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大復盤!中國首批光伏電站已到中年!
i能源 | 來源:i能源 瀏覽次數:421 發布時間:2019年6月19日
摘要:

當中國第一批光伏電站已經到了需要保溫杯泡枸杞的“中年”,如何避免“油膩不堪”?

當中國第一批光伏電站已經到了需要保溫杯泡枸杞的“中年”,如何避免“油膩不堪”?

中國光伏十年復盤

多少電站已近中年

從2009年敦煌特許權招標到現在已經過去十年,以電站壽命25年計算,中國第一批光伏電站已經到了需要保溫杯泡枸杞的“中年”,但光伏電站的“養生”,卻不應該從中年做起。

而從2013年中國正式出臺上網標桿電價,也已過了5年時間。這五年中的電站,由于各種問題帶來的電站損失以及售后問題頻發。

全球領先的權威第三方機構萊茵TUV耗費大量時間和精力測試了12GW的光伏電站,他們發現其中30%(3.6GW)存在較嚴重的缺陷,其中約50%即1.8GW歸因于組件故障。按這個比例計算,截止2018年中國建成的174.63GW光伏電站中,有超過24GW存在或大或小問題的光伏組件。

這讓人不禁提出疑問:此前電站投資的財務模型中,光伏電站發電量每年只有1-2%的衰減是否是個偽命題?

筆者并不想把中國光伏電站冠以劣質的標簽,雖然確實存在一些質量或者運維的問題,但組件在生產、運輸、安裝,以及25年的運維過程中,出現一些小毛病是大概率事件。即使被認為是品質代表的歐洲,每年更換的組件數量也在5GW左右,這其中除了更換組件之外,還有做超配平滑發電曲線和提高單位面積發電量的因素在內。

真正的解決辦法,是盡快找出這24GW的故障組件,排除故障。對另外24GW的其它故障進行整改或零部件更換。

174GW的光伏電站,以270W組件折算,差不多有6.3億塊組件。運營3GW光伏電站的青島薩納斯總經理耿文強告訴筆者,目前20MW光伏電站需要5個運維人員,200MW需要14人,薩納斯運維人員約在400人,按此比例粗略計算,行業內運維人員約有2萬余人,每人平均要負責3萬塊組件,如果不采用智能手段,這是一個天量。

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一位資深的一線運維人員向筆者介紹:組件常見故障分為“遮擋、失效、玻璃爆、熱斑”四大類。

1、組件遮擋:由灰塵和周圍存在遮擋物產生,長期灰塵遮擋會腐蝕電池片和玻璃,同時導致組件熱斑及二極管循環導通;

2、組件失效:主要是由于組件接線盒故障導致組件完全無輸出,導致正常組串發電量因并聯失配而損失;組串電流持續通過接線盒會使接線盒溫度過高,長期存在安全隱患;

3、組件玻璃爆破:組件在搬運過程中受到嚴重外力碰撞造成玻璃爆破,也有因為玻璃原材有雜質出現原材自爆;導致組件功率失效或出現漏電危險事故;

4、組件熱斑:熱斑導致組件功率衰減失效或者直接導致組件燒毀報廢;肉眼無法準確判斷,需要借助儀器或通過異物遮擋判斷。

業界對光伏電站一般都采用抽檢的方式來查處上述問題,但10MW電站,即使按照0.1%抽檢率,也需要不菲的費用。而且由于抽檢率低,對電站的評估不全面;其次,測試需要帶上相應的測試設備,把組串拆下來,效率比較低。此外當前普遍采用比較輸出功率、開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流大小的方法識別組件故障,故障識別率低且容易導致誤判。總的來說,傳統的巡檢方式費時費力、效率低成本高,給業主的精細化運維帶來了非常大的困難。而且光伏電站場景非常復雜,除了平坦的陸地外,在山地、屋頂、水面上皆有應用,從而導致上站非常困難,檢測成本非常高等現實問題。

同時筆者也找來了一份華為公布的數據,他們用IV曲線智能診斷系統,為黃河水電檢測了60MW、10442個組串,發現128串故障組串,故障率1.22%,發電量損失4%-6%。

這些故障如果不排除,25年里將給電站減少500多萬的收益,甚至隨著故障累計,損失會逐步加大。

而從問題組件可以看出,大部分是二極管故障,占到91.4%。這些問題有些是因為生產質量問題,有些是因為施工不當造成,更多的則是因為后端管理工作不到位引起的。

隨著中國光伏制造越來越成熟,多場景設計與施工技術的完善,以及越來越多的光伏熟練工人,制造和施工的問題都在逐步好轉,而因為電站管理產生的損失,卻常得不到重視。

一個原因是電站的管理成效和損失都幾乎是隱形的,在電站沒有做到數據化的時代,這些問題很難暴露出來;另外一個難點在于如何把“運維.TXT”變成“EXE”可執行程序,知難行易。

中國運維發展史

“如果當時火星探索者能夠想到防沙,或許就不會再次失聯。”朱海東,安軒自動化副總經理,從2018年再度失聯的火星探測器機遇號談起,闡述光伏運維的重要性。機遇號在2018年6月遭遇到了席卷火星的沙塵暴,與美國宇航局失去聯系。NASA認為是由于機遇號的光伏板被遮擋,發電能力下降,無法獲得足夠電力來維持它的運轉。

光伏電站建設周期一般三個月到半年,但卻要使用25年,時間比2:98,所以對于一座電站來說,既不能“先天不足”,也不能“后天失養”。

雖然越來越多的企業開始關注運維,但重視程度、運維技術、手段、思路仍然是個漸進的過程。

歐洲發展光伏比較早,因此對運維也更加關注。隨著2013年后,國內光伏電站逐步增多,光伏運維也開始興起。

2014年開始,黃河水電與華為開始推行智能光伏概念,其中除了應用組串逆變器提升電站整體效率的同時,也將行業帶入了運維2.0時代。業內通過集控中心來遠程管理,保證電站的良好運行。

這階段,光伏電站的管理運維向兩個方向發展:

首先是電站開啟數字化經營之路,向精細化管理邁進;

另外是降低成本和減少人工,目標直指“無人值守”的少人值守模式,還包括通過運維總部的專家意見對現場進行快速故障排查,提高運維效率。

但在這個階段,電站的遠程管理、數字化引導成為了很多廠家的共識,“降本增效的運維服務在高科技面前是可行的,而且一定是趨勢。”通過海量的數據結合廠家對設備智能化的升級,搭配標準化的運維管理思想接入智能運營平臺,實現線上線下互聯,保證發電、管理和運行過程的透明。

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運維技術飛速發展,但商業模式卻在不斷退化,持有超過300MW的光伏電站,企業就幾乎都會選擇自己成立運維公司,因此,運維水平是參差不齊的。實際上部分企業仍然是用"高科技"的方式——擦板子。

電站投資企業和運維公司也建立了故障庫,希望用大數據來判定現場到底出了什么故障,以便帶著解決方案進場。

那么問題來了,更大量的數據怎么拿到?如何判斷電站故障在哪里?此外,我們注意到,光伏電站大多地處環境惡劣的廢地、沙漠、戈壁、荒山等處,運維人員甚至“運維”自身的生活都有挑戰,又如何助他們盡量減少工作量?

數字化電站的最后幾塊拼圖

IV曲線檢測、自動清洗、自動安裝

步入2019年,行業都在呼吁更智能的電站運維方式,產業內領軍企業正在推動各項技術,補齊智能電站的剩余幾塊拼圖:以華為等企業為代表推廣的IV智能診斷來解決由于組串數量眾多組件難以找到故障,巡檢難的問題;以安軒機器人等企業為代表推出的地面電站和工商業屋頂的AI機器人清洗方案;以及現在有企業正在研發的自動化安裝。

IV曲線組串智能診斷技術是國家電投黃河水電希望解決當前傳統巡檢方式的痛點,與華為公司聯合開發的。以逆變器輸出IV曲線為基礎,在管理系統上部署算法,同步進行數據分析、模式識別,實現電站級的組串全掃描,識別組串中存在的組件故障“隱患”,并率先在黃河水電的項目實踐,效果顯著。

根據黃河水電發布的資料:通過智能光伏管理系統和智能光伏控制器,可以在線、全量高精度檢測每個組串,并達到專業戶外IV測試儀器精度;完成一個子陣的掃描、數據分析及故障報告生成僅需約10-15分鐘,無需專業人員和設備上站,一鍵式遠程操作,大量節省了檢測強度,降低了電站對測試人員的需求以及測試成本;組串內部的組件故障,通過組串智能診斷實現預警,同時可進行電站健康狀況的綜合評估,實現問題的主動發現和預防性維護。該技術診斷精度和診斷效果已經得到了TUV的認證,而且也是目前唯一獲得TUV認證并且具有大規模商用實踐的技術。

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在黃河水電的龍羊峽電站9區38號子陣,采用IV診斷技術,即刻發現了8塊故障組件,占比為子陣組件總數的0.17%。但是按照原黃河水電公司0.3%的抽樣率,在該子陣中能夠抽樣到故障組件的概率僅為2.4%,即有97.6%的概率抽樣不到故障組件。

另外傳統的專業儀器只會測試,并不具備專業分析能力。而智能IV檢測技術,不僅能實現每個組串的掃描測試,而且能迅速評估組串健康狀態,輸出故障報告,并給予前瞻性維護建議,做到“帶著解決方案進場”。

上文中的那位一線運維人員告訴筆者,使用智能IV診斷技術,可以檢測超過14種異常類型,智能分析IV曲線數據,自動識別組串問題根因,并提供組串診斷報告。而且一鍵啟動,無需專業設備,無需人員現場操作在線掃描所有組串IV曲線,單子陣診斷啟動到報告生成只需15min,整個過程對發電量損失幾乎沒有。

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在黃河-華為的方案成熟后,這套系統目前在業內應用了3GW。其它幾家同類企業也看到這項技術的優勢,也已推出相似的解決方案,光伏電站智能化可謂大勢所趨。

同時新的AI機器人清洗方案也被業內一些企業推出,并正在進行可靠性測試。通過清洗機器人不僅能夠減少人工成本、提高清洗效果,還可以減少電站意外對于人員造成的傷害;同時由于采用機器人技術,人工在作業過程中踩壞組件,導致組件隱裂等情況也大大減少,給組件提供了良好的外部工作環境。在難以運維的工商業分布式項目中,清洗機器人可以提高平均10%的發電量,同時在大型地面電站中,可以提高平均7%的發電量。

這也給電站帶來新的計算模型,提升10%發電量,對業主增加的收益遠超過10%,或者也可以視作節約10%的投資成本。不論對于存量電站還是新建的平價電站,每瓦投入0.1元,10年內每年至少多收入10%,在光伏系統中高于任何一個設備的投資收益率。同時利用機器人技術可以更有效地保障電站的發電量和收益率,10%的提升發電量在平價時代,機器人會變成光伏電站的標配,以后電站清掃也會實現無人化,這樣光伏電站的收益模型也會更加準確和可控。

IV曲線掃描和自動清掃的發展,正在逐步補齊電站智能化的最后幾塊拼圖。而隨著自動安裝技術發展,山地、池塘等復雜地形施工也將得到更高效、更高質量的解決方案,可以做到從電站的設計建設、運維的全周期自動化,屆時,光伏電站才真正做到數據化、智能化。

電站的數字化趨勢是光伏產業的共識,實現起來也是一個復雜的過程,需要光伏整個生命周期各類型廠家的聯動。運維公司通過數字化的手段來驅動運維的管理,使運維模式發生的變化。比如大家說的少人值守,現在電站的哪些工作,是能夠交給后臺數字來管理的,而不需要每天跑現場。在電站提效方面,設備自身智能化、組件污染帶來的困擾,數字的積累可以驅動設備廠家更好的出具解決方案以及對于解決方案的驗證。但里面還需要注意一個最重要的問題,即所有的數字化的實現不僅僅在電站的前端,數字化電站的落地,為了更好的服務于電站后期的20年,需要充分結合企業的運維模式及思想的變化,才能真正達到降本增效。

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