光伏電廠智能化技術(shù)應(yīng)用分析

楊吉洲 黃世清 李新軍

徐聞縣粵水電能源有限公司 廣東 湛江 524100

引言

隨著國家戰(zhàn)略“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，將加速我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)化石能源占比將快速下降，低碳、零碳排放的清潔能源大幅增容，光伏占比將快速提升。光伏制造成本逐年下降，光伏發(fā)電進(jìn)入廣譜化時(shí)代，也將從工業(yè)走向生活，從集中走向分散，從單一走向多元。光伏也將向著智能化模塊化轉(zhuǎn)型。

光伏成本圖（以下數(shù)據(jù)來自中金公司）：

圖1 能源成本對比

隨著光伏板廣泛應(yīng)用，光伏板趨于小規(guī)模化、智能化、集成化、模塊化等進(jìn)化，光伏發(fā)電存在缺點(diǎn)逐漸應(yīng)用過程中不斷進(jìn)行彌補(bǔ)，通過融入生態(tài)環(huán)境將光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)兩大功能，第一區(qū)域自給自足，第二起到削峰填谷作用，以下是光伏應(yīng)用各種場景：

圖2 光電分布

本項(xiàng)目所在地為熱帶地區(qū)（廣東省徐聞縣），鯉魚潭光伏電廠總裝90MW，占地面積約1400畝，位于水庫消落區(qū)，屬“漁光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)”發(fā)電項(xiàng)目，已經(jīng)全部投產(chǎn)發(fā)電。本地區(qū)屬于海洋性氣候，具有高溫、潮濕、鳥蟲多等特征。本發(fā)電項(xiàng)目占地面積廣，電氣設(shè)備數(shù)量多而分布成片區(qū)，運(yùn)行條件復(fù)雜多變。如果保持傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式，人員投入較大。設(shè)備管控盲點(diǎn)也多，工作量顯為突出，無法短時(shí)間內(nèi)完成所有設(shè)備的巡檢工作。設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著電廠的安全與效益。

1 項(xiàng)目目的

隨著光伏電廠設(shè)備的運(yùn)行，光伏設(shè)備衰減老化逐漸突出，設(shè)備缺陷趨于隱性，設(shè)備維護(hù)量越來越大，因此需要不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和管理層面的優(yōu)化，對運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題進(jìn)行研究改進(jìn)以保證發(fā)電設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足要求。

在努力提高光伏發(fā)電設(shè)備質(zhì)量的同時(shí)，利用先進(jìn)的智能化管理技術(shù)和大數(shù)據(jù)手段為突破點(diǎn)，來做好光伏發(fā)電設(shè)備漫長全生命周期的運(yùn)行維護(hù)，確保其最大效益化是光伏發(fā)電穩(wěn)定發(fā)展的終極目標(biāo)。對已經(jīng)運(yùn)行的光伏發(fā)電設(shè)備，可以通過技術(shù)研究，延長光伏發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命，保證設(shè)備可利用率

2 整體思路

根據(jù)以上特點(diǎn)，決定推行智能化電廠管理技術(shù)并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，簡述項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)分為以下幾個(gè)方面：

①智能化技術(shù)：高壓電纜頭智能測溫技術(shù)；光伏區(qū)智能驅(qū)鳥技術(shù)；智能滅火器技術(shù)；室內(nèi)智能溫濕管控系統(tǒng)技術(shù)；智能化巡視。②智能化管理：智能倉庫管理系統(tǒng)；智能化診斷；智能化修復(fù)。③智能化分布：建筑結(jié)合；需求功能結(jié)合；光儲(chǔ)結(jié)合；水光結(jié)合。④生態(tài)智能化：農(nóng)光互補(bǔ)；林光互補(bǔ)；漁光互補(bǔ)。

3 智能化技術(shù)解析

3.1 高壓電纜頭智能測溫技術(shù)

徐聞鯉魚潭光伏發(fā)電廠設(shè)備分散范圍廣，電氣電纜設(shè)備連接點(diǎn)眾多。由于長時(shí)間帶電運(yùn)行連接點(diǎn)受環(huán)境等因素影響容易出現(xiàn)氧化、松動(dòng)導(dǎo)致連接不牢、生熱、甚至起火，存在安全隱患。

智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)每臺(tái)箱變設(shè)置1臺(tái)RD-TC300無線測溫主機(jī)、升壓站設(shè)置3臺(tái)RD-TC300無線測溫主機(jī)用來接收電纜接頭溫度數(shù)據(jù)，通過RS485口將數(shù)據(jù)傳輸給主站智能管理系統(tǒng)平臺(tái)。每次可節(jié)約成本約20萬元。

3.2 光伏區(qū)智能驅(qū)鳥技術(shù)

徐聞鯉魚潭光伏電廠組件大面積安裝在水庫消落區(qū)，該地屬于水源充足的地段，鳥類習(xí)慣在該地活動(dòng)，經(jīng)常性對光伏組件造成污染，若不及時(shí)清理形成熱斑效應(yīng)，對發(fā)電設(shè)備安全的威脅也越發(fā)嚴(yán)重。

中控室采用驅(qū)鳥遠(yuǎn)程監(jiān)測控制的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)送驅(qū)鳥信息報(bào)文，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作等功能，系統(tǒng)終端為智能型驅(qū)鳥器。每年能節(jié)約成本約10萬元。

3.3 智能滅火器技術(shù)

徐聞鯉魚潭光伏電廠由一座110kV升壓站和58個(gè)光伏發(fā)電方陣組成，升壓站內(nèi)和光伏區(qū)的特點(diǎn)就是設(shè)備多、分布廣，故而所需的滅火器和布置點(diǎn)也是與設(shè)備區(qū)對應(yīng)的[1]。

在原來的滅火器筒上加裝YT-IFH-A1801 智能滅火器氣壓監(jiān)測表，通過內(nèi)嵌 NB-IoT 組網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)滅火筒、高壓氣體瓶罐等產(chǎn)品的內(nèi)部壓力檢測上報(bào)功能，反饋滅火筒使用狀態(tài)。設(shè)備具備心跳、定時(shí)自檢、低電壓檢測上報(bào)功能，數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程推送上報(bào)至云平臺(tái)管理系統(tǒng)與消防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智慧消防的可視化、信息化監(jiān)控的統(tǒng)一集中管理。

3.4 室內(nèi)智能溫濕管控系統(tǒng)技術(shù)

徐聞鯉魚潭光伏電廠110kV升壓站建在水庫消落區(qū)離水庫中心地帶不足100m，該地區(qū)屬于海洋熱帶氣候常年高溫及潮濕，對電氣設(shè)備運(yùn)行是不利的。

系統(tǒng)設(shè)定條件使輔助設(shè)備智能啟動(dòng)：以中控室建立智能系統(tǒng)管理平臺(tái)，集中、統(tǒng)一管理空調(diào)等設(shè)備。主要控制技術(shù)有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中控制系統(tǒng)，控制設(shè)備、組網(wǎng)、后臺(tái)軟件、智能化操作與設(shè)置。

3.5 智能巡視

徐聞鯉魚潭光伏電廠占地1400畝，人員少設(shè)備巡視工作大，本項(xiàng)目利用無人機(jī)對光伏電廠巡視，通過無人機(jī)傳輸高清畫面輸入到智能系統(tǒng)，對畫面中圖像進(jìn)行分析光伏板是否有植物遮擋、光伏表面清潔程度等信息，系統(tǒng)發(fā)出指令及報(bào)警連鎖噴淋系統(tǒng)或者維護(hù)人員到場處理。

4 智能化管理

4.1 智能倉庫管理系統(tǒng)

技術(shù)的應(yīng)用以完善物資管理功能，提供一整套的物資管理智能體系，方便實(shí)現(xiàn)對物資倉庫中貨品庫存、出入庫單據(jù)、以級(jí)分類分區(qū)等進(jìn)行管理，從而能夠達(dá)到統(tǒng)一管理和協(xié)同工作的目的。技術(shù)的最大應(yīng)用點(diǎn)是可通過移動(dòng)App功能運(yùn)程查詢倉庫物資情況及便捷的處理物資的采購計(jì)劃、入庫、庫存、出庫、盤點(diǎn)等各類工作，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

建立網(wǎng)上虛擬倉庫與周邊同類型企業(yè)形成聯(lián)儲(chǔ)共享，有效節(jié)約庫存，充分利用現(xiàn)有發(fā)達(dá)的物流系統(tǒng)，物資存儲(chǔ)數(shù)量在網(wǎng)上建立虛擬倉儲(chǔ)，備件費(fèi)用由廠商與聯(lián)儲(chǔ)企業(yè)共同按照需求份額出資，在需要使用時(shí)候提前一周確認(rèn)使用，廠商快速發(fā)貨，待收到備件后自動(dòng)結(jié)算尾款。這樣大大降低物資儲(chǔ)備費(fèi)用，減少管理成本。

4.2 智能化診斷

每塊光伏板集成溫度監(jiān)測、感光探頭、輸出電壓、電流監(jiān)測等元件，通過通信網(wǎng)絡(luò)引入集中控制系統(tǒng)分析，系統(tǒng)根據(jù)光伏板面溫度變化結(jié)合感光探頭，分析光伏板周邊環(huán)境以及清潔程度，給無人機(jī)進(jìn)行精確巡檢定位，及時(shí)處理問題。每塊光伏板集成電壓電流元件通過系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析光伏板做功情況，精確判斷故障點(diǎn)，及時(shí)處理問題。

4.3 智能化修復(fù)

PID現(xiàn)象是光伏板一直存在隱患，為了提升光伏板使用壽命采用高頻電源隔離技術(shù)，同時(shí)采用光伏板負(fù)端接地技術(shù)，電池組件負(fù)端接地提高電池發(fā)電量，減緩電池老化。利用光伏板上感光元件結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘在夜間修復(fù)光伏板，消除白天因?yàn)樨?fù)極與地之間的負(fù)偏壓所積累下來的電荷，提升光伏板發(fā)電量。電池修復(fù)完成后天亮后使用自動(dòng)并網(wǎng)技術(shù)無縫連接并網(wǎng)，提升光伏發(fā)電量。

5 智能化分布

5.1 建筑結(jié)合

隨著光伏板價(jià)格逐漸下降，光伏將大范圍應(yīng)用于各種場景，特別是光伏板智能化單元制，光伏板外形多樣性，未來建筑將把光伏作為建筑一部分，完美結(jié)合，光伏電站也將從荒地進(jìn)入繁華都市，一個(gè)小區(qū)或一個(gè)社區(qū)就是一個(gè)發(fā)電單元，充分起到頂峰作用，白天高價(jià)售電夜間低價(jià)用電，每個(gè)小區(qū)電價(jià)盈余用于公共建設(shè)。一座城市建筑與光伏結(jié)合，這座城市將進(jìn)入低碳時(shí)代。

5.2 需求功能結(jié)合

電量需求目前成為除水、糧食以外的第三大需求，在經(jīng)濟(jì)生活中電的需求無處不在，我們衣食住行每一項(xiàng)都離不開電能支持，在國家“3060”戰(zhàn)略目標(biāo)下，電能要趨于綠色方向發(fā)展[2]。比如：電動(dòng)汽車已廣泛應(yīng)用，但充電設(shè)施無法保障，特別是郊區(qū)長途駕駛無法充電，光伏就是很好補(bǔ)充，沿途設(shè)置光伏充電設(shè)施。

光伏特點(diǎn)不需要架設(shè)長途電纜，大大節(jié)約電能損耗，特別是給不發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展帶來新的機(jī)遇，以前因?yàn)槿彪姛o法實(shí)現(xiàn)發(fā)展建設(shè)，通過光伏應(yīng)用全面得到解決。

5.3 光儲(chǔ)結(jié)合

光伏發(fā)電最大缺點(diǎn)就缺乏穩(wěn)定供電，一天中早中晚發(fā)電曲線就像波浪形，大多光伏發(fā)電是并入大電網(wǎng)，利用火電有力調(diào)峰作用彌補(bǔ)波動(dòng)，如果在一個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自給自足供應(yīng)就需要電池作為中間緩沖環(huán)節(jié)，光伏與電池組互補(bǔ)結(jié)合為邊遠(yuǎn)郊區(qū)小范圍提供穩(wěn)定可靠電源，同時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷管理，人機(jī)結(jié)合設(shè)備可靠性也大大提高，使電能走向沒有到不了地方。

5.4 水光結(jié)合

隨著光伏電價(jià)補(bǔ)貼取消，光伏發(fā)電價(jià)格優(yōu)勢不復(fù)存在，光伏發(fā)電缺點(diǎn)更為明顯，但是光伏發(fā)電可以同其他發(fā)電結(jié)合起來，來彌補(bǔ)光伏發(fā)電的短板[3]。水光結(jié)合就是一個(gè)最好綠色能源結(jié)合例子，利用蓄水儲(chǔ)能，在電網(wǎng)富裕期采用光伏抽水儲(chǔ)能，電網(wǎng)低谷期使用水電填谷，通過水電彌補(bǔ)光伏不穩(wěn)定電能，提高電能品質(zhì)，同樣利用枯水期進(jìn)行反向蓄水儲(chǔ)能，提升水電彈性供電能力。

6 生態(tài)智能化

6.1 農(nóng)光互補(bǔ)

光伏產(chǎn)業(yè)緊跟國家鄉(xiāng)村振興，鄉(xiāng)村振興除了離不開道路暢通，電能需求是必不可少條件，農(nóng)業(yè)灌溉、大棚蔬菜、道路照明等方面光伏發(fā)電發(fā)揮不可低估作用，比如：在偏遠(yuǎn)山村有著美麗風(fēng)景，都市人群休閑度假最好去處，但是目前每個(gè)人離不開電網(wǎng)絡(luò)，有了光伏發(fā)電支持，在享受大自然美景同時(shí)也擁有現(xiàn)代生活節(jié)奏，工作生活休閑完美融合。

6.2 林光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)

光伏發(fā)電將對中國的西北部荒漠化治理發(fā)揮核心作用，大部分荒漠植被缺少水資源，土地在陽光下暴曬，植被很難生長，通過大面積裝設(shè)光伏實(shí)現(xiàn)樹木滴灌，樹木成林，林間有光伏，光伏下面雜草生長，為了防止雜草遮擋光伏板，林區(qū)養(yǎng)羊吃草，建立起良好發(fā)展實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)。漁光互補(bǔ)同樣利用光伏供電給水產(chǎn)養(yǎng)殖提供電能。

光伏發(fā)電結(jié)合生態(tài)環(huán)境，與種植養(yǎng)殖相結(jié)合充分利用土地資源，實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，將戈壁變綠洲，將荒漠變綠洲，貧瘠土地變良田，可持續(xù)增長發(fā)展，通過光伏發(fā)展助力鄉(xiāng)村振興。

7 結(jié)束語

光伏發(fā)展過程中，從第一塊光伏板的誕生，到現(xiàn)如今的大規(guī)模集中式光伏電站，都走的十分艱辛。但是通過工業(yè)生產(chǎn)過程中不斷優(yōu)化工藝流程，降低各個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)成本，大范圍推廣光伏應(yīng)用場景，能將電能帶到更廣闊的天地，能讓人類發(fā)展不再受地域限制，讓科學(xué)探索不斷延伸到更遠(yuǎn)的地方。