光伏儲能系統(tǒng)：開啟綠色能源新未來

一、光伏儲能概述

今年以來，在政策利好推動下光伏、風(fēng)力發(fā)電、電化學(xué)儲能及抽水蓄能等新能源行業(yè)發(fā)展迅速，裝機(jī)容量均大幅度增長，新能源發(fā)電已經(jīng)成為新型電力系統(tǒng)重要的組成部分，同時這也導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)更為復(fù)雜，未來預(yù)計可再生能源裝機(jī)規(guī)模仍將快速增長，逐步完成能源體系的深度轉(zhuǎn)型，從而實(shí)現(xiàn)“碳中和"目標(biāo)。隨之而來的是光伏電站、儲能以及配套的電氣設(shè)施怎么通過系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)維管理，使之安全、可靠運(yùn)行。

光伏發(fā)電作為一種可再生能源利用方式，具有諸多優(yōu)勢。通過太陽能電池板，光伏發(fā)電可以將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，清潔環(huán)保且取之不盡。然而，由于光照強(qiáng)度和時間的限制，光伏發(fā)電存在間歇性和波動性，無法持續(xù)穩(wěn)定地輸出電能。這時，儲能技術(shù)的引入就顯得至關(guān)重要。

二、光伏、儲能運(yùn)維市場分析

據(jù)國家能源局新能源和可再生能源司數(shù)據(jù)顯示，2023年一季度全國光伏新增并網(wǎng)33.66GW，同比增長154.8%，其中集中式光伏發(fā)電15.53GW，分布式光伏發(fā)電18.13GW。截至一季度末，全國光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到425GW，其中集中式光伏249GW，分布式光伏176GW。太陽能發(fā)電投資完成522億元，同比增長177.6%。一季度全國風(fēng)電新增并網(wǎng)容量10.40GW，其中陸上風(fēng)電9.89GW，海上風(fēng)電0.51GW。截至一季度末，全國風(fēng)電累計裝機(jī)達(dá)到376GW，同比增長11.8%，其中陸上風(fēng)電345GW，海上風(fēng)電30.89GW。風(fēng)電投資完成約249億元，同比增長15%。

2023年1-4月電化學(xué)儲能投運(yùn)項(xiàng)目共73個，裝機(jī)規(guī)模為2.523GW/5.037GWh，裝機(jī)功率較去年同期（374.4MW）同比增長577.1%。其中磷酸鐵鋰儲能項(xiàng)目高達(dá)69個，裝機(jī)規(guī)模為2.52GW/5.019GWh；液流電池儲能項(xiàng)目共4個，裝機(jī)規(guī)模為3.1MW/ 18.1MWh。在光伏、儲能行業(yè)飛速發(fā)展的同時，已建的光伏、風(fēng)力發(fā)電站和儲能系統(tǒng)的監(jiān)控、運(yùn)維管理項(xiàng)目的招標(biāo)也非常多，2023年上半年，光伏電站開發(fā)企業(yè)運(yùn)維招標(biāo)規(guī)模28.6GW，同比增長204.3%，上述28.6GW招標(biāo)項(xiàng)目中，目前公布中標(biāo)結(jié)果的共計14.9GW，中標(biāo)情況見表1。光伏代運(yùn)維價格因光伏電站的地理分布、容量、環(huán)境以及考核條件的不同，價格也會有較大的差異，從表1可以看出運(yùn)維價格低至1.93元/年*kW。

光伏電站和電化學(xué)儲能電站裝機(jī)容量在今年上半年均大幅增長，預(yù)計受政策激勵影響，接下來光儲系統(tǒng)還會保持較大增長，以滿足雙碳計劃的要求。

同樣儲能電站的代運(yùn)維價格波動也比較大，比如廣東電網(wǎng)能源投資有限公司發(fā)布2023年200MWh用戶側(cè)儲能項(xiàng)目設(shè)備及運(yùn)維招標(biāo)公告，運(yùn)維服務(wù)價格為6元/年*kWh；克拉瑪依市600MW光伏配套120MW/240MWh儲能運(yùn)維總承包開標(biāo)價格為499元/年*kWh，運(yùn)維包含光伏設(shè)備、儲能設(shè)備以及配套的箱變等電氣設(shè)備的運(yùn)維。

光伏、儲能系統(tǒng)的代運(yùn)維價格不高，而且考核壓力大，運(yùn)維工作繁瑣，管理不當(dāng)還存在安全風(fēng)險，如果不采用合適的監(jiān)控系統(tǒng)來管理和運(yùn)維，人力成本將會非常高，而且發(fā)電效率也難以掌控，這將會導(dǎo)致代運(yùn)維公司無法盈利。在很長一段時間里，新能源電站的運(yùn)維管理都是很“粗糙"的，一句話就是——堆人。早期發(fā)電設(shè)備的不完備、急于上馬引起的施工漏洞又多，選址科學(xué)性的不足等等，都使得管理電站離不開人力的支撐。但這一過程并非沒有變化。通過各種技術(shù)手段升級，新能源電站運(yùn)維逐漸從粗放式管理向精益管理轉(zhuǎn)變。從業(yè)者也就在不斷探索怎么縮減對人力的依賴，怎樣提高管理效率。

3. 分布式光伏電站監(jiān)控及集中運(yùn)維管理

光伏電站的運(yùn)維對光伏電站的發(fā)電量至關(guān)重要，包括光伏組件、逆變器以及相關(guān)的電氣回路、升壓變壓器及并網(wǎng)柜等，數(shù)據(jù)監(jiān)測是光伏電站運(yùn)維中一個非常重要的部分，可以通過運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)時獲取光伏電站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，并通過這些數(shù)據(jù)指標(biāo)來判斷電站的運(yùn)行狀況和效率。在數(shù)據(jù)監(jiān)測方面，需要對光伏電站進(jìn)行以下幾項(xiàng)檢測：首先，需要對電站的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以了解光伏電站的實(shí)時工作狀態(tài)。其次，需要對光伏電站的溫濕度、太陽輻照度等環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測，以了解電站的運(yùn)行環(huán)境情況。最后，需要對光伏電站的累計發(fā)電量、組件和逆變器的運(yùn)行情況等進(jìn)行檢測和分析，以便及時采取相應(yīng)的維護(hù)措施。GB/T 38946-2020《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》對分布式光伏電站運(yùn)維以及集中運(yùn)維主站、運(yùn)維子站功能均作出明確要求。

3.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》GB/T 38946

《戶用分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接口技術(shù)規(guī)范》GB/T 33342

《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》GB/T 34932

《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》GB 50797

《分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行控制規(guī)范》GB/T 33592

《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》Q/GDW1480

3.2系統(tǒng)構(gòu)成

集中運(yùn)維系統(tǒng)可包括主站和子站以及之間的通信通道,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可參照圖1。

a)主站與子站間的通信可采用無線(GPRS/3G/4G)?公網(wǎng)?專網(wǎng)(專線/VPN加密鏈路)方式,宜采取相應(yīng)的信息安全防護(hù)措施;

b)主站與外部系統(tǒng)的通信滿足相應(yīng)系統(tǒng)的接入要求;

c)視頻信息不宜與監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸共用一個通道;

d)支持與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通信,通信規(guī)約宜采用DL/T634.5101?DL/T634.5104;支持與各子站通信。

圖1 運(yùn)維主站與子站系統(tǒng)架構(gòu)

運(yùn)維子站可根據(jù)分布式光伏電站裝機(jī)容量、有/無人值班等情況設(shè)置，在無人值班的情況下當(dāng)?shù)乜刹辉O(shè)置運(yùn)維子站，數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳運(yùn)維主站。

3.3光伏運(yùn)維子站解決方案

安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng)為分布式光伏電站運(yùn)維子系統(tǒng)提供了解決方案，滿足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》中對運(yùn)維子站的相關(guān)技術(shù)要求。

①數(shù)據(jù)信號采集

（1）運(yùn)維子站采集的模擬量數(shù)據(jù)包括下列內(nèi)容:

a)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)每個并網(wǎng)點(diǎn)有功功率?無功功率?電壓?電流?頻率?電能量等數(shù)據(jù);

b)分布式光伏逆變器有功功率?無功功率?電壓?電流?功率?溫度等數(shù)據(jù);

c)匯流箱各路電流?匯總輸出電流?母線電壓量等數(shù)據(jù);

d)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)周圍環(huán)境包括環(huán)境溫度?輻照度?電池板溫度等數(shù)據(jù);

e)子站應(yīng)建立數(shù)據(jù)存儲,存儲時間應(yīng)不少于7d?

圖2 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示

（2）運(yùn)維子站采集的狀態(tài)信號包括下列內(nèi)容:

a)分布式光伏發(fā)電公共連接點(diǎn)斷路器?隔離刀閘和接地刀閘位置?保護(hù)硬接點(diǎn)狀態(tài)以及遠(yuǎn)方/就地控制等各種開關(guān)量信號;

b)分布式光伏發(fā)電每個并網(wǎng)點(diǎn)斷路器和隔離開關(guān)的位置信號?重合閘位置?保護(hù)動作及告警信號;

c)光伏逆變器運(yùn)行狀態(tài)及告警信號;

d)分布式光伏發(fā)電主升壓變壓器分接頭擋位(當(dāng)采用有載調(diào)壓變壓器);

e)光伏匯流箱保護(hù)動作及告警信號;

f)分布式光伏發(fā)電保護(hù)?安全自動裝置等設(shè)備狀態(tài),保護(hù)動作及告警信號,運(yùn)行人員操作順序記錄信息?

圖3 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)顯示

②數(shù)據(jù)信息處理

子站宜對所采集的實(shí)時信息進(jìn)行數(shù)字濾波?有效性檢查?工程值轉(zhuǎn)換?信號接點(diǎn)抖動消除?刻度計算等加工?數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可進(jìn)行數(shù)據(jù)合理性檢查?異常數(shù)據(jù)分析?事件分類等處理,并支持常用的計算功能,支持對采集的各類原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分類存儲和管理?

圖4 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示

3.4光伏運(yùn)維主站解決方案

安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺適用于分布式光伏電站的運(yùn)維管理。GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》中對集中運(yùn)維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下：

①集中運(yùn)行監(jiān)視宜具備以下功能:

a)基礎(chǔ)信息展示:基礎(chǔ)信息包括場站名稱?場站地理位置?場站容量?場站組件面積等;

b)電站實(shí)時監(jiān)視:具備主要測點(diǎn)的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表;

圖5 分布式光伏電站場站管理及發(fā)電功率實(shí)時監(jiān)控

c)電站統(tǒng)計分析:具備主要性能參數(shù)的分時?分日?分月以及分年的數(shù)值展示圖表,主要性能指標(biāo)包括系統(tǒng)PR?等效利用小時數(shù)等;

d)歷史信息查詢:逆變器?匯流箱?電度表?環(huán)境監(jiān)測儀?并網(wǎng)點(diǎn)?變壓器等設(shè)備監(jiān)測點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出;

e)單電站數(shù)據(jù)展示:直觀展示電站全年?各月的計劃完成情況?上網(wǎng)電量?綜合效率等統(tǒng)計指標(biāo);

f)多場站數(shù)據(jù)展示:對集團(tuán)級的多電站計劃完成率?上網(wǎng)電量?綜合效率和資源分布等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行多角度?多維度的分析;

g)報表管理:根據(jù)需求選擇歷史數(shù)據(jù),生成不同格式和類型的報表;報表應(yīng)支持文件導(dǎo)出和打印等功能?

圖6 日月年發(fā)電數(shù)據(jù)報表及逆變器發(fā)電曲線分析

②操作與控制宜具備以下功能:

a)支持對電站設(shè)備的操作與控制,包括遙控?遙調(diào)?人工置數(shù)?標(biāo)識牌操作?閉鎖和解鎖等操作;

b)防誤閉鎖:支持多種類型自動防誤閉鎖功能,包括基于預(yù)定義規(guī)則的常規(guī)防誤閉鎖和基于拓?fù)浞治龅姆勒`閉鎖功能;操作指令宜經(jīng)過防誤驗(yàn)證,并有出錯告警功能;

c)順序控制:能夠按照預(yù)先設(shè)定的順序和流程控制電站設(shè)備動作;

d)支持操作與控制可視化;

e)操作與控制宜有記錄,包括操作人,操作對象?操作內(nèi)容?操作時間?操作結(jié)果等,可供調(diào)閱和打印?

圖7 遙控操作驗(yàn)證及操作記錄

③故障告警管理宜具備以下功能:

a)能夠?qū)⒎植际焦夥l(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)場所采集到的各設(shè)備故障類遙信信號上報至集中運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行展示;

b)能夠記錄故障告警的發(fā)生時間?設(shè)備位置?近期操作記錄?故障狀態(tài)等信息;

c)能夠?qū)υ诩羞\(yùn)維系統(tǒng)中展示出來的故障類遙信信號的信息進(jìn)行基本操作,如刪除?信息修改?查詢;

d)能夠?qū)收闲畔⑴挪榻鉀Q完畢后對故障造成的損失進(jìn)行評估;

e)能夠?qū)τ晒收细婢疤幹眠^程形成的故障案例進(jìn)行分類管理,具備快速訪問和查詢的功能?

圖8 告警分級和異常分析

④集中運(yùn)營管理宜具備以下功能:

a)運(yùn)行值班管理對將電站生產(chǎn)運(yùn)行值班過程中的主要事件進(jìn)行記錄;

b)巡點(diǎn)檢管理:制定巡點(diǎn)檢的操作方案,包含巡點(diǎn)檢設(shè)備?巡點(diǎn)檢路線?巡點(diǎn)檢任務(wù)以及異常數(shù)據(jù)反饋等功能,異常數(shù)據(jù)可以自動觸發(fā)故障單;

c)報告報表功能:能夠按照既定要求形成相應(yīng)的報告和報表功能,并支持文件導(dǎo)出要求;

d)資料管理功能:具備對系統(tǒng)相關(guān)資料進(jìn)行分類管理的功能,并支持快速訪問和查閱?

四．結(jié)語

在雙碳目標(biāo)以及電網(wǎng)運(yùn)行安全要求驅(qū)動下，光伏發(fā)電以及配套儲能系統(tǒng)未來將會得到越來越多的政策支持，可以想象未來也會有越來越多的資本投入促使行業(yè)迅速發(fā)展，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行安全，提升電能使用效率。但是微電網(wǎng)系統(tǒng)，特別是光伏電站和儲能電站的運(yùn)行安全不容忽視，需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，建立光伏和儲能監(jiān)測運(yùn)維管理系統(tǒng)對光伏電站和儲能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、預(yù)警、控制和運(yùn)維管理，保障安全生產(chǎn)。

未來新型電力系統(tǒng)中，企業(yè)光儲充微電網(wǎng)內(nèi)部以及企業(yè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的互動也會越來越頻繁，這需要一套統(tǒng)一平臺來對企業(yè)的“源-網(wǎng)-荷-儲-充"及運(yùn)維進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測和管理，這樣才能保障企業(yè)微電網(wǎng)有效運(yùn)行，從而促進(jìn)新型電力系統(tǒng)邁向穩(wěn)定、可靠、低碳的良性循環(huán)。