淺談光伏電站精益運維管理

吳鳴寰，吳光軍，周 猛

(1.三峽大學電氣與新能源學院，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，我國并網光伏發(fā)電容量達1.7億kW，當年光伏新增裝機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)電系統的特點是系統結構相對簡單，設備數量龐大，易發(fā)故障點多，問題設備定位困難。針對上述問題，可加強設備規(guī)范化、標準化和精細化管理，探索精益生產就顯得尤為重要。精，體現在精準、精細上，提高轉換效率，力求實現度電必爭；益，體現在成果、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、協調外部資源等抓手，實現降本增效，控制風險，消除隱患，安全高效。

1 光伏電站運行指標分析

1.1 典型地面并網光伏電站的組成

并網光伏電站的結構與組成見圖1。

圖1 并網光伏電站的結構與組成

1.2 光伏電站運營的關鍵指標

光伏電站運營指標見圖2。

圖2 光伏電站運營指標

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、太陽輻射量、氣溫、濕度、風力等多個指標。

2)發(fā)電性能分析。發(fā)電性能包括有效利用小時數、棄光率、上網電量、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、集電線路等設備性能的運維管理。

6)光伏電站的等效利用小時數。是評估電站發(fā)電能力的重要指標。

7)光伏電站的綜合效率指標。是評估電站運行水平的關鍵指標。

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

光伏電站沒有旋轉設備，設備巡視及隱患排查治理監(jiān)管存在不足，拼設備可靠性水平較為普遍。設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；二是設計、基建和移交生產驗收把關不嚴；三是設備技術監(jiān)督欠缺、運行指標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、技術措施和安全措施；技術方案/應急預案)等規(guī)程標準力度不夠，安全生產與技術管理等制度不健全。

2.1 光伏電站人員培訓

光伏電站工作人員一般是校招或是火電、水電廠轉行引進，對光伏組件及逆變器的應用較少，特別是上網電量中諧波水平、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)技能培訓有針對性和實效性，應建立健全培訓體系及考評機制，有效提升人員專業(yè)技能水平或競爭力是電站安全生產的基石。

2.2 光伏電站設備技術監(jiān)督、關鍵環(huán)節(jié)把關

光伏電站技術監(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)電主設備的性能、質量與管理狀態(tài)。涵蓋光伏現場發(fā)電系統的多項設備或部件，以及相關試驗報告、管理運行資料等。

1)技術監(jiān)督的方法。在工程轉生產環(huán)節(jié)，監(jiān)督投運設備運行性能，電站電氣設備、集控系統運行情況，應按以下辦法遵照執(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)電主設備的性能、質量與管理狀態(tài)。涵蓋光伏現場發(fā)電系統的多項設備或部件，以及相關試驗報告、管理運行資料等。

圖3

2)光伏電站質量監(jiān)督節(jié)點，見圖4。

圖4 光伏電站質量監(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)現某組件存在零星的雜草遮擋時，立即進行清除。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，同時避免熱斑導致的組件損壞，降低場區(qū)發(fā)生火災的風險。

2)更改接線方式。對于豎裝雙排安裝的支架，傳統的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。可將接線方式改成“一”字形，即相鄰支架上排組件相互串聯成一個組串，下排組件連成一個組串，可根治此類問題。

3)調整組件安裝角度及地點。對于遮擋嚴重的或處于山坳中的組件，需要調整組串安裝角度，組件安裝離地應有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。對逆變器應定期更換濾網，清理風道，確保有效散熱。特別是對箱變基礎、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，導致事故隱患或風險。

5)利用SCADA后臺進行篩選分析，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)指導書。將倒閘操作、維護檢修、設備巡視等工作統籌規(guī)劃，對運行與維護各項工作職責進行分工，采用“無人值班，少人值守，集中監(jiān)控、檢修”的運維管控模式，可提升電站生產運維的集約化管理水平，達到減人增效的目標。

1)光伏電站調整運行方式，降低廠用電率。結合光伏電站不同負荷時的功率因數來設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)電負荷在2萬kW時，逆變器自身所發(fā)無功剛好能達到電網考核點功率因數為1，結合調度在功率因數低于0.9時進行考核，最終確定將無功裝置的運行方式調整為：負荷超過1萬kW上時停運，跌落至1萬kW時投運，定補2.35 MVar。此舉能夠滿足電網對功率因數的考核，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)進行，嚴禁選擇中午前后或陽光比較強烈的時段進行除草、清洗。

3)設備責任到人。結合光伏電站設備多、占地面積大、巡檢點多的特點，采取每個子陣固定責任人的方式，確保設備有人負責，根據關鍵績效指標嚴格考核管理，獎勤罰懶。

4)建立智能化監(jiān)控平臺。通過數據對標管理，及時識別異常組串。定期利用I/V伏安特性曲線、紅外成像設備、無人機巡視，鉗形表，能有效發(fā)現低效組件，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，減少設備故障等備件的停機時間。

2.5 光伏電站的外部協調管理

1)場站環(huán)境管理。光伏場區(qū)面積大，設備分散，防火、防盜、防破壞等形勢嚴峻，場站應依托當地村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府力量，成立安保小組，負責光伏場區(qū)防火、防盜、防自然災害、突發(fā)事件等工作，并加強事故隱患排查治理力度。

2)與電網調度有效溝通。場站應遵守調度紀律，加強溝通，降低因電網原因導致的限電、考核及停電風險。

3 結 語

2012年-2017年，光伏發(fā)電的LCOE(平準化度電成本)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%由投資成本下降導致，3%是由效率提升貢獻。我國的光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展模式逐步由補貼驅動轉變?yōu)槌杀掘寗印?/p>

總之，光伏電站的精益管理是一項長期工作，而傳統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)的技術途徑。精益運維與技術監(jiān)督工作則是圍繞設備進行的，目的是提高設備設施可靠性，提升電站技術和管理水平，可保障光伏電站全生命周期的安全高效運行。