約束條件下的光伏發電設備監理的研究與應用

鄒平國，張鎮滔，李 剛，陳亞彬，李 強

(蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

0 引言

從長期來看，平價上網有利于可再生能源的技術進步和長期穩定發展，還可以促進國家能源轉型的步伐變快；從短期來看，平價上網必然會提升項目管理的約束水平，尤其是促使項目投資方尋求采購低成本的設備，以滿足項目內部收益率的要求。設備監理作為保障設備工程質量、進度、投資和安全的重要手段，是指根據國家有關法規、規章和技術標準，對設備形成的全過程和(或)最終形成的結果實施監督和控制，以確保設備制造及安裝調試的質量，這在保障光伏發電項目的投運與收益等方面具有重要意義[1]。

根據國家發展和改革委員會、國家能源局于2019年1月7日聯合發布的《關于積極推進風電、光伏發電無補貼平價上網有關工作的通知》(發改能源[2019]19號)的要求，我國光伏電站自該文件發布之日起，開始按照平價上網約束模式推進項目建設管理。一方面，在項目裝機容量不變的情況下，光伏電站總投資已直接對照燃煤標桿上網電價進行核算，且投資規模大幅縮減；在土地成本及施工成本基本不變化的情況下，項目投資方需要盡可能采購“價低”的光伏發電設備，而“價低”帶來的后果可能會導致設備采購質量急劇下降，最終影響項目的投資收益。另一方面，由于需要在極其受限的時間點前完成光伏發電項目的并網，在項目實施過程中一旦出現重大質量問題，項目的延期并網就已經直接導致了項目的失敗。因此，在平價上網背景下，常規的設備監理理論方法面臨挑戰，監督方法的彈性受限，需要根據光伏電站建設時的約束條件進行有針對性地分析與研究。

本文針對在光伏發電平價上網背景下，光伏電站建設的約束條件下光伏發電設備監理的范圍及監督方法進行了分析，并針對光伏發電設備批量生產的特點，在設備工程關鍵環節發揮設備監理應有的作用，避免因“價低”帶來的“質次”問題，從而促進光伏發電項目按時投運，并保障光伏發電項目的投資收益。

1 約束條件下的光伏發電設備監理

1.1 妨礙設備監理目標實現的約束條件

項目投資、項目進度及項目質量之間存在著既對立又統一的關系[2-3]。光伏發電設備監理的目標是在可控成本條件下，促使光伏發電設備工程進度符合項目需求，設備質量滿足國家有關法規、技術標準和設備采購技術要求。在政策推行平價上網的背景下，妨礙設備監理目標實現的約束條件及影響因素主要包括5個方面，即：投資總額約束、設備監理預算約束、電站并網進度節點約束、設備承包商誠信約束、技術標準約束。

1)投資總額約束。在土地成本與施工成本幾乎無變化的情況下，投資硬約束主要是限制設備采購預算，需盡可能低價采購設備，但“價低”可能導致“質次”，從而可能導致所選設備承包商的技術水平、質量管理能力等均低于行業平均水平。設備監理機構需要開展對比分析，并為設備承包商的質量管理能力提供更多的技術支撐。

2)設備監理預算約束。投資硬約束還將限制光伏電站投資方對設備監理機構投入資源的多少，其要求設備監理機構在投入有限資源的條件下實現設備監理目標。

3)電站并網進度節點約束。進度節點硬約束會導致項目質量問題的處理周期的剩余時間不足，合同約定的支付手段和控制手段受限。

4)設備承包商誠信約束。我國光伏發電累計并網裝機容量從2015年底的4218萬kW增至2019年底的20468萬kW，爆發式的增長帶來的結果是設備承包商良莠不齊，偷工減料、弄虛作假的情況時有發生，項目投資方對此是“零容忍”。設備監理機構需針對設備承包商的誠信行為做出有針對性的監理。

5)技術標準約束。依據《國家鼓勵實施設備監理的重大設備目錄(2014年版)》(國質檢質聯[2014]60號)和《設備監理單位行業管理規范(2017年修訂版)》(中設協通字[2017]10號)這2份文件的要求，光伏發電設備監理范圍至少應包括光伏組件和光伏逆變器，并鼓勵在設備監理過程中囊括機械設備、送出設備等。

1.2 約束條件下的光伏發電設備監理的范圍分析

1.2.1 設備監理的范圍

光伏發電設備包括光伏組件，光伏支架，匯流箱，逆變器，箱式變壓器(或逆變器-箱式變壓器一體機)，電纜，主變壓器，氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)/敞開式開關設備(AIS)，無功補償裝置(SVG)，以及中、高壓開關柜等[4]。除升壓站區域的設備外，光伏發電設備的生產方式基本屬于批量生產型，這與火電、核電等電力工業中設備單臺或小批量的生產方式不同，設備的質量管控方式也會有所不同[5]。

為便于進行設備監理必要性分析，由光伏電站投資人、設備監理專業技術人員從技術標準約束、設備投資額、可更換性、并網影響，以及以往工程的角度進行質量反饋幾方面進行綜合評分，評分總分為10分，以2分作為分檔。評分時，“技術標準約束”是依據《國家鼓勵實施設備監理的重大設備目錄(2014年版)》(國質檢質聯[2014]60號)和《設備監理單位行業管理規范(2017年修訂版)》(中設協通字[2017]10號)這2份文件進行判斷；“設備投資額”是以投資額最大為評分最高；“可更換性”是以最難以更換為評分最高；“并網影響”是以對并網影響最大為評分最高；“以往工程的角度進行質量反饋”是以質量問題關注度高為評分最高。設備監理必要性分析得分表如表1所示。

根據表1的得分結果，在所投入資源受限并考慮技術標準約束條件的情況下，建議設備監理范圍選擇總得分在30分以上(即監理必要性為“高”“中”)的設備，即優先選擇對主變壓器、箱式變壓器(或逆變器-箱式變壓器一體機)、光伏組件、逆變器、光伏支架進行設備監理。

表1 設備監理必要性分析得分表Table 1 Score table of equipment supervision necessity analysis

1.2.2 設備監理的階段范圍

1臺設備投運前需要經歷以下幾個階段：設計選型、設備采購、設備制造、設備安裝與調試等[1]，設備監理的階段范圍較廣，應包括以上幾個階段，下文進行詳細分析。

1)設計選型與設備采購階段。按照當前我國設備監理的常規做法，設計選型與設備采購主要由項目建設方進行管控，一般不委托設備監理機構提供技術支持。然而在設備采購過程中，設備承包商的選擇又將直接影響到后續設備監理的實施。因此，為保證設備的供貨質量，在條件允許的情況下，建議項目建設方在設計選型與設備采購階段設置“合格設備承包商名錄”或對潛在的設備承包商進行技術能力源地評審，從源頭保證設備承包商具備足夠的技術管理能力和誠信度。

2)設備制造階段。該階段是設備監理的重點階段之一，設備的原材料/元器件是否合格、裝配制造工藝是否合規、隱蔽工程是否合規、設備出廠性能是否符合設計要求等關鍵節點的監督均需要在這一階段進行實施。

3)設備安裝與調試階段。由于設備的包裝與運輸、設備的安裝過程均對光伏組件這一核心設備的影響較大，包裝與運輸不當、設備安裝不當均易造成光伏組件大面積隱裂等問題，進而引起光伏組件的熱斑效應，甚至有發生火災的風險；而且光伏組件的安裝規范性還將對光伏陣列的串、并聯損耗產生影響，最終還會影響光伏電站的發電量[6-8]。

綜上所述，在約束條件下，雖然光伏發電設備監理階段應覆蓋設計造型與設備采購階段、設備制造階段、設備安裝與調試階段，但核心是做好設備制造階段及針對易損件的設備安裝與調試階段的設備監理。

1.3 設備監理的方法分析

1.3.1 變壓器設備制造過程的監理

從設備分析來看，在約束條件下，變壓器設備質量會直接影響光伏發電設備監理項目目標的實現。在設備承包商的技術能力、質量管理水平均低于行業平均水平的情況下，更需要設備監理機構的專業監理工程師具備對設備承包商的技術、質量管控進行適當幫助的能力，使設備承包商可以按時、保質供貨；同時，設備監理機構也需要防范設備承包商偷工減料和弄虛作假。

變壓器設備制造過程的監理主要包括原材料及元器件監控，制造、裝配工藝監控，試驗過程監控，以及最終檢查的見證4部分內容。下文對這些內容進行詳細分析。

1)原材料及元器件監控。由于變壓器設備原材料及元器件成本占設備成本的比例較高，硅鋼片品牌及規格型號、電磁線材質及元器件品牌直接關系到變壓器設備的制造成本，且原材料及元器件一旦封入變壓器箱體，很難再次復檢，這往往是設備承包商偷工減料、弄虛作假的重點部件。因此，對原材料及元器件進行及時有效地監控，可大幅降低后續工序的質量整改需求。

2)制造、裝配工藝監控。變壓器的器身制造、裝配工藝的嚴謹性及防金屬異物控制可有效提升變壓器的出廠性能，從而可減少漏油的可能性、降低空載/負載的損耗，以及避免局部放電測試的超標。

3)試驗過程監控。變壓器試驗是在實驗室條件下對變壓器各方面性能進行的全方位檢測，以驗證其是否滿足設備采購技術的協議要求。該節點的監控已被列入設備監理機構的監督重點，主要從人員資格、檢測儀器校驗、待測變壓器器件的完備性(避免將專用試驗件用于產品件測試)、檢測規范性、電力試驗條件等方面進行全要素的監控。

4)最終檢查的見證。主要是對變壓器試驗結束后的吊芯檢查過程進行見證，對控制柜、附件裝配質量及防異物控制情況進行再確認，對出廠文件資料完整性與準確性進行核查。

1.3.2 批量生產型設備制造過程的監理

光伏組件、逆變器、光伏支架均屬于批量生產型設備，批量生產型設備質量的監理與火電、核電等電力工業中單臺或小批量生產型設備存在較大不同。若批量生產型設備發生質量問題，將導致其生產的產品批量不合格，且質量整改過程相當于重新生產一批產品。在平價上網背景約束下，批量生產型設備的質量問題整改難度更大，甚至存在工程建設中倒逼項目建設方降低質量標準來接收產品的情況。

設備監理過程需從工廠審核、原材料/元器件復核、整體性能測試、關鍵工序巡檢、產線成品抽檢等角度出發，采取審核、見證、巡視監督及平行檢驗等綜合手段進行監督，且監督與檢驗手段的角度不同，側重點也各有不同。

1)工廠審核。在批量型生產設備開始制造前，專業監理工程師應對工廠質量控制體系及檢驗標準進行完整梳理，以判斷工廠產能、原材料儲備、人力資源儲備、型式試驗覆蓋性、生產工藝規范要求與采購技術協議的匹配性，以及檢驗執行標準與采購技術協議的匹配性等是否足以完成采購合同。這是根據批量生產型設備的生產特點采取的專用監督與檢驗手段。

2)原材料/元器件復核。光伏支架用鋼板材料，光伏組件用太陽電池、背板材料，逆變器用斷路器和IGBT模塊等原材料/元器件的品牌一直是業內質量關注的重點。專業監理工程師應采取質量證明文件審查、實物的品牌及尺寸核查等方式進行見證。

3)整體性能測試。本監督與檢驗手段主要針對光伏組件。盡管設備型式試驗或檢驗認證報告已對光伏組件的環境適應性及主要性能參數進行了證明，但在持續批量生產的狀態下，物料清單(BOM)存在變更的需求，且原、輔材料生產線本身存在階段性質量波動的可能。為保證光伏組件長期運行性能的可靠性，對按當前BOM配置的光伏組件進行實驗室抽檢測試尤為必要，這是防止所供應的光伏組件存在功率衰減過快、機械荷載/機械強度不足等質量問題出現的重要手段。

4)關鍵工序巡檢。鑒于產品批量生產這一特點，部分工序的環境參數發生變化、工人責任心發生變化均會對產品的最終質量產生較大影響，比如光伏組件的焊接質量、光伏支架的噴砂鍍鋅質量、逆變器元器件間的裝配間距，以及設備出廠例行試驗參數設置等一直是質量問題頻發的環節。關鍵工序巡檢見證可降低不合格產品的數量。

5)產線成品抽檢。光伏組件、光伏支架、逆變器這類設備的每條產線的產能都在數百至數千塊(套、臺)不等，且根據生產工序的安排，均對產品在廠內做了100%檢測，但因產品數量巨大，這類檢測依然存在漏檢、檢測儀器誤報、檢測人員誤讀等問題。在設備監理預算約束下，宜按照國家標準GB/T 2828.1-2012《計數抽樣檢驗程序 第1部分：按接收質量限(AQL)檢索的逐批檢驗抽樣計劃》的要求，按班次計檢驗批對產品進行抽檢，在出現產品不合格數量超標的情況時，再對整批次產品全部進行重新檢驗，從而最大程度地減少對供貨節奏的影響，促進設備監理項目目標的實現。

1.3.3 光伏組件安裝過程的監理

由于光伏組件易碎，因此包裝與運輸、安裝過程的不規范均易對光伏組件產生影響，如產生隱裂、背板劃傷等，從而影響光伏組件最終的發電性能。通常光伏電站的工程監理不涉及針對設備性能損傷的檢測，因此由設備監理機構針對包裝與運輸、安裝過程對光伏組件質量產生的影響進行檢測評估。

光伏組件安裝過程監理的主要內容包括：卸貨監理、到貨開箱抽檢、安裝后方陣檢驗等。

在設備監理預算約束下，光伏組件安裝過程的監理宜按照工程區塊的劃分進行，將監督檢測手段側重于每個工程區塊的首批(均按裝機容量為1 MW的光伏組件計為1批)和中間數批已到貨或已安裝的光伏組件上，并按照國家標準GB/T 2828.1-2012的要求對上述已到貨或已安裝的光伏組件批次進行抽樣檢測，以便發現質量問題后可以及時整改。

2 約束條件下光伏發電設備監理的工程應用

以某公司的260 MW平價上網地面光伏發電項目為例，對約束條件下的光伏發電設備的監理進行了工程應用驗證。該光伏發電項目的平價上網電價僅為0.3844元/kWh，項目總投資為13億元，實際勘察設計、設備采購、工程施工采購(EPC)總金額僅為9.35億元。項目開工日期為2019年9月中旬，在2019年12月底全裝機容量并網，實際工程周期低于100天。

在光伏平價上網背景下，約束條件下設備監理的實施范圍為光伏組件、光伏支架、逆變器、箱式變壓器、主變壓器；設備監理實施階段范圍的核心最佳選擇為設備制造階段和設備安裝與調試階段。

對在項目實施過程中出現的較為嚴重的典型問題進行分析并提出相應的解決方案。

1)由于主變壓器承包商的制造技術、質量管理能力不足，設備監理機構對此有針對性地派出經驗豐富的專家級設備監理工程師。設備監理工程師在監理實施過程中累計發布8份工作聯系單，以促使主變壓器承包商提升制造過程中的質量管控能力，從而保證了主變壓器設備按期、保質交付。

2)在箱式變壓器制造監理過程中，專業設備監理工程師嚴格控制偷工減料、弄虛作假問題，在發現低壓線圈的“鋁代銅”問題(如圖1所示)后，專業設備監理工程師及時報告給項目投資方，并協調、督促設備承包商在第一時間重新生產制造。

圖1 箱式變壓器低壓線圈的“鋁代銅”問題Fig. 1 Problem of“aluminum replacing copper”in low voltage coils of box type transformer

3)通過整體性能測試，發現光伏組件功率衰減異常現象，及時摸排問題組件，確認問題組件的位置及數量，并單獨劃定區域放置或貼問題標簽。

4)發現光伏支架批次性尺寸不合格、鍍鋅質量不佳等問題，并進行整批次返工及重檢。

5)該項目累計劃分了13個工程區塊，通過對首批次光伏組件的安裝質量進行抽檢，發現第3個工程區塊的光伏組件安裝質量不合格率超標，督促施工單位剔除不合格光伏組件，進行經驗反饋培訓，并對第3個工程區塊的光伏組件安裝作業方式進行整改。

圖2為EL檢測設備拍攝的光伏組件電致發光狀態下的照片。

圖2 EL檢測設備拍攝的光伏組件電致發光狀態下的照片Fig. 2 Photo of PV modules in electroluminescent state taken by EL testing equipment

通過在該260 MW平價上網地面光伏發電項目采用光伏發電設備監理的結果表明，在有限資源投入下，有針對性地預防核心設備的質量缺陷，以及在早期發現并及時糾正重大質量問題，能夠促使設備監理目標的圓滿實現。

3 結論

本文對光伏發電平價上網背景下，約束條件下光伏發電設備監理的范圍及監督方法進行了分析，得到以下結論：

1)在平價上網背景下，妨礙光伏發電設備監理目標實現的約束條件主要包括投資總額約束、設備監理預算約束、電站并網進度節點約束、設備承包商誠信約束和技術標準約束。

2)在約束條件下，應優先選擇對主變壓器、箱式變壓器(或逆變器-箱式變壓器一體機)、光伏組件、逆變器、光伏支架進行設備監理；光伏發電設備監理階段的核心最佳選擇為設備制造階段及設備安裝與調試階段。

3)在約束條件下，針對變壓器設備制造過程的監理應注意對設備承包商的技術能力、質量管控能力進行幫助，并防范設備承包商偷工減料、弄虛作假；針對批量生產型設備制造過程的監理，宜根據設備特點從工廠審核、原材料/元器件復核、整體性能測試、關鍵工序巡檢、產線成品抽檢等角度采取審核、見證、巡視監督及平行檢驗等綜合手段進行監督；對光伏組件等易損設備安裝過程的監理宜按照工程區塊的劃分進行，將監督檢測工作側重于每個工程區塊的首批和中間數批已到貨或已安裝的設備。

通過對約束條件下光伏發電設備監理在260 MW平價上網地面光伏發電項目的應用驗證，發現在有限資源投入下，有針對性地預防核心設備的質量缺陷，以及在早期發現并及時糾正重大質量問題，能夠促使設備監理目標的圓滿實現。