平價(jià)上網(wǎng)情境下光伏地面電站可研設(shè)計(jì)審查要點(diǎn)淺析

粟 剛，侯 彬，蔡 靜

（五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004）

“十三五”以來，我國可再生能源規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，到2018 年，我國光伏發(fā)電總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.7 億kW，其中集中式光伏電站1.24 億kW，全年發(fā)電1 775 億kW·h。雖然2018 年經(jīng)歷了“5·31”新政給光伏行業(yè)帶來的巨大沖擊，但全年仍保持了4 426 萬kW 裝機(jī)規(guī)模的增長，成為歷史新增第二高。在裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量不斷高速增長的同時(shí)，國家可再生能源附加補(bǔ)助的缺口也在持續(xù)擴(kuò)大，全國預(yù)計(jì)缺口超過2 000 億元。

為促進(jìn)清潔能源開發(fā)利用，積極推動(dòng)風(fēng)電、光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)新能源行業(yè)早日擺脫補(bǔ)貼依賴，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展，新能源平價(jià)上網(wǎng)是大勢(shì)所趨。2019年1 月9 日，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》（發(fā)改能源〔2019〕19 號(hào)），正式開啟新能源平價(jià)上網(wǎng)的元年。

1 光伏地面電站可研設(shè)計(jì)內(nèi)容

光伏地面電站的核心是光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要利用太陽電池的光伏特效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，通常以一定數(shù)量的光伏組件串，通過直流匯流箱多串匯集，經(jīng)逆變器逆變與隔離升壓變壓器升壓成符合電網(wǎng)頻率和電壓要求后接入電網(wǎng)。

光伏地面電站的可研設(shè)計(jì)主要是開展場址太陽能資源分析，查明光伏電站站址工程地質(zhì)條件，選定太能電池組件及逆變器的型式及主要技術(shù)參數(shù)，確定太陽電池陣列設(shè)計(jì)及布置方案，根據(jù)接入系統(tǒng)方案比較確定光伏電站升壓變電站站址位置、電氣主接線及光伏電站集電線路方案，并進(jìn)行光伏電站及其升壓站的電氣設(shè)計(jì)等。

2 光伏地面電站設(shè)計(jì)中存在的問題

光伏地面電站設(shè)計(jì)的準(zhǔn)入門檻較低，加之國內(nèi)近些年較高的光伏裝機(jī)規(guī)模增速，市場是各種沒有過電源項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)院紛紛加入光伏電站設(shè)計(jì)的行列。與此同時(shí)，光伏電站的開發(fā)業(yè)主、區(qū)域、規(guī)模也是存在較大的差異，雖然國家頒布施行了《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50797-2012），各大發(fā)電集團(tuán)也發(fā)布了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)導(dǎo)則，但上述規(guī)范性文件大多為綱領(lǐng)性的、指導(dǎo)性的文件，對(duì)深度、細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)則需要設(shè)計(jì)單位根據(jù)自身的實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步細(xì)化，從而在可研設(shè)計(jì)文件上表現(xiàn)為諸多的不足。

1）光資源評(píng)估結(jié)果失真

項(xiàng)目光資源評(píng)估直接采用Solargis 等太陽能資源數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)作為評(píng)估結(jié)果，未開展參考?xì)庀笳緮?shù)據(jù)分析計(jì)算。

2）光伏場址選址不合理

項(xiàng)目場址坡度過大，山坡走向偏東西向較多，水光互補(bǔ)或一些容易發(fā)生內(nèi)澇地區(qū)逆變器、箱變高程較低，不滿足防洪要求。

3）光伏陣列排距、間距不合理

在山地光伏項(xiàng)目中仍然按照平地光伏開展排距、間距計(jì)算，側(cè)向高差、間距未考慮遮擋的影響。

4）支架形式不合理

片面追求跟蹤支架對(duì)發(fā)電量的增益作用，在風(fēng)速較高地區(qū)采用跟蹤支架導(dǎo)致支架破壞。

5）基礎(chǔ)形式不合理

在一些高風(fēng)沙的沙漠化地區(qū)采用條形基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)形式；在一些土壤具有弱腐蝕性地區(qū)采用鋼管螺旋樁，耐久性問題有待考驗(yàn)；在砂礫石地區(qū)采用PHC 樁，樁基礎(chǔ)施工難度大。

6）容配比及子陣設(shè)計(jì)有待優(yōu)化

電站容配比按照1∶1 或略大一點(diǎn)設(shè)計(jì)，未能充分利用逆變器容量；光伏子陣容量偏小，不利于節(jié)約用地和降低線路損耗。

3 光伏地面電站設(shè)計(jì)審查要點(diǎn)

1）光資源分析

光資源評(píng)估除查閱Solargis 等太陽能資源數(shù)據(jù)庫外，還應(yīng)選擇場站所在地附件有太陽輻射長期觀測(cè)記錄的氣象站作為參考?xì)庀笳净虿捎矛F(xiàn)場觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行資源分析。對(duì)太陽輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)依據(jù)日天文輻射量等進(jìn)行合理性校驗(yàn)。對(duì)分期建設(shè)的光伏電站或周邊有已投運(yùn)電站的項(xiàng)目，可以參考已投產(chǎn)項(xiàng)目環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

2）光伏場址選址

電量、電價(jià)是影響平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，平價(jià)上網(wǎng)光伏項(xiàng)目優(yōu)先選擇光照資源好、火電標(biāo)桿電價(jià)高的地區(qū)，在單位千瓦投資4 000 元的情況下，平價(jià)上網(wǎng)需要首年利用小時(shí)高于1 300 h 且火電標(biāo)桿電價(jià)接近0.40 元/kW·h。山地光伏山坡坡度應(yīng)最大不超過25°，一般以不超過15°為宜，山坡走向宜為南向或接近南向，避免山體陰影的遮擋。在水光互補(bǔ)或內(nèi)澇地區(qū)，逆變器、箱變等應(yīng)布置在高處，高程應(yīng)滿足防洪要求。

3）光伏排距、間距設(shè)計(jì)

固定式支架應(yīng)以冬至日當(dāng)天9:00～15:00 時(shí)太陽不被遮擋計(jì)算間距，并根據(jù)組串的排布、陣列的運(yùn)行方式及場地地形變化進(jìn)行調(diào)整。

4）支架設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)研已經(jīng)運(yùn)行的光伏電站的得知，跟蹤支架設(shè)備故障及運(yùn)維費(fèi)用明顯高于固定支架費(fèi)用。尤其是對(duì)于斜單軸跟蹤系統(tǒng)，后期運(yùn)維工作量及費(fèi)用均較高，應(yīng)慎重采用。在采用雙面組件的情況下，平單軸或固定可調(diào)跟蹤支架對(duì)于發(fā)電量有10%以上的發(fā)電量提升，應(yīng)綜合LCOE（平準(zhǔn)化度電成本）進(jìn)行必選確定。

在最大風(fēng)速較高的地區(qū)，由于跟蹤支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性一般低于固定式支架，應(yīng)該綜合風(fēng)荷載、雪荷載等計(jì)算確定支架形式。大型平地電站可以根據(jù)實(shí)證、試驗(yàn)等方式，采取外圈陣列固定式、內(nèi)部陣列跟蹤式的混合布置方式，充分利用固定支架對(duì)風(fēng)速的緩沖作用。

5）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

光伏支架基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用新技術(shù)、新工藝、新材料。當(dāng)?shù)氐匦纹鸱?、不宜大?guī)模挖填、對(duì)生態(tài)恢復(fù)要求高或冬季施工時(shí)，宜采用鋼管螺旋樁、型鋼樁等基礎(chǔ)?；A(chǔ)選擇應(yīng)該綜合支架結(jié)構(gòu)形式和所承受的荷載、當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工工藝的可行性及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)綜合確定。對(duì)水光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等電站，在試樁的基礎(chǔ)上可以采用PHC 樁基礎(chǔ)，便于有水條件下的快速化施工。壓塊式基礎(chǔ)對(duì)地基變形的適應(yīng)性較強(qiáng)，在采煤沉陷區(qū)、高回填區(qū)等一些變形量較大的地區(qū)具有較好的適應(yīng)性。

6）容配比及光伏子陣設(shè)計(jì)

對(duì)于集中式逆變器方案的容量配比推薦按1.10～1.35∶1 設(shè)計(jì)，組件布置方位角、傾角受場地限制，灰塵較大且不宜清洗、空氣污染較重地區(qū)，山地等可能局部遮擋較多，魚塘等組件衰減較大的項(xiàng)目可以適當(dāng)提高，目前國外光伏項(xiàng)目容配比基本在1.5∶1 以上。

較大的光伏子陣有利于減少電量損失，目前國外最大光伏子陣已經(jīng)達(dá)到6 MW 以上?？裳性O(shè)計(jì)中可以由設(shè)計(jì)單位聯(lián)合若干設(shè)備廠家進(jìn)行系統(tǒng)配置方案設(shè)計(jì)，確保綜合效益的最大化。對(duì)土地充裕項(xiàng)目，每個(gè)子方陣應(yīng)考慮預(yù)留3%～5%的場地，以便組件衰減后擴(kuò)容。

7）主設(shè)備選型

光伏組件選型應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剌椪諚l件，結(jié)合組件轉(zhuǎn)換效率、后期衰減及造價(jià)情況，以全壽命期平準(zhǔn)化度電成本最低為原則確定，對(duì)于光資源最豐富和很豐富地區(qū)，轉(zhuǎn)換效率和衰減成為影響組件選型的最關(guān)鍵因素。在高溫高濕度地區(qū)，可根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選用雙面組件。目前，跟蹤支架+雙面組件是最有效的發(fā)電量提升設(shè)計(jì)方案。

逆變器的選型應(yīng)通過所選逆變器與組件的匹配、工程運(yùn)行及后期維護(hù)的因素的分析，確定逆變器的形式及主要技術(shù)參數(shù)。對(duì)平原及地形起伏較小的山地光伏電站，宜采用集中式逆變器或散式逆變器方案；對(duì)地形起伏較大的光伏電站宜優(yōu)先采用組串式逆變器方案。見附表。

附表 逆變器的選型

8）電器一次設(shè)計(jì)

10～35 kV 配電裝置宜采用戶內(nèi)成套高壓開關(guān)柜配置形式，對(duì)于海拔高度高于2 500 m 的地區(qū)，高壓開關(guān)柜可以采用SF6 充氣開關(guān)柜。35 kV 以上配電裝置應(yīng)根據(jù)地理位置選擇戶外或戶內(nèi)布置。在內(nèi)陸及荒漠不受氣候條件、占用土地及施工工程量等限制時(shí)，宜采用戶外配電裝置；當(dāng)在沿海及土石方開挖工程量大的地區(qū)，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件合理是可采用戶內(nèi)配電裝置或氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備。對(duì)于“搶電價(jià)”的項(xiàng)目，采用戶內(nèi)布置方案時(shí)，預(yù)制艙式升壓站（開關(guān)站）可以節(jié)省工期，但對(duì)于后期運(yùn)維的便捷性有一定的影響。

升壓變壓器宜優(yōu)先選用自冷式、低損耗、油浸式電力變壓器，盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)容量，集電線路根據(jù)光伏方陣、升壓站（開關(guān)站）位置，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后確定接線方案，可采用T 接式連接方式或采用T 接與輻射連接相結(jié)合的連接方式。

4 結(jié) 語

2019 年是光伏平價(jià)上網(wǎng)的元年，應(yīng)對(duì)光伏平價(jià)上網(wǎng)需要政府、投資企業(yè)、設(shè)備廠商的共同努力，光伏項(xiàng)目可研設(shè)計(jì)優(yōu)化是投資企業(yè)發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性，提升電站效益的有效途徑。準(zhǔn)確的資源評(píng)估、合理的方陣容量及容配比、先進(jìn)的主設(shè)備選型及系統(tǒng)配置方案，是保證平價(jià)上網(wǎng)光伏電站經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。