光伏發電工程后評價的思考

中國科學院電工研究所 張亞彬

一 引言

我國以往實施的離網光伏發電項目，由于對光伏工程的質量缺乏系統有效的后評價，致使一些光伏電站在使用幾年后就出現故障甚至廢棄，不僅造成資金的嚴重浪費，而且對光伏應用的發展造成負面影響。經驗和教訓表明，科學有效的全方位后評價指標體系是保證光伏發電項目投資者利益和可持續性不可或缺的手段。

近兩年來，在國家政策的激勵和推動下，太陽能光伏發電在我國發展迅速。隨著技術進步和產業發展，光伏發電成本有了明顯下降，2011年我國光伏發電累計安裝量已經達到3.5GWp。由于以往的項目中出現光伏發電設備產品質量不穩定、光伏電站選址不規范、工程設計不合理、項目施工不按標準執行、項目管理混亂等問題，使得光伏發電項目在運行2～3年后出現產品質量問題，影響了工程系統的正常運行。所以適時作出后評價的制度安排并組織開展光伏發電工程項目后評價尤為重要。

二 項目后評價的目的和作用

與其他發電技術相比，太陽能光伏發電是一種具有可持續發展理想特征的新型發電技術，是今后人類生存首選的供電電源之一。盡管如此，作為供電電源，光伏發電系統也存在著與普通發電系統相同的供電安全(如交流輸出對人身的安全和雷擊對設備的安全等)、壽命周期(如光電池壽命是20年以上，蓄電池5～7年，電氣設備8～10年等)、管理維護(如嚴格的管理制度及高素質管理人員)、技術經濟性(如科學的可行性分析和運行后的經濟效益)等問題。光伏發電工程項目的建設和應用也應進行項目的前期可行性研究、建設過程、經濟和社會影響及可持續等的后評價，以提高已建項目的效益最大化和待建項目的投資決策水平。

國外受益于當地政府對光伏發電的大力支持，光伏發電起步較早，發展速度較快，裝機容量累計較大，應用市場較為成熟。盡管建立了質量保障體系，控制光伏發電工程質量，但還是暴露出不少質量問題。諸如不合理的建設，在屋頂安裝支架沒有考慮風載和雪載，支架與屋頂連接不牢固，存在著大風吹落組件的現象；積雪覆壓導致組件變形損壞；前期設計不合理，導致光伏組件發生火災事故等。

我國光伏發電應用起步較晚，目前安裝容量不大，但近兩年，在國家政策扶持和地方政府支持下，光伏發電正在快速發展。由于大部分項目建成運行時間短，尚未充分暴露質量問題。然而以往的一些離網光伏發電項目中已經出現過不少質量問題。

比如沒有實測選定站點的氣象數據，使初期設計脫離了實際情況，造成電站設備設計不匹配，運行效率低；發電設備質量不過關，甚至沒有考慮高海拔的工作條件；光伏組件質量不過關，組件電池片斷裂，甚至燒焦斷損、組件玻璃自然破碎等問題。另外，一些光伏發電工程中的部分光伏陣列間距過小，前排組件形成陰影遮擋后排光伏組件，影響系統發電量；樓頂排風孔高過光伏陣列，在組件表面形成陰影。后期管理不夠，電站圍墻遭到破壞，光伏組件被盜、蓄電池爬酸嚴重，組件表面被灰塵及鳥糞遮擋等；機手維護管理工作中缺乏技術手段，用戶缺乏安全用電知識。

在系統設計時，沒有對光伏發電系統輸出特性進行分析；對于壽命期后設備的拆除、更換未作考慮；缺失設備入場檢測程序；驗收規范不全；沒有建立完善運行與管理的規范制度；后評價機制沒有建立，存在對項目建成驗收后管控不嚴的隱患。

正是因為存在以上諸多問題，光伏電站項目后評價顯得非常有必要。項目后評價是對已經完成項目的目的、執行過程、效益、作用和影響所進行的系統客觀的分析。通過對項目實施工程、結果及其影響進行調查研究和總結，分析確定的預期目標是否達到、項目是否合理有效、項目的主要效益指標是否實現等。通過分析評價找出成敗的原因，總結經驗教訓，及時有效地反饋信息，為將來的項目決策和提高投資決策管理水平提出建議，同時也為被評價項目運行工程中出現的問題提出改進意見，從而達到提高效益的目的。

項目后評價是增加工程建設者責任心的重要手段。通過對項目建設成績和失誤的主客觀原因分析，可以客觀公正反映建設中存在的實際問題，提高建設者的責任心和工作水平。

項目后評價還可為投資決策服務。后評價對完善已建項目、改進在建項目和指導待建項目提供反饋信息，具有重要意義。通過后評價建議的反饋，完善和調整相關方針、政策和管理程序，提高決策單位的決策、管理能力和水平，進而達到決策者的預期目的，同時使效益最大化。

三 光伏發電項目后評價基本內容

1 光伏發電項目的后評價首先要考察是否符合當地光伏發展政策，特別是要與當地的光伏發電發展規劃總量相適應。

調查光伏發電工程項目的現狀。通過對比項目建成后的當地的太陽能資源、土地資源、屋頂資源的利用情況，以發電能力和發電量為原則，分析工程容量是否科學合理。光伏發電項目的規劃是否與當地電網規劃相銜接，使電網能保持長期的消納能力。針對配電網側并網的光伏工程項目，總裝機容量是否控制在該配電網所允許容納的容量上限之下，是否符合初期設計的并網接入標準。

2 收集相關信息

包括:項目開發主體及其他相關單位的主要信息、項目基本情況介紹、項目關鍵設備及供貨商信息、項目占地所有權及使用方式等。還要分析項目整個過程中的資金使用情況數據，項目資金來源及還貸方式，項目資金落實情況，項目收益等。法律文件包括根據國家有關法律法規應具備的環保、消防等文件。

3 光伏發電項目使用關鍵設備情況。如光伏組件、逆變器、控制器，配電設備和支架等，需要提供詳細的產品性能參數及現狀參數。

評價設備安裝使用的后期維護，是否符合廠商書面承諾。對比項目總體設計方案運行后的數據與設計的變化，包括發電場區設計、電氣設計、并網接入與電能計量、通信控制、施工安裝方案等。

項目所采購的關鍵設備應通過國家或行業規定和標準的質量檢測，并取得相應的質量認證。光伏發電項目的設計要引入相關設計認證。所有取得認證的產品(或設計單位)，要對比原設計有多少變化。光伏發電項目建成后的運營管理方案和操作規程，特別針對可能出現的運行維護問題，處理辦法是否恰當可靠。光伏發電項目(特別是針對建筑光伏)是否建立專門的保險條款，以確保項目安全運行。

4 工程質量評價包括合同的執行情況、工程建設質量、產品及系統性能檢測、工程系統文件審核四個部分。

其目的是審查項目設計、施工、監理等方面工作和工程質量，確保后評價的信息準確。合同的履行情況，項目的產品采購、設計、施工是否與項目申請時的方案相符合，在工程實施過程中項目單位是否存在合同變更或未執行情況。工程系統文件審核情況，對光伏發電項目所涉及的所有工程文件、設計施工圖紙、合同與協議等進行審核與歸檔。是否統一管理和方便責任追溯。

四 風光互補電站運行后評價實例

1 項目背景

2004年8月中國科學院電工研究所(IEE，CAS)、青海光明工程有限公司(QBEC)、德國技術合作公司(GTZ)、美國國家可再生能源實驗室(NREL)達成協議, 對青海省的送電到鄉項目安裝15套數據采集系統(DAS)，監測發電系統的性能。由NREL 提供兩套站點設備，其他站點設備由GTZ提供，當地GTZ顧問提供推薦站點信息。設備由IEE，CAS運到青海與QBEC共同到現場安裝，IEE，CAS負責技術支持。QBEC每3個月收集一次數據，數據共享給其他3家。由IEE，CAS對數據進行整理分析，并對電站運行情況分析評價，編寫評價報告。

2 電站簡介

陽康鄉位于青海省海西州天峻縣，距西寧市500km。電站海拔高度3700m，地理位置北緯37.5?，東經98.5?。

陽康鄉50kW風光互補電站是國家“送電到鄉”工程項目,是當時全省裝機容量最大、最典型的風光互補電站，于2003年10月建成發電，到2005年10月已供電兩年。系統設備為光伏組件（JDM-85Wp）360塊，18塊串聯20個方陣并聯總功率30kW；風力發電機(BWC XL-10R)2臺，總功率為20kW；閥控鉛酸蓄電池（GFMG-1300AH/2V）330只；逆變器（CFX-30K/220R和CFX-20K/220R）各一臺，總功率為50kW；充電控制器(QTKZ-220V/120A/9)一臺。經再次核查，電站最初供電戶數為114戶，2年后為125戶。供電初期用電負載總功率為30kW，截至到2005年9月負載總功率為41kW；供電方式為兩路，第一路24小時供電，第二路每天供電5小時。

3 數據采集的參數與方法

數采設備采用NREL 提供的美國CSI公司生產的CR10X數采器。被測參數共有17個:風速、風向、輻照度、環境溫度、光電池背表面溫度、蓄電池溫度；風力發電機輸出電流、光伏電池輸出電流、蓄電池充、放電電流及電壓；逆變器1輸入電流、輸出電壓、輸出功率；逆變器2輸入電流，輸出電壓、輸出功率。

數據采集時間為2005年11月至2006年7月，數采器每隔5秒鐘采集一次數據，每隔10分鐘計算平均值并記錄存儲，每天記錄144次數據，同時記錄一天的最大值和最小值，以文本格式存儲于數據采集器內。對電站8個月的監測數據(共計255天，37320條數據記錄)進行處理與分析，得出評價結果。

4 電站后評價結果

風力發電機評價:該站2臺風機在數據采集期內共發電3400kWh，占總發電量的13%；每臺風機的月平均發電量為212.6kWh，平均日發電量7.1kWh。由于高海拔氣候風能密度低，在海拔4km(205W/m2)處是海平面(314W/m2)風能密度的65%；大氣壓力是海平面的0.62，加上晝夜溫差大，使機械磨損系數加大，風機輸出效率低，實際發電量較少。初期設計對風能評估不足。

光伏發電系統評價:在數據采集的8個月內，光伏系統共發電22500kWh，平均每月發電量為2812kWh，平均日發電量為93 kWh。光伏系統最大輸出功率為31kW，占電量總發電量的87%。由于出現94塊組件出現引裂與熱斑現象，3塊玻璃炸裂，6塊組件丟失，嚴重影響了系統的發電量。光伏系統的發電量自2006年3月以后明顯減少。光伏系統理論上平均日發電量138kWh，數據采集期間日發電量是理論發電量的67%。需要調整光電池方陣和接線方法。

蓄電池組評價:電站安裝了330只蓄電池，110只串聯成一組，3組并聯容量為3900AH/220V。2005年10月經檢測有17只單體電壓為0V。由于單體電池內阻的差異，蓄電池組形成內回路，久之，單體電池充、放電失衡，是蓄電池損壞的原因之一。高海拔氣候容易造成內部極板短路，嚴重影響了蓄電池組的充、放電能力。在數據采集期間，該站蓄電池組平均每日充電量為278AH，充電深度為7.1%；日平均放電量377.5AH，放電深度為9.7%；使得蓄電池的充、放電深度均較淺，效率低，性價比低。理論上，電站壽命期內蓄電池組更換3次，然而運行2年，已經造成5%的蓄電池損壞，更換蓄電池必然增加用電成本。

逆變器評價:電站設有兩臺逆變器，分別提供兩路供電。在監測期間，兩路負載高峰用電功率分別為5.7kW和13.4kW，是逆變器額定功率的28%和45%，均低于逆變器的額定功率，使得逆變器負載率低，效率也低，相對增加了成本。

發電量與負載用電量評價:在監測期間，該站共發電25900kWh，共用電20900kWh，用電量占總發電量的81%。電站供電分為兩路輸出，第一路為鄉政府、衛生院和學校，該路實行全天24小時供電；第二路為牧戶和其他單位，實行定時(每天5小時)供電。建站初期用電戶數為114戶，后增加到125戶，電器負載增加更多。自電站供電之日起673天內，總用電量為31960kWh，平均日用電量為47.5kWh，平均每戶日用電量為0.42kWh(按114戶計算)。自2005年7月起411天內，總用電量為37340kWh，平均日用電量為91kWh，平均每戶日用電量為0.73kWh(按125戶計算)。在一年多的時間內，日用電量增加了將近一倍。由于用戶負載增加和移動通信負載加入，導致用電量大幅增加，故障頻次增加。當設備出現故障后，等待維修時間較長，導致發電量減少，蓄電池存儲能量低，造成多次停電，最長停電時間5天。由于感性負載較多，在送電啟動時，啟動電流瞬間增大，輸出電壓不穩定，造成部分家用電器損壞。

電站管理評價:由于電站的維護管理不夠，圍欄銹損嚴重，牲畜自由闖入，光電池被盜；用戶不具備用電安全知識，自行亂拉臨時電線，形成安全隱患；使用大功率電感負載，造成負載電流過大，電路短路失火；偷電現象嚴重，收繳電費困難；電站管理人員(機手)的綜合能力不高，電站出現故障后，只能等待千里之外工程師維修，造成數日不能供電等等。

五 建立光伏發電項目后評價指標體系

通過對陽康電站數據收集，定量定性的分析，可再生能源電站的前期資源評估不能只停留在采用百里之外氣象站提供的氣象數據，應對選定站址進行氣象數據采集，采集時間至少1年，確定資源分布量后，才能進行規劃設計。高海拔環境對風機及電器設備影響大，電氣絕緣強度降低 ，導致材料加速老化失效；較大的溫度變化會導致機組性能不穩定 ，輸出效率低 。蓄電池的內部極板短路是導致端電壓為0V的主要原因，是高海拔氣候低氣壓加速了極板變化的結果。選用低負載高效率的逆變器，可避免逆變器低負載工作時造成的損失。選用節能型負載，可提高資源利用率。

經常對用戶進行安全檢查，教育用戶自覺執行安全用電條列，遵守管理規章。管理人員既要熱愛本職工作，也要不斷提高自我業務能力和管理水平，更要不斷宣貫用電安全知識。電站不是建完輸電后了事，保證其系統壽命期的長期可靠穩定的運行和發電量與用電量的高效率，才能盡早收回投資，創造預期的經濟效益。項目運行幾年后發揮項目后評價作用，用后評價的結果去修正運行的項目，是一項增值活動，產生的效益不僅是幾十倍，甚至更高。所以建立后評價指標體系對光伏發電工程項目尤為重要。

后評價指標體系是指對建設項目的立項決策、設計、施工、生產、運營和投資效益進行評價時所設立的一組相互聯系的評價指標，并形成一個有機的整體。 科學的后評價指標體系是反映項目效果好壞的計量器，在很大程度上決定了建設項目后評價的總體效果 。

項目后評價指標體系的主要原則是:定量分析與定性分析相結合，以定量分析為主；通用指標與專用指標相結合，按行業特征設置，以專業指標為主；動態分析與靜態分析相結合，以動態分析為主；綜合分析與單項分析相結合，以綜合分析為主；宏觀投資效果分析與微觀投資效果分析相結合,以宏觀投資效果分析為主。

指標及其指標體系設置的正確與否直接關系評價工作全過程的科學性、可操作性及準確性。依據以上原則和思路，選擇項目前期、實施工程、項目效益、項目影響和項目持續性 5個部分的內容，建立全面的太陽能發電項目后評價指標體系。

六 結語

光伏發電工程項目后評價是一項具有重要意義的工作，與可行性研究等項目前評估相比，項目后評價更具有現實性、 全面性、 探索性、 反饋性及效益性等特點。評價項目投資決策的成功與失誤，評價項目從設計、實施到運營全過程的經驗和教訓，科學評價光伏發電項目成果，可以使光伏發電項目管理步入程序化、規范化、工作方法科學化的軌道，強化全行業宏觀管理機制，提高光伏發電項目的管理水平，促進光伏發電建設項目投資效益的提高。

光伏發電項目長期運行的穩定性和發電量是評價項目質量的重要標準，應要求所有國家投資的光伏項目安裝發電與用電記錄裝置，定期提交運行報告，定期進行考核；對于較大的系統應安裝數據遠程監控裝置，由國家主管部門委托的技術部門實時監控。完善和加強項目后評價工作，通過項目后評價一方面檢驗項目實際工程質量是否達到規劃設計目標要求，另一方面也能對前期工作進行核查，總結經驗，改善投資管理和決策，提高項目質量和效益。

[1]張三利，項目后評價[M].北京:清華大學出版社，1998.

[2]周鵬，宋偉.項目驗收與后評價. [M].北京:機械工業出版社，2007.

[3]牛東曉，王維軍，周浩，段利東.火力發電項目后評價方法及應用. [M].北京:中國電力出版社，2010.1.