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“从太阳能电池片、组件,然后到太阳能电站的设计、开发、运维以及转让,我们现在全产业链打通了”,一手把苏美达新能源板块做起来的苏美达集团总裁蔡济波接受《英才》记者专访时说。如今凭借新技术的突破,苏美达意欲在太阳能光伏领域实现弯道超车。 稳扎稳打
以贸易起家的苏美达凭借对市场的敏感嗅觉,在2006年开始进军光伏国际贸易领域,最多时苏美达每年光伏设备出口达3.7亿美元,进口更是多达10多亿美元。
但由于当时光伏行业是卖方市场,产品供不应求,而且没有研发和制造,很难和客户形成更深层次的合作。于是,为了争取话语权及主动性,也基于苏美达集团从贸易往实业转型的整体战略,2008年苏美达开始组建工厂,进入光伏研发与制造领域。
随着光伏神话的破灭,之前疯狂“攻城略地”的光伏企业深陷泥潭,而苏美达光伏产业却逐渐脱颖而出。蔡济波对《英才》记者表示,苏美达的光伏产业之所以稳健,和其前期没有在固定资产上大规模投入不无关系。
苏美达第一期光伏组件厂2008年兴建投产,第二期也是两年之后的2010年开建,虽然当时光伏产品需求旺盛,但是苏美达在产能上依然进行严格控制――即使能卖500兆瓦的产品,但苏美达的产能也保持在200-300兆瓦,另外的一半在外面代工。
这不仅避免了盲目的重资产投入,也保证了技术上的先进性。
去年苏美达技术更先进的盐城东台第三期项目投产,后续已显落后的第一期项目也将适时关停。“光伏技术更迭很快,我们的三期项目应该是技术最先进的,如果当时2010、2011年我们就已经扩产这么大,那么如今就扩不动了”,蔡济波说,“但是由于旧技术效率低、能耗高、成本高,所以新扩产的产能占总产能的比重越低,那么竞争力也就越差”。
此外,光伏电池片环节由于对技术和专业人才要求高,当时初涉此领域的苏美达便采用和专业公司合资的方式,但即便如此,苏美达也在电池片领域控制盲目扩产。
蔡济波始终坚持一个原则――没有新技术,不扩产。因为他认为,如果技术上没有突破,只做和别人一样的产品不仅没有意义,而且也会增大风险。
如今,经过十多年在新能源领域的运作,苏美达培养出了一支可以组织、对接新技术的专业团队,通过多种创新,实现了对市场现有同类产品的优化突破。
“如今太阳能光伏行业要靠技术创新来引领”,蔡济波表示,拥有创新突破的技术,以及通过借壳登陆资本市场的苏美达,在“技术+资本”的合力下,力图在新能源领域实现弯道超车。 发力分布式
如今中国已成为全球最大的光伏产品制造国和消费国,越来越多的光伏从业者把目光转移到了分布式光伏电站。蔡济波认为,分布式最符合新能源的特征,而且分布式更能w现管理的精细化,因此苏美达后续也准备在分布式电站领域“大干一场”。
虽然分布式光伏产业有万亿产值蓝海,但专业人士也指出,优质屋顶资源稀缺、部分项目建设质量低下,尤其是中小企业在资金上的捉襟见肘以及缺乏历史优秀业绩的背书,令不少银行融资机构望而却步,也在一定程度上制约着分布式产业可持续发展。
对此,在拓展工商业分布式光伏电站的时候,苏美达可以实现从电站方案的设计、审批、建造以及运维全部包揽,并且还保证电站电量,这是很多中小企业所难以具备的优势。另外,苏美达还能利用自身在金融方面的资源,帮助业主解决融资问题。
比如某电站造价1500万元,而企业只需先行出资400万元。其余1100万元,可以由苏美达帮助对接金融机构来进行项目融资,由于有苏美达对电站质量的背书,金融机构不仅对项目提供融资,而且还不需要业主进行担保。
除此之外,苏美达还和国机集团体系内的其他公司协同开发分布式能源项目。今年3月,国机集团旗下成员企业国机精工下属郑州磨料磨具磨削研究所(以下简称三磨)和白鸽磨料磨具有限公司,与苏美达集团下属苏美达能源举行了“三磨”1MW分布式电站项目并网和白鸽4MW分布式项目签约仪式。
这个分布式光伏电站项目由苏美达能源负责电站设计、前期项目衔接工作、融资方案以及运维支持。预计该电站每年发电量可达到100万千瓦时,80%以上的电量可用于企业自用,此外,多余的光伏电力也可直接上网,并与电网进行售电结算,从而实现项目收益的最大化。
华为将逆变器作为进入新能源领域的切入口。从力推“组串式逆变器”,到推广以逆变器为核心,加入监控系统、通信系统和云计算中心的智能光伏系统解决方案。差异化竞争让其取得了不俗业绩,有华为高管甚至表示,“华为今年肯定第一”。但环境在变,竞争对手已经将华为视为重点盯防对象,推出一系列应对措施,华为的进阶之路,将面临更大的压力。
差异化的捷径
华为的逆变器业务始于自身的通信电源。华为的电源业务随通信主业发展,人数一度超千人。2001年,华为为“聚焦主业”,将这块业务卖给了美国艾默生电气公司。到2008年竞业协议到期,华为网络能源业务才转向外部市场,2010年,逆变器业务独立出来,成为网络能源部三大板块之一。
华为只销售非主流的组串式逆变器。行业绝对主流是集中式逆变器,集中式逆变器规模大,单瓦价格低,在全球是绝对市场主流。传统观点认为,集中式适合大型地面电站,组串式适用于分布式光伏电站,而国内由于各种制约条件,分布式发展并不理想。
不止一位业内人士认为,华为只销售组串式逆变器好处多多。首先,华为做集中式逆变器很难超越阳光电源,还不如扬长避短推广组串式。其次,华为突破常理出牌,又有华为品牌背书,行业关注度一下子起来,非常有利于开拓市场。第三,集中式价格战惨烈,销售组串式,可以避开高强度价格竞争。
这两年内,华为很重要的一个工作是市场调研,并将结果反映到产品中。华为逆变器寻找“市场痛点”,改进后又形成了差异化优势。
据了解,与行业内普遍采用直销方式不同,华为绝大多数的销售通过商完成。华为解释说,这种方式可以弥补华为销售力量不足。
但在外界看来,这一模式一是通过利益分享,可以借助商资源,更快开拓市场;二是华为可以从商那里及时收回资金,规避了行业的长账期风险。而商为开拓市场,可以与开发商灵活商定账期。
得益于华为的进入,组串式逆变器的接受度在提高。2014年,近半的逆变器用户考虑在1兆瓦以上的光伏电站采用组串式逆变器。2013年这一比例仅为17%。
从2014年开始,华为淡化逆变器概念,推广智能光伏解决方案。这一整体解决方案,以逆变器为核心,配套监控设备、通信设备、云计算中心,远程精准监测光伏部件的运行情况,可以大大提高光伏运维效率。
2009年,财政部、能源局联手推“金太阳”工程,国内光伏电站规模化起步。2013年光伏上网标杆电价出台,光伏电站发展渐趋有序。国内光伏电站普遍运行才数年时间,而电站生命周期长达25年,光伏运维是必须面对的问题。
业内普遍认为,将逆变器与运维结合是未来的发展趋势。华为淡化逆变器,主推智能光伏解决方案,相对传统逆变器厂家卖逆变器,又形成了差异化竞争。
得益于差异化,华为逆变器业务快速增长,2013年实现出货量1吉瓦,2014年出货量4吉瓦,华为方面透露,2015年的计划是8吉瓦。
不遗余力营销
不管主动或被动,华为总是处于话题之中。当然,华为的品牌效应,加上其不走寻常路的做法,本身就容易招致关注。
2013年,华为宣布实现出货量1吉瓦,就引起行业的一片质疑。但到了2015年1月,华为公布当年的出货量,并称自己已然高出阳光电源公司5个百分点,成为中国第一。
这一次引起了阳光电源的反弹。阳光电源为此公告,强调尚没有行业主管部门及第三方研究机构对国内逆变器市场进行排名,并公布自己去年的销售量,超过华为公布的量。
4月份,一家光伏行业网站的逆变器20强排名榜单,又将华为和阳光电源拉入到话题中去。在这份逆变器榜单中,华为和阳光电源并列第一。
这个榜单在业内成为笑谈,因为这份榜单上逆变器厂商的总出货量,远超能源局公布的光伏装机量。
市场研究机构IHS的报告最终平息了阳光电源、华为谁是第一的口水战。据悉,在IHS的排名前夕,阳光电源和华为都提交出货清单,后来下调了华为的出货量。
华为一名负责媒体关系的负责人解释,2013年的情况,是因为华为不想参与排名,没有提交出货清单。第二年是因为统计口径不一样。IHS是将逆变器已经安装、或进入开发商库房才视为出货量,华为是将逆变器出华为仓库视为出货量。有一部分逆变器还在路上。
华为推广组串式逆变器,是以集中式替代者的姿态出现。这对传统观点形成了挑战,在行业内部,组串式与集中式孰优孰劣,已经成为热门话题,正反方都有一系列的论据。
一些业内人士认为,华为智能光伏解决方案的功能并不稀奇,业内早已经有类似的供应商。但是华为首先提出这个概念,“风头全被华为抢走了。”
在中电投黄河水电公司下属的光伏电站,华为智能光伏解决方案还配套了无人机巡检,华为又据此推出了“0-touch”理念。华为的一家竞争对手感叹,华为的产品是不错,但华为的强大是包括包装能力、营销能力的综合竞争力。
压力来自对手
随着销售量的扩大,华为必须在规模与效益上做一个平衡。业内传言,华为采用低价的激进销售策略来拓展市场。不过,有光伏电站开发商说,华为逆变器目前的价格,与行业平均水平相当。
有资料显示,2015年一季度,逆变器价格继续出现下滑。一季度,国内集中式逆变器每瓦单价在0.20元人民币-0.28元人民币之间,而组串式逆变器的每瓦单价在0.40元人民币-0.50元人民币不等。
逆变器行业正在进行价格战,行业面临洗牌,华为也面临着价格下降的压力。从2012年开始,逆变器就处于价格下降通道,两年多时间,集中式逆变器每瓦价格跌去了70%,而且还在下降。
华为的竞争对手也正缓过神来。从5月底开始,短短一个多月,阳光电源就连续与东方日升、林洋新能源、原南车株洲所、江苏旷达四家光伏电站开发商签署战略合作协议,对方保证优先使用阳光电源的逆变器产品。
阳光电源也在加大自己的组串式逆变器推广,还相继与阿里云、鉴衡认证中心合作,推广自己的光伏系统解决方案。阳光电源宣称,自己是亚洲最大的光伏系统解决方案供应商。
价格的压力、竞争对手的贴身缠斗和更高的销量目标,华为在承受着更大的压力。外界甚至有观点认为,华为在逆变器业务上投入巨大,如果不能尽快实现盈利,整个产品线都存在被华为内部淘汰的风险。
华为智能光伏解决方案一位高管否认了这一观点。该人士称,华为不追求短期利润,首先是寻求做大规模,成为领军者。他认为,逆变器行业价格战是过渡现象,随着产业集中度提高,前几名的几大公司会享受到较好的利润率。“华为在电信设备上就是这么过来的。”
关键词:移动式;光伏电源;无电区;光伏扶贫;太阳能;光伏发电设备 文献标识码:A
中图分类号:TN314 文章编号:1009-2374(2016)26-0039-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.26.019
1 概述
随着社会发展,人们的生活和工作越来越离不开电能。在一些地区如偏远山区、牧区、沙漠地区以及野外作业场合,电网覆盖不到,用电成了大问题,人们在这些场所通常采用燃油发电机等小型发电设备来发电,这种发电设备会消耗汽柴油等化石能源,使用成本高、污染大。相反,利用太阳能这种清洁、普遍的可再生能源进行发电的光伏发电设备具有显著优点:不消耗化石能源,无噪声和排放污染,运行维护成本低,使用寿命长。但现有的光伏发电设备往往需要就地施工,结构复杂,不便于移动和转场使用,不能很好地满足上述场合的使用需求。为此作者进行了移动光伏电源技术研究,并开发出了绿色环保、使用便利的移动式光伏电源产品。
2 光伏发电概述
太阳能是一种清洁、安全的可再生能源,光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。将太阳能电池组件与逆变、配电等设备配合就构成了光伏发电系统。光伏产业是全球能源科技的重要方向,也是我国初具国际竞争力的战略性新兴产业。虽然现阶段光伏发电初期投入比较高,但与常规能源发电相比,有其突出的优势,环保效益是一个方面,在其生命周期内,光伏发电较低的运维成本使其综合效益稳定可观。随着光伏发电的成本逐渐降低以及传统发电成本的上涨,光伏发电的优势将会越来越明显。从产品技术的发展来看,光伏应用的发展可以分为以下三个阶段:
地面光伏电站阶段:目前我国光伏产业主要还处在这个阶段。地面光伏电站需要专门的土地,适宜建设在太阳能资源丰富且土地资源充足地区,如荒地、滩涂、盐碱地等工农业利用价值低的土地,所发电能通过并网升压输送到远方负荷中心。但由于土地资源的限制和电网传输成本的增加,地面光伏电站的装机增速正在逐年下降。
分布式光伏发电阶段:是一种建设在用户场所或附近,以10kV及以下电压等级接入电网,所发电能以自发自用为主,多余电量由配电网进行平衡调节,且单个并网点(380V)总装机容量不超过6MW,220V用户侧单个并网点总装机容量不超过8kW的光伏发电设施。通常城镇用户可利用闲置屋顶或附属空间安装光伏并网系统,这种方式已在欧美国家广泛应用。另外,配置蓄电池或与用电设备直接匹配的离网型分布式光伏发电产品因其特有的适应性和灵活性,也具有广阔的应用空间。从2012年开始,国家相关部门开始大力推进分布式光伏发电的发展,未来5~10年,分布式光伏装机将成为光伏装机容量的主要组成部分。
高效、智能的光伏储能一体化阶段:未来随着微电网和智能电网技术的进步以及需求侧市场的放开,针对终端需求的光伏储能解决方案越来越重要,一方面通过技术升级实现光伏发电系统效率提升;另一方面通过智能硬件和网络服务实现智慧管控,实现发电和储能的商业模式创新。
3 移动式光伏电源技术研究
从目前的发展趋势来看,移动式光伏电源产品具有地面电站和分布式光伏所不具有的独特优势,是光伏应用的重要形式。目前市场上已出现多种可移动的光伏电源应用技术,如ZL201310433397.9专利公开了一种一体式光伏电源,直接在太阳能电池组件背面安装接线盒和移动电源模块,体积小、重量轻、便于携带,但只能输出直流电。ZL201320221353.5专利公开了一种可折叠模块化的光伏电源,包括用于安装控制模块的移动式支撑箱体、可折叠光伏支架以及安装在可折叠光伏支架上的光伏电池板,该技术具有体积小、模块化等优点,但折叠式结构往往存在可靠性低、使用寿命短的问题。上述各种光伏电源存在诸如容量小、输出模式单一、移动不便等问题,不能有效满足无电缺电地区及市电应用不便场合的用电需求。
笔者提出的产品原理如图1所示,主要由光伏组件、光伏控制器、逆变器、蓄电池、移动电源车组成,采用模块化结构,各个部件安装在户外专用拖车上,整机外观如图2所示,在动力装备牵引下,整个电源系统可灵活移动。
主要技术参数如下:(1)光伏系统容量:1~5kW(样机配置为2kW);(2)额定输出电压:AC220V(单相)/AC380V(三相);DC12~48V;(3)输出正弦波畸变率:0.8;(7)系统保护功能:过充电、过放电、过负荷、短路、反接、过压、漏电保护;(8)拖车:四轮拖车/两轮拖车,配有支撑腿。
主要功能特点如下:(1)能同时提供直流电源和交流电源,满足多种负荷需求;(2)模块化配置,使用和维护成本低、寿命长;(3)精巧的电动倾角调节机构,0°~40°大范围调节,适合各种光照条件;(4)可靠的伸缩机构和专用拖车,操作方便,便于移动,适合各种场合;(5)可配置市电充电功能,关键时刻可实现市电应急充电;(6)提供通讯接口,可接入互联网,实现远程管理。
综上,该移动式光伏电源技术参数可灵活配置,可为各种直流、交流负载提供电力,同时模块化的结构便于维护保养,在机动车等外力牵引下,可灵活移动和转场作业。传统离网光伏产品结构松散、可靠性差、容量偏小,仅能满足照明等基本需求,使用维护不便;而小型分布式并网产品需要固定的安装场合,占用空间,施工不便,维护成本高,且需要与市电并网,不能离网运行,只能作为补充能源。与其相比,移动式光伏电源具有独特的优势。
4 移动式光伏电源应用
基于本技术开发的光伏电源系统,实现了不依赖电网的电力供应,通过远程监控还可实现无电地区用电解决方案和远程服务,解决偏远地区运维难题。具体应用领域主要包括以下六个方面:(1)军队、野外作业:部队拉练、演习,考古探险,户外勘察等;(2)农业:灌溉、大棚供电、灭虫等;(3)兵团、牧区:灌溉、生活用电、电围栏等;(4)抗震救灾:应急供电,就地发电;(5)岛屿:无电岛屿供电、渔村生活用电、渔船应急电源(固定式方案);(6)服务区、车站、停车场、学校:应急备用电源、电动车充电电源。
以无电区为例,自2000年以来,国家已通过各种方式解决了607万户、2414万无电人口用电问题,但剩下的无电地区大都是最难啃的“硬骨头”,面临电力工程建设造价高、投资资金缺口大等问题,工程推进困难。这些无电区多为“老、少、边、穷”地区,经济发展相对滞后,距离现有电网较远,交通不便,施工条件差。由于自然环境恶劣,无电地区的工程造价普遍偏高,其输变电线路、电源工程建设造价比常规工程高2~3倍。而且无电地区负荷分散,电网建成后还将面临电网利用率低、维护成本高等问题。近两年来,国家通过大电网延伸和因地制宜发展小微水电、风光互补等方式解决无电地区人口用电问题,取得了很大进展。然而由于地域辽阔、居住分散、自然条件差、经济状况差、工程投资大、施工难度大等原因,四川、青海、甘肃、等部分偏远地区,还有一部分尚未彻底解决供电问题。2014年,国家能源局、国务院扶贫开发领导小组办公室联合印发了《关于实施光伏扶贫工程工作方案》,决定利用6年时间组织实施光伏扶贫工程。无电地区多数也是贫困区,光伏扶贫开拓了扶贫工作的新途径,也扩大光伏市场的新领域,移动式光伏电源产品为光伏扶贫提供了新的产品选择,也是解决最后这些无电区用电难题的理想方式。
再以国防应用为例,我国国境线长、接壤国家多,众多边防哨所地处偏僻的山区、分散的海岛或辽阔的草原,补给不便,生活及通信用电是个大问题。同时军队在野外拉练、演习或作战时,发电设备是重要保障,移动式光伏电源可以作为应急备用电源,一定程度上有助于降低对后勤补给的依赖。
针对快速增长的野外作业等电源需求,无论是地质勘探、考古发掘,还是基建施工、抗震救灾,移动式光伏电源能很好地解决对电网和化石燃料的依赖,只要有阳光,就能产生电能,满足作业需求。鉴于我国是农牧业大国,用电不便是农牧业生产普遍面临的问题。采用移动式光伏电源可为灌溉设备、黑光灯灭虫、电围栏等农牧业设备提供电源,使用便利。
随着人们生活水平的提高,高品质的户外旅游得到发展,房车自驾游、野外露营也将成为重要的旅游品类,该产品可以很好地发挥其移动灵活的优势,成为必备的旅行装备。景区建设也将对电源覆盖以及可靠性提出更高的要求,该产品不依赖电网、可持续供电的特征使其在该领域有一定优势,能够在旅游业大发展阶段获得一定市场。
5 结语
综上所述,移动式光伏电源技术是解决无电区及特殊用电需求的理想方式,但后续还需要不断优化,以适应市场和产业的多种需要,下一步重点研究内容包括结构小型化技术、特殊环境可靠性技术,以提高发电效率为目的的自动调节跟踪技术以及Plug and play自适应并离网技术等。
参考文献
[1] 王志新.移动光伏应急电源技术[J].高科技与产业化,2009,(6).
[2] 梁高琪.无电区能源利用[J].China's Foreign Trade,2011,(12).
[3] 廖东进,黄观吉.离网光伏发电系统优化设计探索
【关键词】光伏电站;并网;系统设计
能够直接和电网并网输送电能的光伏发电系统叫做并网型光伏电站,不向电网供电的叫离网型光伏电站。光伏电站可以带蓄电池和不带蓄电池等方式系统,带蓄电池的储能方式并网发电系统可调度性更强,能够根据需求接入或者退出电网,也可以用作电网故障时的备用电源,是一种清洁的可再生能源,研究大型光伏电站系统设计,对进一步提高光伏电站的效率和综合建设效益有着重要意义。
一、总体方案
(一)光伏阵列运行方式
光伏组件的发电量主要和光伏阵列入射角有关,通过研究自动跟踪系统自动调整阵列的入射角度,可以更好的利用光照资源,提高发电效率。
跟踪系统有单轴和双轴之分,单轴跟踪系统可进一步分为平单轴和斜单轴,选择跟踪系统结构形式要综合考虑光伏电站所在区域气候条件,选择抗风性能强、维护方便、可靠稳定且性价比高的结构类型。相比之下,双轴跟踪系统的发电量最高,比固定支架多出36%,斜单轴方案增加发电量31%,平单轴发电量增加量为18%。然而双轴跟踪系统占用更大的面积,建设与维护成本高,稳定性较差。斜单轴系统的占地面积和双轴跟踪系统基本相当,但是发电量增加却很小,由于带倾角,建设与维护成本也偏高。平单轴跟踪支架的占地面积增加较小,但是发电量增加较显著,作为一种多点支撑方案,稳定性高于发电效率更高的其他两种形式,经过经济性论证,认为选用平单轴方案比较合理。
(二)电站直流系统
光伏并网电站是单元系统叠加形成的,对单元系统的优化是电站优化的基础措施。
1、光伏组件组串
光伏组件输出电压变化应该在逆变器输入电压范围之内,并且输出功率应该尽量接近逆变器的最大功率点(MPPT),从而增大系统效率。
2、辐照情况
根据太阳能辐射情况,确定并联光伏组串总功率和逆变器额定功率之间的比值,接近1:1比较理想。
3、最高输出电压
光伏组串的最大输出电压不能超过光伏组件电压范围的高限值。
(三)总图
1、功能分区和布局
为了提高光伏电站场地资源,将西、北侧光照条件相对不良区域作为发展用地,安装合适的支架,提高光照利用率,南面采用不同的支架,更好的利用资源。
2、方阵区和内部通道
光伏组件形成矩形光伏阵列,区块之间设置内部通道,以不遮挡和检修方便为宜。设计阶段要注意确保南北向阵列内所有组件都在相同轴线上,两列光伏之间的距离要确保冬至日跟踪系统-60°-+60°范围内,全部光伏组件的有效日照时间至少有6h,而整个阵列的方位角应该控制在0°。根据场地纬度和自然坡度计算系统东向西轴心距离,南北向轴心距离的确定要兼顾东西方向消防、检修以及电缆通道。为了提高电缆敷设的标准性,采用电缆沟的电缆敷设方式,将逆变器设置在方阵道路两旁位置,方便运输已检修,隔一行光伏组件布置一条东西向电缆支沟,用于放置汇流箱,南北向组件电缆从电池背板经镀锌钢管引入支沟接入汇流箱。南北向电缆支沟经过逆变器室下,垂直连通东西方向电缆支沟,尽量减少低压直流电缆和高压交流电缆之间的用量。
3、道路
光伏阵列为矩形阵列,内设内部通道,区域内有道路连通,形成环路。
4、排水
场地内如果有自然坡度,可充分利用其排水。
5、围栏
围墙工程有厂区和升压站围栏两部分,均设置2.0m铁艺围栏。
(四)高压部分
光伏电站主要设备包括断路器、隔离开关、接地刀闸、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器等设备,将光伏区的电能汇总后经送电线路送至电网,除此之外,升压变压器系统、接线柜接线以及无功补偿装置SVG和电缆分接箱等设备也属于高压部分。例如30MWp地面光伏电站,1MW光伏发电单元可升至10kV/35kV,手拉手(π型连接)后汇集到一根高压线兰,到达高压室高压柜内,汇总后经送出线路送至对端变电站内,进而并网发电。
二、光伏发电组件
光伏发电组件主要由光伏阵列、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、箱变等设备组成。
(一)光伏系统
1、组串、阵列
光伏阵列是一系列光伏组件通过串并联组成的阵列,几个光伏组件串联成组串,根据昼间最低温度以及并网逆变器最大方阵开路电压确定串联组件数量。适宜光伏发电的区域往往光照强烈空气稀薄,最佳倾斜面条件符合光伏组件标准测试条件,瞬时照射强度超过1000w/m2,组件温度不超过25℃。光伏组件总容量需要根据场地实际工作条件确定,不能过大,避免逆变器出现过载停运的情况。为了方便后期运行维护工作,光伏阵列为20x2布局方案,呈南北向,240w组件每20个组成一个光伏串,组件之间的连线采用交叉跳线的方式,正负极在同一端出现,减小电缆总长度,为了降低组件串联导致的电压损失,保证汇流箱与直流柜进出线组件温度超过环境温度,光伏阵列的开路电压不能超过880v。除此之外,光伏组件的组串需要考虑组件的电流分档,要求相同组串内的组件峰值相同。
2、汇流箱、直流柜
汇流箱的核心功能是直流一次汇流,同时还有防雷、防反接等其他功能,由输入输出端子、熔断器、二极管、断路器、浪涌保护装置等元器件组成,主要有16进1出和8进1出两种型号。直流柜是汇流箱的上级设备,用于直流二次汇流。直流柜内有输入输出端子、输入断路器、电压电流表、断路器等元器件,要求输入断路器全部选择900v/200A规格,保护进线和内部设备。直流柜的7路输入中,6路是16进接线,另外1路是8路进线。
3、逆变器、箱变
逆变器的作用是将直流电转换成交流电,同时具备过流和自动开关供能、防孤岛运行等,为系统正常运行及故障提供可靠保障。箱变是将逆变成的交流生至所需的高压,并为光伏厂区二次侧供电,箱变内分为高压室、变压器室和低压室等,是光伏重要设备。
(二)二次系统
1、整体方案
结合光伏电站的实际情况,二次系统应该选择无人值守、远程监控和集中监控的方式,节省运维需要的人力资源。但是集中控制对二次系统运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求,远程监控要具有所有现场监控具备的功能,而且设计方案应该在技术经济条件可行的情况下满足光伏电站自动化与冗余需求。
因此光伏电站应该选用智能型光伏汇流箱,在实现汇流功能同时还能够对组件串电流、电压、防雷和短路设备的运行状态实施监控,并具有直流保护和逆流保护功能,借助通信接口能够方便的上传采集到的状态数据。逆变器柜同时还有过流保护功能,监测直流电流与母线电压,就地显示相关监控信息或者通过通信接口上传,是整个光伏矩阵的核心设备,为了提高逆变器柜的可靠性,可在设备内配置母线绝缘监测元件,实时了解设备绝缘与接地情况。
2、保护与自动化系统
采用箱式变压器,在变压器高压侧安装负荷开关与插入式全范围熔断器,提供过负荷保护与短路保护,变压器内设置压力释放保护,低压侧安装对应低压断路器,避免箱变过电流、过电压。
逆变器同样需要配置必要的过电压、过电流、过电频保护,同时额外增加防孤岛效应保护以及低电压穿越和有功功率控制功能。过电频保护可集成在母线侧,但是两种方案孰优孰劣尚有争议。
3、二次系统电源
汇流箱、环境监测、通信等系统功能都依赖外部电源,逆变器可由光伏系统供电。选择在线不间断交流电作为独立供电电源,并且设置UPS蓄电池,事故停电之后可供电2h,根据负荷需求选择合适的UPS自用电系统,通过通信接口连接到通信测控屏,上传设备信息。
4、辅助系统
光伏电站场地往往比较偏远,无人值班,所以有必要在光伏电站设置必要的视频监控系统和安全防护系统,使用摄像仪、红外探头以及电子围栏对光伏电站站内设备进行监控,记录场区侵入情况,为事后分析提供必要的监控资料。
结语
现阶段,光伏电站发电成本仍然高于传统发电形式,所以国内大规模光伏电站建设工作相对滞后,容量偏小,但是随着光伏发电技术、设备、工艺的发展和成熟,光伏发电成本将逐渐下降,发电效率逐渐提高,光伏发电将在国家电力供应中占据越来越大的份额。
参考文献
[1]陈国良,孙丽兵,王金玉.大型光伏并网电站功率预测系统设计[J].电力与能源,2014(01).
[2]方廷,郝毅,田俊文,刘峰.大型并网光伏电站二次系统设计及新方法应用[J].可再生能源,2014(06).
[3]朱守让,王伟,汤海宁,陈斌,张滔.大型光伏电站巨量控制点操作模式设计与应用[J].电力系统自动化,2014(14).
[4]张斌.大型太阳能光伏电站并网逆变系统研究[D].山东大学,2013.
【关键词】电力变电站 蓄电池 日常维护技术
电力变电站的蓄电池主要是采用阀控式的密封铅酸蓄电池(以下简称蓄电池)。由于蓄电池完全密封,不用加水维护,属于免维护的蓄电池,而往往因此导致其维护和管理工作被忽视,最终导致其在实际应用过程中存在容量低和失效早的情况,因而作为电力企业,必须在日常工作中加强对其的维护,切实加强维护技术的应用。
1 科学的选型和高效的配置是日常维护工作的根本
在电力变电站中,为了更好地加强对蓄电池的维护,促进其作用的发挥,首先就必须对其容量进行科学合理的配置。在具体的配置过程中,不仅要注重变电站内经常性的直流负荷,而且还要注重交流失电之后电力变电站在事故照明方面的负荷,所以一般所选的蓄电池的放电率盈在8到10小时,且严禁将不同厂家和容量的蓄电池组合使用。而在此基础上,为了预防电力变电站由于交流失电过长导致蓄电池放电过电时间较长,就需要对电力设备配备两组工作地电源,且源于两台变电站站用的变压器,并在变电站配置相应的发电机。最后就是确保所选的主充电设备模块,不仅具有实时监控的功能,而且还要具备智能化管理的功能,这样运维人员才能利用监控器所提供的实时数据,切实掌握整个直流系统所处的状态,并设置好备用的模块,一旦主充电设备模块发生故障,那么备用的充电模块就可以自动化的投入运行,预防由于蓄电池充电模块导致蓄电池出现过度放电。
2 蓄电池在投入之前切实做好预防性维护工作
(1)是对于投入使用的蓄电池,若其搁置的时间大于3个月,那么在投入使用之前,就需要我们对其补充电能。在补充电能过程中,2V系列的单体电池,每只充电的电压为2.23V到2.27V之间,且最大的充电电流应低于0.25C10A,当充电到电流稳定后3到6个小时内完成充电。
(2)是切实做好运行参数的设置,在蓄电池运行过程中,其运行参数的设置十分重要,常见的运输参数主要有浮充电压和均充电压,以及温度补偿系数和交流过压值、转浮充数据、转均充数据和交流限流值、交流欠压值等。在对其进行设置时,应严格按照设计要求进行设置,同时还应结合经常性的直流负荷加强对其的选型和参数的设置。单体蓄电池的浮充电压在2.23V到2.27V之间,且最大的充电电流应低于0.25C10A,而温度补偿系数则是3mV/单体/℃。而其浮充电压则为说明书中的下限值。且浮充电压均低于厂家设定的最大值,才能确保其得到安全高效的运行。
3 强化日常维护工作的开展
(1)是由于环境温度会给蓄电池的放电寿命和容量以及内阻和自放电等带来的影响较大。即便是开关电源自身存在温度补偿功能,然而由于在调整幅度和灵敏度上存在的限制较大,所以在日常运维中必须考虑其环境温度,这就需要运维人员在每天加强对蓄电池所处环境的温度进行记录,且蓄电池所在的温度最低不得超过22℃,最高不得超过25℃,才能确保其使用寿命得到有效的延长,从而确保其容量最佳。还有就是成套的充电蓄电池组,为了达到温度补偿的目的,我吗还应加强温度感应探头的安装,并对其灵敏度进行定期检测。
(2)是在日常检查工作中,每天应对蓄电池浮充电流达标与否进行检查和记录,若浮充电流出现突变时,应及时的加强对其原因的分析,并强化对其的处理。具体的情况应具体的对待。例如在蓄电池浮充电流陡增之后,若检查人员已经发现这一情况且忽视对其的处理,那么浮充的电流就会越来越大,而这就会导致整个电池组失效。究其根源,主要是其中的一个电磁存在内部短路的故障,而此时如部对其的浮充电压进行调节,那么就会导致其他电池的浮充电压变高,最终导致整个电池组的浮充电流加大,最终使得由于过充而出现失效的问题。
(3)是在每月应对电池的单体电压和终端电压进行一次测试,若有的电池的浮充电压小于2.18V时,就需要采取人工转换的方式对电池组进行均衡充电。在充电过程中,一般而言,单体电池在25℃时,其浮充电压为2.30V时,就需要充电24小时,而单体电池在25℃时,其浮充电压为2.35V时,就需要充电12小时。且在均充之后,若难以恢复正常,就需要及时的联系厂家加强对其的处理,因为整个端电压是代表蓄电池所处工作状态的主要技术参数,因而在对蓄电池端的电压进行测量时,既要在浮充状态下进行,又要在放电情况下对其电压进行测量。
(4)是每年需要对电池进行一次大充大放的容量恢复试验,从而激活电池内部的活化物质,从而将电池容量恢复。具体的方式就是把电池组从充电机脱离之后,在其正负极上接入可调负载,这样电池组的放电电流是0.1C10A时,应每隔半个小时就对电池的电压记录一次,当电池的电压降低到1.8V之后停止放电,且对其时间进行记录。
(5)是当蓄电池的不均性较强且进行深度放电亦或是运行时间超过三个月时,均需要对蓄电池进行均衡充电,达到对其补充充电的目的。而且在电池运行过程中,每个星期需要对其接线螺栓存在发热情况与否进行检查,每个月应对其外观存在变形异常与否进行检查,每隔半年还应对一次连接导线和螺栓的连接存在松动与腐蚀与否进行检查,且确保蓄电池之间的连接电压压降处于正常的范围之后,及时的拧紧各种松动的部件,清洁好被腐蚀和被污染的接头。
(6)是切实加强蓄电池的检测、记录和调试工作的开展,并加强对其数据的保存和上传,由专业人员对其运行数据进行分析和监控,对于存在的异常情况需要及时的分析和处理。同时还要对运维人员的职责进行有效的明确,强化运维人员的教育和管理,尽可能地确保其安全高效的运行,才能更好地夯实其日常维护成效,促进其在电力系统中的作用得以发挥。
4 结语
综上所述,电力变电站蓄电池日常维护技术水平的高低直接决定着蓄电池的作用发挥。所以必须引起我们的高度重视,切实加强电力变电站蓄电池日常维护工作的开展,尤其是应做好上述工作,才能夯实运维成效,促进电力系统安全高效的运行。
参考文献
[1]王昌贤.光伏电站中蓄电池的维护[J].青海科技,2006(05):10-12.
[2]牛春辉.光伏电站中蓄电池的维护[J].科技传播,2014(17):105+104.
[3]李晶,马辉.电站蓄电池运行维护的方案[J].四川电力技术,2004(03):31-32.
作者简介
荀思超(1972-),男,江苏省建湖县人。大学本科学历。现为国网江苏省电力公司盐城供电公司高级工程师。
沈雨生(1981-),男,江苏省盐城市人。大学本科学历。现为国网江苏省电力公司盐城供电公司工程师。
徐荣(1971-),江苏省盐城市人。大学本科学历。现为国网江苏省电力公司盐城供电公司高级工程师。