜長期泡在水中，導(dǎo)致事故隱患或風(fēng)險。

5)利用SCADA后臺進(jìn)行篩選分析，特別是組串電流離散率分析，可通過紅外熱成像儀，輔以萬用表、鉗形表等測試工具，檢測組件是否存在熱斑、旁路二極管是否損壞，快速定位低效組件并適時更換備件處置。

2.4 光伏電站精益運維管理

光伏電站可規(guī)范作業(yè)流程，編制作業(yè)指導(dǎo)書。將倒閘操作、維護檢修、設(shè)備巡視等工作統(tǒng)籌規(guī)劃，對運行與維護各項工作職責(zé)進(jìn)行分工，采用“無人值班，少人值守，集中監(jiān)控、檢修”的運維管控模式，可提升電站生產(chǎn)運維的集約化管理水平，達(dá)到減人增效的目標(biāo)。

1)光伏電站調(diào)整運行方式，降低廠用電率。結(jié)合光伏電站不同負(fù)荷時的功率因數(shù)來設(shè)置無功無償裝置運行方式。如隨州王子山光伏電站外送線路33.7 km，白天發(fā)電負(fù)荷在2萬kW時，逆變器自身所發(fā)無功剛好能達(dá)到電網(wǎng)考核點功率因數(shù)為1，結(jié)合調(diào)度在功率因數(shù)低于0.9時進(jìn)行考核，最終確定將無功裝置的運行方式調(diào)整為：負(fù)荷超過1萬kW上時停運，跌落至1萬kW時投運，定補2.35 MVar。此舉能夠滿足電網(wǎng)對功率因數(shù)的考核，同時優(yōu)化主變、箱變檔位，有效降低了綜合場用電率。

2)光伏電站合理安排維護時間，減少發(fā)電損失。由于光伏電站的特殊性，除草、清洗、維護等工作盡量選擇在清晨、傍晚或陰雨天(輻照度低于200 W/m2的情況下)進(jìn)行，嚴(yán)禁選擇中午前后或陽光比較強烈的時段進(jìn)行除草、清洗。

3)設(shè)備責(zé)任到人。結(jié)合光伏電站設(shè)備多、占地面積大、巡檢點多的特點，采取每個子陣固定責(zé)任人的方式，確保設(shè)備有人負(fù)責(zé)，根據(jù)關(guān)鍵績效指標(biāo)嚴(yán)格考核管理，獎勤罰懶。

4)建立智能化監(jiān)控平臺。通過數(shù)據(jù)對標(biāo)管理，及時識別異常組串。定期利用I/V伏安特性曲線、紅外成像設(shè)備、無人機巡視，鉗形表，能有效發(fā)現(xiàn)低效組件，及時消缺后，可有效提升發(fā)電量約3%～5%。

5)備件管理，更換異常組件。對于已形成熱斑、破碎或電壓異常的組件，需及時更換，避免降低整個組串的效率。做好備品備件、易損易耗品采購管理，減少設(shè)備故障等備件的停機時間。

2.5 光伏電站的外部協(xié)調(diào)管理

1)場站環(huán)境管理。光伏場區(qū)面積大，設(shè)備分散，防火、防盜、防破壞等形勢嚴(yán)峻，場站應(yīng)依托當(dāng)?shù)卮寤蜞l(xiāng)鎮(zhèn)政府力量，成立安保小組，負(fù)責(zé)光伏場區(qū)防火、防盜、防自然災(zāi)害、突發(fā)事件等工作，并加強事故隱患排查治理力度。

2)與電網(wǎng)調(diào)度有效溝通。場站應(yīng)遵守調(diào)度紀(jì)律，加強溝通，降低因電網(wǎng)原因?qū)е碌南揠?、考核及停電風(fēng)險。

3 結(jié) 語

2012年-2017年，光伏發(fā)電的LCOE(平準(zhǔn)化度電成本)分別下降55%。2018-2023年，集中式光伏電站度電成本將下降25%，由2018年的0.43元/kW·h下降為2023年的0.32元/kW·h，其中22%由投資成本下降導(dǎo)致，3%是由效率提升貢獻(xiàn)。我國的光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展模式逐步由補貼驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀掘?qū)動。

總之，光伏電站的精益管理是一項長期工作，而傳統(tǒng)的粗放式運維和管理模式，對于降本增效是一個很大的挑戰(zhàn)，而光伏電站的運營指標(biāo)分析是了解電站發(fā)電能力及營運水平，了解電站運行狀態(tài)的技術(shù)途徑。精益運維與技術(shù)監(jiān)督工作則是圍繞設(shè)備進(jìn)行的，目的是提高設(shè)備設(shè)施可靠性，提升電站技術(shù)和管理水平，可保障光伏電站全生命周期的安全高效運行。