光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地建設探索與研究

敖 樂，王 澤

(國華投資蒙西公司，巴彥淖爾 015300)

0 引言

國家主席習近平于2020年9月在第75 屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。為此，中國出臺了一系列強有力的政策和措施，推動并實現(xiàn)碳達峰和碳中和(下文簡稱為“雙碳”)目標。

2021年10月24日發(fā)布的《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中提出，到2025年，非化石能源消費比重達到20%左右；到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右；到2060年，非化石能源消費比重達到80%以上[1]。這些宏偉的目標數(shù)據(jù)體現(xiàn)了中國實現(xiàn)“雙碳”目標的堅定決心。

根據(jù)中國科學院院士周孝信預測[2]，2060年中國能源電力發(fā)展趨勢如圖1所示。

圖1 2060年中國各能源裝機容量、發(fā)電量及其占比預測Fig.1 Prediction of installed capacity，power generation and its proportion of each energy source in China in 2060

據(jù)預測到2060年，中國太陽能發(fā)電裝機容量達到34.224 億kW，裝機容量占比為50.1%。屆時太陽能發(fā)電將成為新能源發(fā)電的領頭軍，大量優(yōu)秀的光伏發(fā)電技術人員將被市場所需求。

傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地建設存在實訓基地建設目標單一、實訓基地管理模式老舊、高端實訓設備短缺、實訓內(nèi)容與現(xiàn)場實際工作脫軌、學員動手能力不足等問題。為響應“雙碳”政策，積極踐行“能源興邦，無碳未來”的目標，建設高標準光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地勢在必行。本文從建設原則、建設規(guī)劃、發(fā)展目標3個方面介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地建設的情況，立足于專業(yè)、先進發(fā)展，為新能源快速發(fā)展輸出優(yōu)秀人才，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻力量。

1 建設原則

1.1 專業(yè)性原則

1.2 實用性原則

高端仿真設備內(nèi)容的全面性、完整性可以拓展學員對光伏發(fā)電系統(tǒng)認知的視野?？刹僮鞯哪K多、真實度高，基本與現(xiàn)實日常作業(yè)過程中的內(nèi)容一致，學員在仿真設備上熟練操作后就能完全滿足光伏發(fā)電現(xiàn)場的運維要求；仿真設備全面、系統(tǒng)的實訓內(nèi)容幾乎涵蓋了光伏發(fā)電的所有領域，采用仿真設備實訓后，再通過真實設備的實際操作，學員能更高效地提升自身技能。

1.3 開放性原則

實訓基地的建設既要考慮到為企業(yè)自身一線生產(chǎn)員工提供系統(tǒng)的培訓服務，還要考慮承擔面向社會和行業(yè)的相關職業(yè)技能培訓的職責，因此其運作方式上強調(diào)工位性，講求職業(yè)性，使學員在1個工位上就可以實現(xiàn)綜合能力素質(zhì)的訓練，真正提高學員的實戰(zhàn)應用能力。同時，還可利用實訓基地為同行業(yè)企業(yè)員工提供同臺競技的機會，為加強同行業(yè)員工技術交流搭建良好的平臺，為合作企業(yè)崗位培訓提供專業(yè)實訓基地[4]，從而實現(xiàn)資源共享和技術創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展做貢獻。

2 建設規(guī)劃

為加快推進國華能源投資有限公司(下文簡稱“國華投資”)“一核兩極一平臺”發(fā)展戰(zhàn)略，更好地實現(xiàn)國華投資“騏驥”人才工程落實、落地，國華投資蒙西公司聯(lián)合優(yōu)利康達新能源培訓學院建設了光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地，為實現(xiàn)國家“雙碳”目標貢獻力量，為企業(yè)持續(xù)輸出合格人才提供平臺，為行業(yè)健康發(fā)展做標桿。實訓基地主要圍繞光伏電站主體設備的實際操作，整體分為光伏實訓區(qū)和輸變電實訓區(qū)，其中，光伏實訓區(qū)包括光伏發(fā)電綜合實訓區(qū)、匯流箱逆變器實訓區(qū)、電工綜合實訓區(qū)、精密器件維修區(qū)、前沿技術展示區(qū)和戶外光伏組件實訓區(qū)；輸變電實訓區(qū)包括35 kV 開關柜實訓區(qū)、繼電保護實訓區(qū)和戶外輸變電實訓區(qū)。結(jié)合光伏發(fā)電現(xiàn)場實際情況，將實訓區(qū)分為室內(nèi)實訓基地和室外實訓基地。

2.1 室內(nèi)實訓基地建設

2.1.1 光伏發(fā)電綜合實訓區(qū)

光伏發(fā)電綜合實訓區(qū)配置光伏教學平臺，模擬光伏電站日常工作所涉及的操作試驗與測試工作。該區(qū)域可實現(xiàn)光伏組件特性實驗、太陽能自動跟蹤實驗、太陽能蓄電池控制器實驗、太陽能負載實驗、光伏逆變器實驗等，同時可以實現(xiàn)系統(tǒng)異常告警、工作票的正確填寫及檢查、設備狀態(tài)監(jiān)測、設備遠程控制、工器具選取及使用、光伏發(fā)電系統(tǒng)設備巡視等。學員可以全面掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、測量方法、操作流程，還可通過人工智能設置各種類型的異常狀態(tài)，讓學員重點實現(xiàn)安全工器具的正確使用，全方位的設備檢查，發(fā)現(xiàn)問題后的規(guī)范操作，故障的檢查與處理，從而鍛煉學員的故障綜合分析判斷及處理能力，檢驗學員異常情況全過程規(guī)范處理的能力。同時，智能評分系統(tǒng)會根據(jù)學員處理操作的正確性和規(guī)范性評分，并總結(jié)出學員的不足之處。

2.1.2 匯流箱逆變器實訓區(qū)

匯流箱逆變器實訓區(qū)采用現(xiàn)場真實設備，包括光伏發(fā)電現(xiàn)場最常用的直流匯流箱和交流匯流箱，組串式逆變器和集中式逆變器，并通過設置安全防護隔離措施，保證學員的操作安全性。該區(qū)域是模擬仿真區(qū)的補充擴展，學員通過仿真系統(tǒng)全面掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及測量操作后，再通過該區(qū)域的實際操作掌握真實匯流箱和逆變器的安裝方式、結(jié)構(gòu)組成及布局、線纜連接工藝、器件結(jié)構(gòu)原理、器件的好壞識別及更換方法、綜合故障的查驗方法，以及規(guī)范操作等。培訓學員回到工作崗位后能夠自如解決實際問題，發(fā)現(xiàn)缺陷不足，制定更好的優(yōu)化方案。

結(jié)合當前小學體育教學發(fā)展情況來看，整體的素質(zhì)教育效率普遍較低，不僅在體育技能以及體育知識方面有所欠缺，特別是在德育培養(yǎng)方面還有一定差距，這點則是廣大體育教師不可忽視的重要內(nèi)容。在進行德育知識的講授中，大部分教師同傳授傳統(tǒng)知識一樣進行課堂講解，并沒有實現(xiàn)體育教學和德育教育相互結(jié)合，自然不利于學生的理解和消化，使小學體育教學中的德育教育效率普遍偏低。

2.1.3 電工綜合實訓區(qū)

電工綜合實訓區(qū)配置了2 臺電工培訓實操臺、1 臺高級維修電工培訓臺。以基礎教學為主要目的，滿足學員的基礎培訓。實訓后學員可掌握電工基礎知識、接線方法和工藝、電機正反轉(zhuǎn)控制及拖動、電工電子綜合技術、變頻器綜合操作等內(nèi)容，由淺入深、循序漸進。同時挖掘現(xiàn)場有基礎學員的潛能，為其提供學習及研究平臺，提升其綜合技能。另外，電控線路和電子實驗元器件均可安裝在垂直放置的安裝板上，操作和器件更換均方便快捷，同時可以擴展功能模塊，也可開發(fā)新的實驗項目。PLC 可以實現(xiàn)的基本技能包括軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令練習、接線、編程下載等。學員可以自己設計邏輯電路、驗證正確性、優(yōu)化方案，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)新力，增強學員的綜合能力，可以解決學員“只會硬件而不會軟件”的問題，全面提升一線員工的技能水平。

2.1.4 35 kV 開關柜實訓區(qū)

配置1 套光伏電站真實35 kV 開關柜，方便學員對開關柜進行近距離了解和學習，解決學員由于設備長期帶電運行而沒有機會實操學習的需求難題。35 kV 開關柜是光伏電站操作頻率相對較高的設備之一，具備該設備的規(guī)范操作能力、故障處理能力、保護校驗能力是現(xiàn)場員工必須掌握的重要技能。通過2015—2017年3年對部分網(wǎng)省電力公司的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高壓開關柜裝用量為70802 面，其中，40.5 kV 高壓開關柜15722 面，發(fā)生故障54 起，故障率為0.343 次/(百臺 ·年)[5]，在電力系統(tǒng)中，故障發(fā)生頻率較高。同時生產(chǎn)運行中的安全事故多由對35 kV 開關柜的結(jié)構(gòu)和原理不熟悉或者操作不規(guī)范引起的。而實訓基地配備的開關柜一次側(cè)不帶電，在操作練習時更加安全，學員可以通過大量的操作練習掌握關鍵運維技能，提升實戰(zhàn)能力。

2.1.5 繼電保護實訓區(qū)

據(jù)2009年河北南網(wǎng)繼電保護數(shù)據(jù)統(tǒng)計，繼電保護正確動作率已經(jīng)達到100%，實現(xiàn)了繼電保護作業(yè)“零失誤”[6]，即繼電保護裝置本身的真實故障基本趨于零，而且實際情況也驗證了在風電場及光伏電站幾乎很少由于繼電保護裝置出現(xiàn)問題，導致電力系統(tǒng)發(fā)生故障。由此可見，風電場及光伏電站的繼電保護運行是較為穩(wěn)定的，因此一線的員工缺少現(xiàn)場學習繼電保護相關知識的機會，尤其是涉及實操部分內(nèi)容。通過增加繼電保護裝置，學員可以通過學習掌握繼電保護裝置的結(jié)構(gòu)組成、定值查驗修改、保護校驗傳動等內(nèi)容，可既安全又輕松地掌握繼電保護相關技能，同時還可以通過試驗驗證自己的想法，分析保護裝置的可靠性，通過不斷練習，熟練掌握繼電保護的結(jié)構(gòu)原理、保護校驗、規(guī)范操作，可以更好地為繼電保護的安全、可靠運行保駕護航。

2.1.6 精密器件維修區(qū)

隨著光伏電站運行年限的增加，各種器件出現(xiàn)故障的概率越來越高，如果光伏電站只要發(fā)現(xiàn)壞件就立即去更換，或者把壞件直接送到維修公司返修，雖然能滿足光伏電站的正常運行，但會導致運營維護成本的大幅增加。結(jié)合現(xiàn)場返修經(jīng)驗，員工可以通過實訓學習，自行處理一些簡單的故障，可以節(jié)省成本。比如，光伏電站的光伏組件旁路二極管損壞，由于光伏電站光伏組件的基數(shù)大，現(xiàn)場員工如果能直接處理，可以減少經(jīng)濟損失和資源浪費。

2.1.7 前沿技術展示區(qū)

前沿技術展示區(qū)安裝有宣傳電視1 臺、建設展臺1 座。通過定制化設備模型、發(fā)明專利獎項、QC 成果獎、前沿科教宣傳片等進行展示，充分提升學員對新技術的了解。激勵更多的學員發(fā)現(xiàn)工作中的不足與缺陷，同時提出合理的解決方案，然后通過實訓基地設備驗證方案的正確性和合理性，不斷地改進并完善現(xiàn)場的不足，實現(xiàn)設備高效、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

2.2 室外實訓基地建設

2.2.1 戶外光伏組件實訓區(qū)

戶外光伏組件實訓區(qū)安裝有4 種類型的光伏組件共8 塊，可實現(xiàn)對不同光伏組件的安裝接線、組件接線盒及插頭故障處理、組件清洗和組件巡檢等日常工作。隨著光伏電站運維智能化程度的提升，無人機巡檢將成為光伏電站日常工作的主力，采用無人機對光伏電站中光伏組件進行集中式巡檢的現(xiàn)場如圖2所示。通過紅外熱成像掛件對光伏組件進行紅外測溫，為人工復核快速發(fā)現(xiàn)光伏組件異常提供有效手段；發(fā)現(xiàn)光伏組件異常后，還可通過更專業(yè)的EL 測試儀、I-V 測試儀確定光伏組件的具體問題。該方法與傳統(tǒng)測試儀相比，具有便于攜帶、操作簡便、畫面直觀等優(yōu)點，學員應充分練習并掌握測試儀器的使用方法。

圖2 無人機巡檢光伏組件Fig.2 UAV patrol PV modules

2.2.2 戶外輸變電實訓區(qū)

戶外輸變電實訓區(qū)包括戶外220 kV 電流、電壓互感器各1 套，220 kV 隔離開關1 套。專項實訓區(qū)安裝有水泥桿塔1 套(帶導線)，桿塔裝設35 kV 防風型跌落保險1 組，安裝箱式變壓器1臺，設備整體結(jié)構(gòu)完全參考真實變電站布局，一次、二次設備均通過線纜連接，結(jié)構(gòu)完全和真實電站一致。但是為了保障參訓學員安全，一次設備不進行供電，二次設備的電壓、電流均通過模擬裝置進行。學員可以通過對輸變電設備進行近距離學習，詳細掌握其結(jié)構(gòu)功能、運行原理、運行特點、規(guī)范操作和故障排查等知識點。利用繼電保護測試儀、直流電阻儀、變比儀和絕緣表等儀器，可開展變電區(qū)設備常規(guī)預防性試驗實訓。

3 發(fā)展目標

3.1 培養(yǎng)一批優(yōu)秀的實訓教師

實訓教學的高效完成離不開實訓指導教師的指導，指導教師的能力和素質(zhì)決定了實訓的成功與否[7]。實訓基地配備了專研光伏發(fā)電安裝、調(diào)試、運行、維護的優(yōu)秀技術團隊；理論精通、技術精湛、經(jīng)驗豐富、水平一流的優(yōu)秀培訓師能夠掌握并合理運用現(xiàn)代培訓理念和手段，策劃、開發(fā)培訓項目，制定、實施培訓計劃；為實訓基地提供良好的技術支持，同時也為學員在現(xiàn)場遇到的問題提供專業(yè)的技術答疑服務。通過與長期從事風電、光伏發(fā)電培訓的優(yōu)利康達新能源培訓學院開展合作，利用其在一線的多年實訓經(jīng)驗和先進的教學理念，提高現(xiàn)場專業(yè)培訓師的實踐能力。

3.2 提升運維人員的專業(yè)技術能力

通過實訓基地真實、專業(yè)的實訓設備，提升學員的技術水平和技術能力，規(guī)范學員在運行過程中的操作，避免安全事故的發(fā)生。同時實訓基地作為國華投資光伏電站員工的培訓搖籃，在培養(yǎng)更多專業(yè)人才的同時，專業(yè)的培訓師團隊為國華光伏電站提供遠程的技術咨詢和指導，全面提升光伏電站運維人員的專業(yè)技術能力。

3.3 開展圍繞生產(chǎn)運維的技能評價

實訓基地根據(jù)勞動和社會保障部發(fā)布的維修電工、變電站值班員、光伏發(fā)電運維值班員等考核培訓技能的內(nèi)容要求配置實訓裝置。通過實訓操作，學員能快速掌握相關課程的實用技術與操作技能。實訓基地培訓內(nèi)容與各勞動職業(yè)技能鑒定部門的考核內(nèi)容接軌，通過實訓基地培訓后，可參加各勞動職業(yè)技能鑒定部門相應技能考核評價，滿足了教考一體。

3.4 打造有效的技術研究平臺

不管是國內(nèi)的還是國外進口的光伏發(fā)電設備，一般都存在一定的隱蔽缺陷或設計不足，輕則影響光伏電站發(fā)電量，重則會造成事故的發(fā)生。光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地能為學員參與科研和技術研究提供很好的實驗平臺。充分發(fā)揮一線運維人員較易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設備的缺陷與不足的優(yōu)勢，讓有想法的學員盡情發(fā)揮自己的實戰(zhàn)能力，通過這個平臺能夠施展學員的想象力、創(chuàng)新力，鞏固成果，提升專業(yè)實戰(zhàn)技能水平。

4 結(jié)論

本文對傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地存在的問題進行了深入研究，秉持專業(yè)性、實用性和開放性的建設原則，依據(jù)真實光伏電站的實際結(jié)構(gòu)原理，合理規(guī)劃實訓設備和實訓區(qū)域，并建設了光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓基地。所建實訓基地是仿真和實操相結(jié)合的培訓中心，仿真設備實訓內(nèi)容全面、完整、真實，實操設備先進、可靠、齊全，兩者結(jié)合相得益彰，更能凸顯培訓效果，為新能源電力行業(yè)培養(yǎng)更多專業(yè)的一線技術人才，為更多的培訓中心培養(yǎng)專業(yè)培訓師，為大中專院校老師和學生提供學習和交流的平臺，為實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻力量。