【節(jié)能學院】淺談光伏運維平臺在機場項目的應(yīng)用和效益

摘要：通過首都機場光伏的實際運營經(jīng)驗與實際發(fā)電量數(shù)據(jù)，計算光伏電站的實際收益并推算未來機場光伏的運維收益，總結(jié)可推廣的運維和建設(shè)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：機場光伏；光伏運維；光伏電站效率；用電安全；光伏收益

概述

首都機場GTC光伏節(jié)能改造項目通過2年的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)于2016年底并網(wǎng)發(fā)電，投產(chǎn)至今已經(jīng)穩(wěn)定運行并發(fā)電2年，取得了一系列機場光伏的運行維護經(jīng)驗。隨著國內(nèi)光伏市場的變化，總結(jié)機場光伏的經(jīng)驗并加以推廣，對未來的收益進行估算已經(jīng)是非常迫切研究的課題。

發(fā)電量對比

首都機場GTC光伏節(jié)能改造項目安裝容量為484kW，通過采集2017年1月至2018年11月間的光伏電站發(fā)電量數(shù)據(jù)折算成年度發(fā)電量為619520kW·h。實際利用小時數(shù)達到1280h，根據(jù)項目的初步設(shè)計文件，設(shè)計值首年發(fā)電小時數(shù)為1210h。通過實際發(fā)電量和設(shè)計發(fā)電量進行對比，系統(tǒng)效率提升4.68%，達到了85.68%。

發(fā)電量提升的主要原因主要有如下幾點：

①設(shè)備穩(wěn)定性好，全年只出現(xiàn)2次逆變器停機的情況，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

②北京市氣污染防治的效果較好，提升了日照強度，提高了光伏電站的發(fā)電量。

③首都機場周邊沒有鳥類、高聳建筑物、大型工程等建設(shè)的影響，并且首都機場巡檢人員素質(zhì)較高，光伏電站清潔度始終保持在較高水平。

項目發(fā)電消納情況

首都機場GTC光伏節(jié)能改造項目全年所發(fā)電量全部就地消納。由于光伏電站電量就地消納能夠獲得0.9元/kW·h的電費和0.42元/kW·h的國家補貼以及0.3元/kW·h的北京市市屬補貼，因此在規(guī)劃設(shè)計階段為保證光伏電站的完全就地消納，設(shè)計人員對GTC的電量消耗進行了分析，最終采用了3個接入點的形式，保證了電站效益。

機場用電量較大，且用電負荷穩(wěn)定，電力系統(tǒng)設(shè)計穩(wěn)健，安全系數(shù)高，是理想的分布式光伏電站用戶端。

機場光伏的成本構(gòu)成

機場光伏的成本構(gòu)成因為項目的不同具有一定的差異性，下面根據(jù)近期完成概算的兩個不同并網(wǎng)形式的機場光伏項目進行對比。

（1）項目1：采用10kV并網(wǎng)的機場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造價

其中設(shè)備及安裝工程包括光伏組價、光伏支架、電纜、升壓變、開關(guān)柜、并網(wǎng)柜和控制系統(tǒng)的設(shè)備、材料及安裝工程，占比高。

建筑工程包括，光伏組件基礎(chǔ)、土方開挖和回填，其他設(shè)備支架和基礎(chǔ)和施工輔助工程費用。

表1 采用10kV并網(wǎng)的機場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)單位千瓦造價（元）

其他費用包括，設(shè)計費，工程前期費，保險費，土地、屋頂租賃等費用。

（2）項目2：采用400V低壓并網(wǎng)的機場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造價

表2 采用400V并網(wǎng)的機場分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)單位千瓦造價（元）

其中設(shè)備及安裝工程包括光伏組價、光伏支架、電纜、并網(wǎng)柜控制系統(tǒng)的設(shè)備、材料及安裝工程，占比高。

建筑工程包括，光伏組件基礎(chǔ)、土方開挖和回填，其他設(shè)備支架和基礎(chǔ)和施工輔助工程費用。

其他費用包括，設(shè)計費，工程前期費，保險費，土地、屋頂租賃等費用。

項目實際效益分析

實際效益分析部分分為兩部分，第一部分1.3.1為項目初步設(shè)計階段預(yù)估發(fā)電量算出的技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果。第二部分1.3.2 為項目實際發(fā)電后的發(fā)電量計算出的技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果。兩者的折舊年限，成本、稅率水平等其他邊際條件均按照統(tǒng)一進行測算。

（1）根據(jù)設(shè)計院所設(shè)計的首都機場GTC光伏節(jié)能改造項目的初步設(shè)計階段的技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果如下：

測算資本金內(nèi)部收益率為：22.64%

項目投資內(nèi)部收益率（調(diào)整所得稅后）：12.15%

項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值（調(diào)整所得稅后）（ic=5%）：107.40萬元

項目投資回收期（調(diào)整所得稅后）：7.73年

經(jīng)計算，本項目總投資收益率、項目資本金凈利潤率分別為6.93%和19.75%。

（2）根據(jù)設(shè)計院所設(shè)計的首都機場GTC光伏節(jié)能改造項目的實際發(fā)電量計算的技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果如下

測算資本金內(nèi)部收益率為：35.95%

項目投資內(nèi)部收益率（調(diào)整所得稅后）：21.53%

項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值（調(diào)整所得稅后）（ic=5%）：107.40萬元

項目投資回收期（調(diào)整所得稅后）：4.68年

經(jīng)計算，通過優(yōu)化設(shè)備選型設(shè)計和科學的布局以及較高的運維水平，首都機場GTC光伏項目實現(xiàn)了實際收益率的提升。在機場建設(shè)項目，前置的審批嚴密，設(shè)計要求高，充分的論證有利于建設(shè)高標準高水平項目工程。并且機場運維人員的素質(zhì)普遍較高，對于無人或者少人值守的機場光伏項目，依托機場人員巡檢和運維，尤其是機場人員對于自身電力系統(tǒng)的保障有力都使得機場光伏項目具有同類項目中較高的投資價值。

機場光伏收益高的原因

分布式光伏具體的收益情況主要取決于消納電力企業(yè)的用電情況。機場作為穩(wěn)定的用電用戶，能夠保證合理配置的光伏電站的全額消納，確保了光伏電站的利潤。

光伏電站運營企業(yè)或者機場自身也可以通過降低電費的形式或者機場直接投資的模式來獲取更加廉價的情節(jié)能源電力。不僅降低了成本，完成機場逐年的節(jié)能減排目標，而且有助于機場的電力安全，實現(xiàn)部分電力的自給自足。

在高收益的情況下，設(shè)計方已經(jīng)和首都機場開始探索機場儲能（電儲能、化學儲能、儲熱、動力儲能）方式和智能微電網(wǎng)建設(shè)。

機場光伏的未來發(fā)展趨勢

分布式光伏的補貼現(xiàn)狀

2018年底，國家已經(jīng)調(diào)低了分布式光伏電站的補貼標準，補貼從0.42元/kw·h降低到0.32元/kw·h，如果明年并網(wǎng)則為0.25元/kw·h。北京市光伏電站補貼沒有變化，依然是0.3元/kw·h，連續(xù)補貼5年。除北京以外，浙江、上海、廣東、西安等省市均對于分布式光伏項目有一定的省級或市級補貼。此類區(qū)域也更加適宜開展分布式光伏項目，可以提升項目利潤率。

光伏組件的價格現(xiàn)狀

進入2018年以來，光伏組件的效率有了較大幅度的提升，價格則有較大幅度的下降。2016年首度機場GTC節(jié)能改造光伏電站的組件價格計算為3.8元/w，根據(jù)2018年近期的招標情況，光伏組件的價格已經(jīng)下降到了2.0~2.3元/w的區(qū)間。

發(fā)電量提升手段增多

為滿足光伏“領(lǐng)跑者”的技術(shù)和競爭電價的要求，進入2018年以來，單軸跟蹤支架，雙面發(fā)電組件，1500V直流光伏系統(tǒng)的造價均有較大幅度的降低。通過采用新技術(shù)，既能提升光伏電站的收益，也能增加光伏電站的系統(tǒng)先進性，使機場的光伏電站能夠得到技術(shù)升級的優(yōu)勢，很好的解決各種類型地塊的利用問題。

機場光伏項目乃至機場的能源互聯(lián)網(wǎng)項目大有可為

機場的用電成本約為1.1元/kw·h，電價高，具備較大的利潤空間。如果能夠和當?shù)氐?a target="_blank">供電局合作，通過華北電力設(shè)計院設(shè)計機場項目的具體鋪設(shè)和運行方式，設(shè)計光伏電站和10kV并網(wǎng)的部分，結(jié)合供電局在110kV以下的新機場范圍內(nèi)全額消納，會產(chǎn)生較高的利潤。

一旦結(jié)合到了110kV以下全額消納本光伏項目所發(fā)電量，就已經(jīng)實際形成了區(qū)域內(nèi)的智能微電網(wǎng)，設(shè)計院在具體的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)可以將機場自身的能源消耗看做一個閉環(huán)。其能源消耗相對獨立，管理權(quán)力集中且獨立，具備好的開展能源互聯(lián)網(wǎng)的方式，因此設(shè)計方針對首都機場進行了能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃。

在規(guī)劃中，針對首都機場冷、熱、電、儲都進行了規(guī)劃，并且依托110kV變電站下屬配電網(wǎng)實現(xiàn)能源的大限度循環(huán)利用，提升能源利用效率，降低機場的整體能源消耗。

安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設(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。主要功能包括：站點監(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。

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。

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行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

系統(tǒng)功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用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)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

1）光伏發(fā)電

（1）綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(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

（2）電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

（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）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。

（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

（6）配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

（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。

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。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

3）運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。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。

系統(tǒng)硬件配置

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：

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380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。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，計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，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)標準、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)標準。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)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

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)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點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)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(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：

3）10kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風電、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），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，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)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(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)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設(shè)備比較多，主要如下表：

結(jié)束語

通過實際的設(shè)計和實施工作，以及對機場光伏項目進行運維工作后，機場光伏項目取得了良好的經(jīng)濟效益和示范效應(yīng)。并且在解決以上各項問題中得到了許多的經(jīng)驗并且在現(xiàn)階段對于已經(jīng)落實的機場項目所暴露出的問題均已得到比較好的解決，下一步可以繼續(xù)探索在機場的其他區(qū)域建設(shè)其他形式的光伏電站，并繼續(xù)探索新的并網(wǎng)模式、運行模式并擴展智能微電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的模式。