光伏能源作為取之不盡用之不竭的天然清潔能源,將在未來的新能源開發(fā)中成為優(yōu)選的新能源,太陽能資源將以其無盡開采、無污染等特性成為未來其他非可再生、污染性能源的替代品,在未來將得到全球各國的重視。
而且隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,大數(shù)據(jù)時代的到來,在未來發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+"智能光伏電站將成為光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性發(fā)展的大突破口,關(guān)乎未來光伏產(chǎn)業(yè)的延續(xù)與發(fā)展。在日漸信息化、數(shù)字化的時代,能否將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分利用到光伏能源的開發(fā)與建設(shè)中,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與光伏產(chǎn)業(yè)的結(jié)合,將成為未來光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、新方向。
1、工程案例
項目名稱:浙能長興地面光伏電站工程造價:5000萬元,長興電廠光伏安裝工程分廠區(qū)和廠外兩個區(qū)域,太陽能電池組件29460塊,合計功率8.38兆瓦,參與項目設(shè)計管理、設(shè)備采購、安裝施工等。
2、我國光伏電站發(fā)展現(xiàn)狀
多年來,中國的電力能源市場主要以開采容易、價格低廉的燃?xì)?、煤炭等不可?能源為主,利用這類能源開發(fā)電力比例可達(dá)發(fā)電總量的60%以上。而水能、風(fēng)能、太陽能等清潔、可再生能源由于其開發(fā)技術(shù)要求高,所需投入的成本較高,而且對政府政策引導(dǎo)的依賴性很強(qiáng),光伏產(chǎn)業(yè)基本不在市場的可調(diào)控范圍內(nèi),缺乏市場活力,所以利用這類能源開發(fā)日常電力資源所占的比例還是十分小的,占全國總發(fā)電量的15%左右。想要大力開發(fā)太陽能為主的光伏發(fā)電,則需要各個國家在政策、技術(shù)、資金上給予大力的幫扶,促進(jìn)新能源開發(fā)的持續(xù)性發(fā)展。
隨著全球環(huán)境保護(hù)意識的提升,當(dāng)前各國家和地區(qū)在光伏電站的開發(fā)與建設(shè)上的技術(shù)與水平得到了顯著的提高,這對于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是十分利好的消息,光伏發(fā)電在技術(shù)條件的支撐下,開發(fā)建設(shè)成本明顯下降,全球光伏電站的建設(shè)數(shù)量正呈現(xiàn)逐漸上漲的趨勢,光伏發(fā)電前景一片光明。據(jù)國際能源署調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,到2050年光伏發(fā)電占全球平均發(fā)電量將上升至16%,光伏發(fā)電將成為國際上較為可靠的電力供應(yīng)渠道之一。
3、“互聯(lián)網(wǎng)+"智能光伏電站優(yōu)勢
2018年我國工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家能源局、國務(wù):扶貧辦六個部委共同出臺葉智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃淵2018~2020年冤曳。該計劃提出,到2020年中國智能光伏的建設(shè)將取得顯著成果,互聯(lián)網(wǎng)加光伏電站將實(shí)現(xiàn)行業(yè)自動化、信息化、智能化,光伏電站智能制造技術(shù)與裝備將實(shí)現(xiàn)大突破,智能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境將實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化與完善。
“互聯(lián)網(wǎng)+"智能光伏電站的建設(shè),是在互聯(lián)網(wǎng)與信息化加太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的跨界融合,利用互聯(lián)網(wǎng)與信息化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)光伏電站從建設(shè)到維護(hù)都緊隨大數(shù)據(jù)時代的創(chuàng)新步伐,最終實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電發(fā)展結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級,節(jié)約光伏電站從前期建設(shè)到后期維護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本與人員投入成本,實(shí)現(xiàn)效益較大化,并且能夠較大限度克服因各種地質(zhì)環(huán)境對光伏電站所產(chǎn)生的障礙,發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:
3.1大數(shù)據(jù)運(yùn)維,實(shí)現(xiàn)設(shè)備升級優(yōu)化
對于光伏電站不光要考慮到如何建設(shè),更要考慮到建設(shè)后的運(yùn)營與維護(hù)問題,建立較優(yōu)質(zhì)的運(yùn)營體系是互聯(lián)網(wǎng)智能光伏的較大優(yōu)勢,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠利用大數(shù)據(jù)手段主動進(jìn)行分析與比對,對所光伏設(shè)備的運(yùn)營狀態(tài)設(shè)置到較優(yōu)化的狀態(tài),將低效并且存在隱患的設(shè)備區(qū)分出來,及時進(jìn)行隱患隔離,實(shí)現(xiàn)光伏電站高效運(yùn)營。
另外,互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站還能夠?qū)⒁欢螘r間內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集,對設(shè)備在這段時間內(nèi)的運(yùn)行效率與故障報修進(jìn)行對比分析,為接下來時間里設(shè)備的設(shè)計與運(yùn)營提供參考。
3.2數(shù)據(jù)監(jiān)控,減少人力投入
我國的光伏電站多是建設(shè)在人煙稀少的沙漠地帶,且電站的規(guī)模較大,這為日常的設(shè)備看守、巡查、檢修都帶來了不少的壓力。尤其是這些偏遠(yuǎn)的沙漠地帶,想要長期留住運(yùn)營人員也是有很大難度,就算是有技術(shù)人員能夠長時間駐守,但是由于荒漠環(huán)境惡劣,工作人員的日常工作難度和壓力也是可想而知的。
而互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站就能很大程度的解決這一難題,智能光伏電站無需技術(shù)人員的每日巡視和維護(hù),只需要在室內(nèi)對設(shè)備的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施監(jiān)控與故障檢測,大大的節(jié)省了人力物力的投入,大大降低了運(yùn)營的成本與難度。
3.3智能診斷故障,提高運(yùn)維效率
在普通光伏電站的日常運(yùn)維中,有時會出現(xiàn)很多工作人員都無法查找到障礙出處和電量大量丟失的狀況,在這種狀況下,光伏電站的運(yùn)營就可以利用互聯(lián)網(wǎng)無線傳輸與GPS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位與判斷,對整體設(shè)備進(jìn)行掃描與分析,幫助工作人員及時制定故障解決措施,準(zhǔn)確找到電量丟失的原因,盡快排除障礙運(yùn)營狀態(tài),減少光伏電站的利潤損耗,一次性解決問題。
4、安科瑞分布式光伏運(yùn)維云平臺介紹
4.1概述
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺通過監(jiān)測光伏站點(diǎn)的逆變器設(shè)備,氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點(diǎn)。主要功能包括:站點(diǎn)監(jiān)測,逆變器監(jiān)測,發(fā)電統(tǒng)計,逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環(huán)境監(jiān)測,設(shè)備檔案,運(yùn)維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺,及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。
4.2應(yīng)用場所
目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是:廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表,通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺,及時獲取分布式光伏電站的運(yùn)行情況以及各逆變器運(yùn)行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。
4.4系統(tǒng)功能
AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺軟件采用B/S架構(gòu),任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息)。
4.4.1光伏發(fā)電
4.4.1.1綜合看板
●顯示所有光伏電站的數(shù)量,裝機(jī)容量,實(shí)時發(fā)電功率。
●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●累計社會效益。
●柱狀圖展示月發(fā)電量
4.4.1.2電站狀態(tài)
●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率,補(bǔ)貼電價,峰值功率等基本參數(shù)。
●統(tǒng)計當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。
●攝像頭實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境,并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。
4.4.1.3逆變器狀態(tài)
●逆變器基本參數(shù)顯示。
●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。
●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。
●直流側(cè)電壓電流查詢。
●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。
4.4.1.4電站發(fā)電統(tǒng)計
●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。
4.4.1.5逆變器發(fā)電統(tǒng)計
●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表
4.4.1.6配電圖
●實(shí)時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。
●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。
●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。
●展示逆變器型號及廠商。
4.4.1.7逆變器曲線分析
●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。
4.4.2事件記錄
●操作日志:用戶登錄情況查詢。
●短信日志:查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。
●平臺運(yùn)行日志:查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。
●報警信息:將報警分進(jìn)行分級處理,記錄報警內(nèi)容,發(fā)生時間以及確認(rèn)狀態(tài)。
4.4.3運(yùn)行環(huán)境
●視頻監(jiān)控:通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭,可以實(shí)時監(jiān)視光伏站運(yùn)行情況。對于有硬件條件的攝像頭,還支持錄像回放以及云臺控制功能。
4.5系統(tǒng)硬件配置
4.5.1交流220V并網(wǎng)
交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電,裝機(jī)功率在8kW左右。
部分小型光伏電站為自發(fā)自用,余電不上網(wǎng)模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置,避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:
4.5.2交流380V并網(wǎng)
根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,8kW~400kW可380V并網(wǎng),超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點(diǎn)380V并網(wǎng),以當(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏,自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前,應(yīng)明確計量點(diǎn),計量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外,還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置,其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定,以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表,技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置,應(yīng)安裝采集設(shè)備,接入用電信息采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動采集。
光伏陣列接入組串式光伏逆變器,或者通過匯流箱接入逆變器,然后接入企業(yè)380V電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量,同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表,用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量,數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng),用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。
部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用,余電不上網(wǎng)模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置,避免往電網(wǎng)輸送電能,系統(tǒng)圖如下。
這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中,可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:
4.5.310kV或35kV并網(wǎng)
根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)事項通知》(國發(fā)新能〔2019〕49號),對于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目,需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)要求的前提下,通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。
此類分布式光伏裝機(jī)容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機(jī)容量較大,可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。
光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。
上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置),最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大,涉及到的保護(hù)和測控設(shè)備比較多,主要如下表:
5、結(jié)語
智能光伏電站作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所涉及的新興領(lǐng)域,由于還有很大技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的欠缺,所以互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站在建設(shè)與維護(hù)上還存在很大的不穩(wěn)定性,目前在我國還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參考,存在很大的挑戰(zhàn)性。我們要從國家政策引導(dǎo)、經(jīng)濟(jì)扶助、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究等多角度出發(fā),攻克互聯(lián)網(wǎng)智能光伏電站從前期建設(shè)到后期運(yùn)維的多種難題,最終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)智能光伏建設(shè)的跳躍式發(fā)展與進(jìn)步。
【參考文獻(xiàn)】
[1]韓建云.淺談能源互聯(lián)網(wǎng)之智能光伏電站建設(shè)于運(yùn)維[J].電力訊息,2018年11月.
[2]黃志.能源互聯(lián)網(wǎng)之智能光伏電站建設(shè)于運(yùn)維探討[J].大科技,2017(21):125.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.