加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)及防范

熊 楠

〔中國石化銷售股份有限公司 北京 100728〕

太陽能光伏發(fā)電作為綠色能源的一種，是我國邁向“碳中和、碳達(dá)峰”(以下簡稱“雙碳”)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展中的重要一環(huán)。隨著“雙碳”行動(dòng)方案的深入實(shí)施，國內(nèi)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]，2021年，國內(nèi)分布式裝機(jī)29.20 GW，同比增長88.39%，占當(dāng)年全部光伏裝機(jī)量的比例提升至55%。在“雙碳”背景下，中國石化等傳統(tǒng)能源企業(yè)紛紛加大分布式光伏發(fā)電站的投資建設(shè)，利用加油站罩棚、站房屋頂?shù)葓鏊惭b分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降本增效的目的[2]。然而，由于加油站分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目具有建設(shè)規(guī)模小、建設(shè)條件復(fù)雜、電源點(diǎn)分散等特點(diǎn)，由此帶來諸多安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建成后，在光伏發(fā)電過程中如進(jìn)行巡檢、組件清洗、維修等作業(yè)亦存在較多安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要針對(duì)加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)營過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提出有效的防范措施，以確保加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理

光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池的光生伏特效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電是在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，其特點(diǎn)是就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏組件、逆變器、支架、并網(wǎng)箱(柜)、電力線纜、雙向電表等組成。加油站的罩棚、站房屋頂?shù)鹊氖褂妹娣e決定了適用于安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1 光伏組件

光伏組件是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋９夥M件類型包括單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等，單晶硅產(chǎn)品市場占比超過90%。

2.2 逆變器

并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。光伏組件所產(chǎn)生的直流電需要通過逆變器才能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姴⒂糜诩矣秒娖骰虿⒕W(wǎng)發(fā)電。并網(wǎng)逆變器按照技術(shù)路線及功率水平主要分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器。集中式逆變器和組串式逆變器分別對(duì)應(yīng)集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。微型逆變器的主要應(yīng)用場景為小功率、組件級(jí)別的分布式光伏發(fā)電場景。

2.3 支 架

光伏支架是光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了擺放、安裝和固定光伏組件設(shè)計(jì)的專用支架，一般材質(zhì)有鋁合金、碳鋼、不銹鋼等。根據(jù)安裝方式，光伏支架分為固定式光伏支架和跟蹤式光伏支架。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)受場地和角度限制常采用固定式光伏支架。

2.4 并網(wǎng)箱(柜)

光伏并網(wǎng)箱(柜)是連接光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的配電裝置，作為光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的分界點(diǎn)，安裝于組串式逆變器的后端，把逆變器輸出的交流電經(jīng)過并網(wǎng)箱(柜)與市電并網(wǎng)。對(duì)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)箱(柜)常加裝計(jì)量和保護(hù)等功能器件。

2.5 電力線纜

電力線纜是用于傳輸和分配電能的電纜，用于各個(gè)設(shè)備間的電氣連接。

3 加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1 項(xiàng)目建設(shè)期間存在的主要安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1.1 高處墜落風(fēng)險(xiǎn)

高處墜落風(fēng)險(xiǎn)是加油站分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)中存在的主要安全問題之一。加油站分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的主要工作面在罩棚頂部和站房頂部，需要在罩棚頂部和站房頂部安裝光伏組件、電力線纜、防雷接地系統(tǒng)、支架等多個(gè)設(shè)備設(shè)施，工作面高度均在2 m以上，涉及臨邊、攀登、懸空、操作平臺(tái)、安全網(wǎng)搭設(shè)等多項(xiàng)高處作業(yè)，工作難度大，工作危險(xiǎn)系數(shù)高，存在較多的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)臨邊作業(yè)未防護(hù)、安全帶不牢固或未系安全帶等問題時(shí)，極易發(fā)生高處墜落事故，給企業(yè)和承包商施工人員造成嚴(yán)重后果。

3.1.2 火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)

加油站分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)過程中，涉及到焊接、切割、動(dòng)火以及臨時(shí)用電作業(yè)等。且加油站屬于易燃易爆場所，一旦安全防范措施未落實(shí)，極易引發(fā)火災(zāi)，造成不可承受的后果。

3.1.3 觸電安全風(fēng)險(xiǎn)

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，因此，在項(xiàng)目建設(shè)過程中都涉及到用電安全。在施工臨時(shí)用電方面，施工人員無證上崗、未辦理作業(yè)票、電氣線路老化破損、漏電保護(hù)器失靈等問題都會(huì)引發(fā)觸電危險(xiǎn)，產(chǎn)生觸電安全隱患。在光伏組件、逆變器等電氣安裝方面，工作人員操作不規(guī)范、帶電作業(yè)、未做好防護(hù)措施等問題都會(huì)有觸電危險(xiǎn)。在并網(wǎng)調(diào)試方面，未辦理作業(yè)票、未按照操作流程規(guī)范操作、未做好防護(hù)措施等問題都會(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行期間存在的主要安全風(fēng)險(xiǎn)

3.2.1 火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)

近年來，光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，引起人們極大關(guān)注。由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物結(jié)合的特點(diǎn)，特別是光伏建筑一體化材料(BIPV)的使用，加劇了火災(zāi)的危害性，嚴(yán)重威脅到公共安全[3]。而加油站本身屬于火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)場所，存在汽油、柴油等易燃易爆物質(zhì)，一旦光伏發(fā)電系統(tǒng)著火，后果不堪設(shè)想。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，光伏電站中的火災(zāi)事故80%以上是由直流側(cè)故障引起，特別是組件熱斑、電氣線路虛接以及直流拉弧問題等引發(fā)的火災(zāi)[4]。另外,防火措施失效、組件質(zhì)量問題、電氣事故也是光伏電站火災(zāi)事故的重要原因。

(1)組件“熱斑效應(yīng)”引起著火[5]。組件熱斑主要為組件中的一串電流被陰影或遮擋物遮擋，導(dǎo)致局部升溫、過熱，這種現(xiàn)象稱為“熱斑效應(yīng)”。高溫下嚴(yán)重的熱斑會(huì)導(dǎo)致光伏組件局部燒毀、焊點(diǎn)熔化、柵線毀壞、封裝材料老化等永久性損壞，局部過熱還可能導(dǎo)致玻璃破裂、背板燒穿，甚至組件自燃、發(fā)生火災(zāi)，所以熱斑一直是電站運(yùn)維過程中最受關(guān)注的問題。

(2)直流拉弧引起著火。在整個(gè)光伏系統(tǒng)中直流側(cè)電壓通常高達(dá)600～1 000 V。由于光伏組件接頭接點(diǎn)松脫、接觸不良、接線斷裂、電線受潮、絕緣破裂等原因而極易引起直流拉弧現(xiàn)象。直流拉弧會(huì)導(dǎo)致接觸部分溫度急劇升高，持續(xù)的電弧會(huì)產(chǎn)生3 000～7 000 ℃的高溫，并伴隨著高溫碳化周圍器件，輕者使接頭、熔斷器燒毀，重者燒毀組件和設(shè)備引起火災(zāi)。由于部分加油站光伏組件安裝在罩棚頂部和站房斜屋頂，日常很難巡檢到位，加大了直流拉弧發(fā)生的可能性。

(3)電氣線路虛接、老化、短路等引起著火。由于組件、逆變器等電氣設(shè)備的線纜接頭連接不牢、虛接將導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行時(shí)接觸點(diǎn)的電阻很大、發(fā)熱異常，存在自燃危險(xiǎn)。

3.2.2 觸電安全風(fēng)險(xiǎn)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)維過程中很多情況下都可能發(fā)生觸電，如電工人員無證上崗、帶電操作、未正確佩戴防護(hù)用具、設(shè)備漏電保護(hù)失效、線纜破損等都有可能觸電。另外，在組件清洗過程中，破裂的組件、絕緣失效的線纜、密封性差的逆變器等電氣設(shè)備都有可能在清洗過程中進(jìn)水漏電，使清洗人員觸電。

3.2.3 高處墜落風(fēng)險(xiǎn)

加油站光伏組件安裝于罩棚及站房頂部，作業(yè)人員在對(duì)光伏組件開展巡檢、維保、清洗過程中，在臨邊、攀登、懸空、操作平臺(tái)等作業(yè)時(shí)，存在高處墜落風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于極端惡劣天氣如臺(tái)風(fēng)、暴風(fēng)雨等，導(dǎo)致光伏支架和組件被吹翻和從高處墜落，從而造成次生災(zāi)害。

4 加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安全防范措施

4.1 項(xiàng)目建設(shè)期間的安全防范措施

4.1.1 預(yù)防高處墜落的安全防范措施

(1)開展有針對(duì)性的安全教育培訓(xùn)，提高施工人員自我保護(hù)意識(shí)。從事高處作業(yè)人員應(yīng)持證上崗，無高血壓、恐高癥等疾病，并經(jīng)過入場安全培訓(xùn)教育和安全技術(shù)交底。

(2)嚴(yán)格審查施工組織方案和應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格作業(yè)許可管理，作業(yè)前辦理高處作業(yè)票，作業(yè)過程中加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

(3)加強(qiáng)器具檢查，從事高處作業(yè)的設(shè)備機(jī)具應(yīng)檢查合格。高處作業(yè)過程中，嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程正確使用升降平臺(tái)、爬梯、腳手架等。

(4)加強(qiáng)施工現(xiàn)場監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)“三違”問題及時(shí)叫停和制止。

4.1.2 預(yù)防火災(zāi)的安全防范措施

(1)嚴(yán)格按照《GB50797—2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、《GB50794—2019光伏發(fā)電站施工規(guī)范》、《GB/T51368—2019建筑光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》以及《GB50156—2021汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》施工，并確保光伏系統(tǒng)符合加油站防火防爆安全距離要求。規(guī)范電氣線路的敷設(shè)和設(shè)備設(shè)施的安裝，嚴(yán)禁踩踏和不規(guī)范堆放光伏組件造成光伏組件隱裂。做好防雷接地，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接地應(yīng)與加油站接地系統(tǒng)有效連接。

(2)檢查施工現(xiàn)場是否存在易燃物，如有應(yīng)及時(shí)清除或采取隔離、防護(hù)措施，并設(shè)專人監(jiān)護(hù)。焊接前進(jìn)行檢查，確保焊接距離符合規(guī)定。乙炔、氧氣瓶應(yīng)有防傾倒裝置，擺放距離符合要求。

(3)焊工應(yīng)持證上崗，正確穿戴勞保用品，確保防護(hù)器具合格、正確使用。高處焊接操作要嚴(yán)格防止火花飛濺。

(4)嚴(yán)格作業(yè)許可管理，作業(yè)前辦理動(dòng)火作業(yè)票，作業(yè)過程中加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

(5)確保施工現(xiàn)場擺放消防器材，消防疏散通道暢通。

4.1.3 預(yù)防觸電的安全防范措施

(1)嚴(yán)格審查電氣安裝、并網(wǎng)調(diào)試施工組織方案和應(yīng)急預(yù)案，作業(yè)人員持證上崗，嚴(yán)格作業(yè)許可管理，作業(yè)前辦理臨時(shí)用電作業(yè)票，作業(yè)過程中加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

(2)由于光伏組件的特殊性，在接收太陽光輻射時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電壓，光伏組件串聯(lián)后形成高壓直流電，應(yīng)確保在并網(wǎng)箱(柜)開關(guān)關(guān)斷的情況下連接光伏系統(tǒng)。在施工過程中，施工人員應(yīng)確保防護(hù)用具合格、正確穿戴絕緣鞋、低壓絕緣手套，使用絕緣工具。

(3)針對(duì)施工臨時(shí)用電，嚴(yán)格檢查配電線路和用電設(shè)備，落實(shí)“三級(jí)配電、兩級(jí)保護(hù)”和“一機(jī)一閘一保護(hù)”要求。嚴(yán)格審查臨時(shí)用電方案和應(yīng)急預(yù)案，作業(yè)人員持證上崗，防護(hù)用具合格、正確使用，作業(yè)前辦理臨時(shí)用電作業(yè)票，作業(yè)過程中加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行期間的安全防范措施

4.2.1 預(yù)防火災(zāi)的安全防范措施

(1)加強(qiáng)對(duì)光伏系統(tǒng)的日常巡檢，聘請(qǐng)專業(yè)人員定期做好加油站分布式光伏系統(tǒng)的維保工作，在巡檢和維保過程中發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理。如發(fā)現(xiàn)線路接觸不良、老化等問題要及時(shí)更換線路。采用紅外熱成像儀、EL檢測儀專業(yè)設(shè)備定期對(duì)系統(tǒng)開展檢測，及時(shí)消除隱患，杜絕設(shè)備帶病作業(yè)、超期服役和超負(fù)荷運(yùn)行。

(2)定期清洗光伏組件，清理光伏組件玻璃及邊框上的積灰，清除樹葉、泥土、鳥糞等遮擋物，減少“熱斑效應(yīng)”產(chǎn)生，提高組件的光潔度，提升光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化效率和延長電池板使用壽命。定期監(jiān)測比對(duì)光伏電站的發(fā)電量情況，確定是否增加光伏組件清洗頻次。

(3)加強(qiáng)消防安全管理，在光伏方陣、逆變器周圍應(yīng)設(shè)置干粉滅火器、二氧化碳滅火器等消防器材，定期開展消防應(yīng)急預(yù)案演練。為減少火災(zāi)事故發(fā)生，在光伏方陣、逆變器周圍，不得堆放易燃易爆物品?？紤]光伏系統(tǒng)在光照條件下持續(xù)產(chǎn)生直流高壓電，嚴(yán)禁用水滅火。如光伏系統(tǒng)安裝了快速關(guān)斷裝置，則可啟動(dòng)快速關(guān)斷裝置，使每個(gè)光伏組件電壓降至安全電壓值以下后再組織實(shí)施滅火。

4.2.2 預(yù)防觸電的安全防范措施

(1)光伏系統(tǒng)清洗和運(yùn)維前須做好安全準(zhǔn)備，斷開所有應(yīng)斷開關(guān)，確保電容、電感放電完全。正確穿戴絕緣鞋、低壓絕緣手套，使用絕緣工具。工作完畢后應(yīng)排除系統(tǒng)可能存在的事故隱患。

(2)光伏組件的清洗應(yīng)盡量選擇在清晨、傍晚或陰雨天進(jìn)行，嚴(yán)禁選擇在中午前后或陽光比較強(qiáng)烈的時(shí)段進(jìn)行。禁止將清洗水噴射到組件接線盒、逆變器等光伏系統(tǒng)設(shè)備，以防觸電。

4.2.3 預(yù)防高處墜落的安全防范措施

(1)嚴(yán)格執(zhí)行高處作業(yè)安全規(guī)程，在罩棚頂部、站房屋頂邊緣從事檢維修、清洗作業(yè)時(shí)，應(yīng)采取系掛安全繩、架設(shè)安全網(wǎng)等措施。

(2)在從事高處作業(yè)前，要進(jìn)行針對(duì)性的安全教育，辦理高處作業(yè)票，落實(shí)現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

(3)在雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣時(shí)，不得進(jìn)行高處作業(yè)。

5 加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安全管理的重點(diǎn)

5.1 建立健全安全管理制度

加油站要針對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建立健全設(shè)備操作規(guī)程和安全管理規(guī)章制度，完善設(shè)備“四定”臺(tái)賬。各管理、操作人員要嚴(yán)格按照規(guī)章制度要求和操作規(guī)范操作，杜絕“三違”行為。

5.2 加強(qiáng)員工安全知識(shí)培訓(xùn)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于加油站員工來說，屬于一個(gè)新業(yè)態(tài)。加油站應(yīng)采取集中授課、觀看學(xué)習(xí)視頻、安全考試等形式組織員工開展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全知識(shí)培訓(xùn)，使員工們達(dá)到“四懂三會(huì)”(懂原理、懂構(gòu)造、懂用途、懂性能，會(huì)操作、會(huì)維護(hù)、會(huì)排除簡易故障)的水平。

5.3 做好風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與隱患排查治理

加油站應(yīng)針對(duì)站內(nèi)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)定期開展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，建立風(fēng)險(xiǎn)臺(tái)賬，明確防范措施。按照設(shè)備“四定”管理要求，明確光伏發(fā)電設(shè)備責(zé)任人，嚴(yán)格按照檢查標(biāo)準(zhǔn)、周期開展設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)和隱患排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，落實(shí)問題整改。

5.4 完善應(yīng)急管理體系

加油站應(yīng)針對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)完善火災(zāi)、觸電、高處墜落等應(yīng)急預(yù)案，配齊配全應(yīng)急物資，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案演練，提高加油站員工的應(yīng)急處置能力。

6 結(jié)束語

在“雙碳”背景下，大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是傳統(tǒng)加油站實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和節(jié)能降耗的必由之路。但加油站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在項(xiàng)目建設(shè)和系統(tǒng)運(yùn)營過程中存在的諸多安全風(fēng)險(xiǎn)需要引起足夠的重視。應(yīng)該對(duì)此開展系統(tǒng)、全面的研究，找出存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，制定相應(yīng)的防范措施，完善相關(guān)的管理制度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以推動(dòng)加油站能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與光伏行業(yè)的發(fā)展，助力國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。