【中国特色光伏】山地光伏项目建设指南+优化设计+项目案例

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楼主 2020-12-19 10:06:49
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山地光伏建设指南

随着光伏电站逐年增加,日照好、地势平坦、建设条件好的土地资源日趋减少,依靠农业、湖泊、山地等建设条件次之的土地逐渐成为光伏电站的土地建设资源,尤其以山地光伏电站建设,近年逐步增加。经调研多个山地项目后,对山地电站设计方案、设备选型、施工提出注意要点。

一、山地光伏电站特点

山地光伏电站是指在山地、丘陵等复杂地形条件下建设的光伏电站,建设地表起伏不平、朝向各异、局部伴有山沟,地形可使用面积不规则、分散,设计难度大,建设成本高、发电效率减少等特点。

二、山地光伏电站设计难点

根据资源情况、山体地形条件、周围环境,在满足技术规范和要求的基础上,如何选择组件、逆变器、支架安装方式、系统设计方阵排布、阵列遮挡计算、防雷接地设计、集电线路跨渠跨沟设计、场内道路、给排水,优化系统效率、保证电站有较好的经济性、可靠性、安全性,这些都是光伏电站的设计难点。

三、山地光伏电站设备选型

山地光伏电站设备选型在选择组件、汇流箱、箱变、可调支架需注意外,比较重要的是逆变器选型。目前可用于山地的逆变器有四种,A型组串式逆变器(40KW)、B型山地形集中式逆变器(500-630KW)、C型常规集中式逆变器(500-630KW)、D型集散式逆变器(500-630KW)。四种逆变器各有特点,现简单介绍四种逆变器适用情况供行业能人士参考。

A型组串式逆变器(40KW)

组串式逆变器单台容量小,适合山地电站的应用,相对可以带来更高的发电量。但由于组串式逆变器单台容量小,建议小型山地光伏电站使用,如在大型山地形地面电站使用组串逆变器达上千台后,容易造成系统谐波震荡,给电站带来一定安全风险。

B型山地型集中式逆变器(500-630KW)

山地型集中式逆变器适用于大型山地电站,多组MPPT的逆变器设计是针对山丘电站开发的方案机型,保持集中型逆变器在经济性、稳定性、和电网友好性的优势同时,将同一朝向布置的组件规模控制在125KW,兼顾了设计施工的可行性和运营发电的高效性。

C型常规集中式逆变器

适用于常规平坦地形逆变器只有1-2路MPPT,易受现场各种复杂情况的影响,导致MPPT跟踪曲线出现多个波峰对系统寿命、发电量都有影响。

D型集散式逆变器(500-630KW)

集散式逆变器通过提升系统交直流端口电压、降低线损等传输损耗、采用多路MPPT技术,减小组件各种失配损失,提高发电量,但目前由于集散式逆变方案稳定性、故障率、维护成本较高也并非山地最优的逆变器选择。

四、山地光伏建设难点

(1)山地光伏电站大部分场址原理交通主干道,在了解地形地貌的基础上修建进场道路及施工部署较常规电站难;

(2)支架强度较平地高,因山地地表往往有植被覆盖,地区容易形成不同于平地的山风,按照平地支架强度(承载力和抗拔力)设计,建成后支架损毁率增加;

(3)场内高低起伏,施工难度大,遇雨季时,需注意山洪、山体滑坡、坍塌等自然灾害;

(4)因场址坎坷不平,造成支架及基础强度提高,施工时对设备及施工方法要求提高。

综上所述,如何在地形地貌、地质条件复杂的山体上建设光伏电站相对于平地建设光伏电站更为困难对于整个项目勘测、设计、设备选型、施工提出更高要求。

山地光伏优化设计方案

山地、丘陵地面起伏不平、朝向各异、可安装的面积大小不同、相对零散,这对逆变器的方案设计和技术要求相对较高,传统的集中式逆变器解决方案面临巨大挑战。传统集中式方案,电站通过直流汇流箱将光伏组件的直流电汇集至集中逆变器,经箱变升压后送到电网,每500KW方阵的电池板的输出功率依赖于集中式逆变器的一路MPPT来跟踪。那么,针对山地或丘陵类项目,传统的集中式设计会碰到那些问题呢?

电池板朝向各异

山地项目中,由于地区地形复杂,平地很少,无法做土地平整,朝向正南的地形也有限,因此为保证容量必须充分利用东南、西南坡以及东向、西向坡。此时电池板的安装朝向无法完全朝南布置。若一个500KW方阵的电池板使用一路MPPT来跟踪,会损失一定的发电量。

图1 某山地项目-电池板朝向各异

局部遮挡

山地项目中,由于地形、地势的限制,各个组件之间的安装间距,安装角度各异,一天中一定时间内不可避免会产生局部遮挡,特别是早晚时刻太阳高度角较低的时候,或者出现一些植被遮挡一些电池片。一个500KW方阵的电池板使用一路MPPT来跟踪,会损失一定的发电量。


 图2 某山地项目-组件局部遮挡

需要各种容量的逆变器匹配方阵

山地项目中,由于地形、地势的限制,各个光伏方阵容量差异很大,从几百千瓦到1MW甚至更多,每个区域又有若干小单元组成,使用传统500kW集中式逆变器,会不可避免出现超配,欠配的情况,对系统寿命、发电量都有影响。

不同组件到汇流箱距离差异很大,影响发电量的同时也影响系统安全性

实际山地项目中,由于地形、地势的限制,各个组件之间的安装间距各异,此时各组件汇总到直流汇流箱的距离有很大的不同,组件之间会产生较大的电压差,即影响发电量又影响系统安全性。


  图3 某山地项目-组件到汇流箱距离差异

组串式方案在山地和丘陵电站中的优势

组串式解决方案,由于其自身的设计和组串式逆变器特点,更适合山地项目的应用,同时还可以给客户带来更高的发电量。组串式的独特优势如下:

自用电少,系统效率高

以某山地光伏电站为例,集中式和组串式1MW对比如下表1:

 表1 山地集中式和组串式1MW对比

匹配性好,发电量高

以某山地光伏电站1MW容量为例,组串式比集中式方案发电量增加约3.4%以上(地形差异较大场景发电量提升可更高,约5-8%),平均每年多发38.654MWh,20年发电收入增加77.3万元(按照每度电1元计算),若建设期一次性投资相差18.62万元(以某项目为例,价格按照市场平均价格计算,详细对比计算入下表),寿命期间增加的利润约为58.68万元。

  表2 1MW集中式设备投资

表3 1MW组串式设备投资


多路MPPT,充分挖掘电池板输出功率

设计方案有先天优势,组串式逆变器可以精确跟踪到每1~2个组串的MPPT,充分挖掘每一块电池板的最大输出功率,大大缩小因为距离和遮挡等原因导致的组件失配损失,组串式方案可很好地适应山地、丘陵的阴影遮挡、组件朝向不一致等因素,同时功率颗粒度的减小,可以使电站的设计更为灵活。 1MW可以支持108~150路MPPT。

图4 组串式解决方案-多路MPPT


  对于山地以及丘陵场景,组串式逆变器解决方案拥有着上述多项优势,是面对现在存在的山地挑战的有效决方案。随着集中式问题的不断涌现,越来越多业主已经在设计中要求使用组串式逆变器方案。系统发电量的增加、维护成本的降低有助于业主投资收益的提升,有助于大自然和环境的保护。组串式解决方案在山地丘陵类光伏项目必将有广阔的应用前景。(赵丽霞 中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司)

山地光伏项目案例

 案例项目1

2015年7月6日,全国最大单体山地光伏电站220千伏南庄光伏电站送出工程第一批30兆伏安光伏阵列于上午10:12分在红河州正式并网发电,该项目的建成将使8533亩荒山变“金山”。

据了解,220千伏南庄光伏电站是全国最大单体山地光伏电站。该项目占地面积8533亩,项目预计投资27.8亿元,光伏发电容量为300兆瓦,年均发电量约3.65亿千瓦。

220千伏南庄光伏电站位于云南红河建水县羊街乡坝埂脚村靠东边的一片石漠化的山石地上,据当地的村民介绍,以前这片土地一眼望去除了石头就是野草,然而不到半年的时间,一座大型的光伏发电项目工程在这片荒山上拔地而起。

负责南庄光伏电站送出线工程建设的云南天星实业有限公司项目经理杨磊介绍,在施工过程中由于地质结构的原因,石头非常多,导致施工难度大,挖一个基础坑,3个人1天才能挖一个,为了不延误工期通常是早上七点开工一直到晚上十一点收工,在员工的努力下,提前4个月就完成了施工任务。

在施工现场,骄阳似火,走在路上脚下是一块块大小不一的碎石,一不留神就得崴脚,只见工人们还在如火如荼的安装着太阳能板,项目负责人丁晓星告诉记者,在施工过程中会遇到很多困难,不能按时收工也是常有的,最晚干到凌晨三点也是有的,为了能够按期完工大家都非常努力。

据悉,预计今年十月后续工程将全部建成投产。该项目的建设,将为红河电网提供优质清洁能源,年均节约标煤12万吨,年均减排二氧化碳28万吨,带动地方产业发展。

案例项目2:

云南院EPC总承包的宾川县大营西村50兆瓦光伏电站工程

 11月20日,云南省电力设计院(简称“云南院”)EPC总承包的宾川县大营西村50兆瓦光伏电站工程全部投产,为大理人民送上源源不断的清洁电能,也为美丽的洱海湖增添了一道亮丽的风景。

  云南省属山地高原地形,山地高原约占全省国土总面积的94%,如何在这种复杂的地形上开展光伏项目,提高土地利用率和光伏发电效率是开展山地光伏项目的共性问题。云南院经过多年摸索和实践经验,对山地光伏电站的设计有着自己独特的理解和诠释。

  此次西村光伏电站的场址地势起伏较大,海拔落差200多米,目前常用的固定式支架没有可调性能或者可调性能较差,只适合较为平整的地形。云南院发明了一种具有可调性能的固定式支架,具有独立知识产权。这种新型支架的各组成部分在安装时容易进行调整,使支架的安装能适应各种地形条件,从而缩短建设工期,降低工程投资,保证太阳电池方阵的合理布置。西村光伏项目采用这种新型支架后,可使太阳能光伏板最小列间距缩小到2.35米,大大提高了土地利用率,减少了电能损耗,保证了光伏系统的发电量。

  此外,云南院还在组件组串连接上采用上下排分串,即使在太阳高度角很小的情况下,也能不浪费光资源,尽可能延长组件受光照时间,从而提高发电量。最终,系统效率可达80.4%以上,高于同期开展的山地光伏项目。

  在项目过程管理中,云南院以“关注顾客需要,人人尽职尽责,提供满意服务”为质量方针,实现“优质工程、绿色工程、阳光工程”目标,从施工、质量、进度、安健环、采购等全方位实施过程管理。

  质量管理是项目实施过程中的根基。为了贯彻设计理念和效果,云南院在现场质量管理中抓落实、抓细节。从“人、机、物、法、环”各环节着力,以追求完美的严谨态度要求每个环节尽善尽美。张怀智是该项目的质量管理负责人。他每天都要在现场来回巡视检查好几遍,竟然把院里配发的牛皮劳保鞋给穿破了,同事们都笑称他是“踏破铁鞋无觅处,质量管理费工夫。”云南电力建设质量监督中心站专家刘伟在完成项目土建验收后这样评价:“云南院的总承包项目是我验收过所有新能源项目管理中最有水平和深度的。”

  现场安健环管理(HSE管理)是本项目的一大亮点,本项目自今年3月10日正式开工以来,累计施工天数214天,实现零伤亡零事故的记录。项目部还在现场布设了环保及水土流失观测点,对场区及施工驻地周围进行了绿化,对场区的垃圾进行分类处理,设置专门的弃渣场、化粪池等。项目部的安健环管理工作得到了大理州发改委及宾川县政府的一致好评。大理州发改委科长李灿说:“大理是云南新能源项目开展最多的州,和其他项目相比较,西村项目树立了一个典型,一个光伏电站的模范!”

  西村光伏项目是云南院开展以设计为龙头进行EPC总承包的里程碑项目。在项目实施过程中,云南院项目部创新设计理念,采用了新型可调性能的固定式支架,解决了在复杂地形上开展光伏项目的难题,并统筹规划,科学管理,抓质量、抓安全、抓进度,时时刻刻不放松、认真抓落实,使项目顺利按时投运,打造了山地光伏精品工程。、

案例项目3:



在安丘市的吾山镇,有一个正在建设中的30MW的光伏发电项目,在这个项目不远处的辉渠镇,同样,还有一个50MW的光伏发电项目也在施工建设当中,等到这两个项目完工之后,这里将成为山东省最大的光伏发电集中发电场。

连绵的山丘,废弃的荒山,原先这些经济利用价值极低的荒岭野坡,如今成为新能源的高地。据潍坊天恩荣辉综合能源有限公司的项目经理王玉平介绍,仅郚山镇的这个项目就可使千亩荒山变身为发电场。王玉平说:“这里有1685亩,七个山头,总投资大概是在5.1个亿。”

而相邻的辉渠镇光伏项目占地面积同为1000亩,该项目还与设施农业融为一体,成为山东省最大的荒山农业光伏发电项目,据项目部经理张志强介绍,仅发电一项产值就达7000多万元。

光伏电站,使用的基本是微利或废弃用地,企业介入后将以每年200-500元稳定的土地收益补贴农民,富裕劳动力可以进入设施农业大棚成为产业工人。这样一来,农民可以一手拿工资,一手拿租金,收入成倍增长。

近年来,安丘市依托南部山区优越的自然条件,重点培育光伏发电、风力发电等新能源产业,初步规划到2017年,发展光伏发电500MW,风力发电500MW

案例项目4

承德县光伏发电项目工程一角。 张帆 摄

承德县光伏发电项目工程一角。 张帆 摄

  承德县光伏发电项目一期10万千瓦电池板安装和升压站建设,截至目前,已完成6万千瓦。项目全部完成后,年平均发电量14500万千瓦时。该项目位于河北省承德县三沟镇,由中国电力投资集团河北省分公司全资承建,项目总装机容量为50万千瓦,计划总投资75亿元。其中一期装机容量为10万千瓦,占荒坡约3000亩,年平均发电量14500万千瓦时,年产值达12628.7万元,可创税收800万元。该项目是中国北方山地占地面积最大的光伏发电项目。

  对于为何选中承德建设如此大规模的光伏发电项目,中电投承德新能源发电有限公司副总经理贾会忠表示,承德自然资源良好,山坡平缓、地广人稀、雾霾天少、太阳辐射时间长,温度高,适宜建设光伏发电项目。

  据贾会忠介绍,该项目10万千瓦目前已完成6万千瓦,其中光伏电站2万千瓦光伏发电单元已于2013年12月31日成功并网发电,日发电量5万伏。“项目一期全部建成后每年可为国家节约标准煤4万吨,减少排放温室效应气体二氧化碳10.66万吨。”

  光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,是太阳能发电的一种。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。据了解,近年来,河北省承德市以建设京北清洁能源基地为目标,充分利用资源优势,大力发展风力发电、光伏发电等清洁能源,不断壮大绿色经济,推动生态文明建设。目前,承德市投运、在建、批准的风电开发项目58个,规模426.1万千瓦,风电装机累计达189.54万千瓦;光伏发电项目共18个,规划总装机达39.55万千瓦。按照规划,到2020年,全市清洁能源发电建设规模将达3220万千瓦,清洁能源产业实现产值1700亿元。

案例项目5

诺斯曼能源凭借多年累计超过2.1GW光伏电站项目实施的成功经验,遵循“便于管理、结构简单、安装便捷”的设计理念,通过不断探索、创新,率先总结出了一系列山地电站最优的建站解决方案,并成功实施了包括辽宁锦州、福建泉州、安徽铜陵、河北易县、海南屯昌等二十余个山地光伏电站项目案例,成为目前业内承接山地项目最多的工程服务商。这些项目有的山体坡度极为陡峭,多个工作面坡度超过45度,甚至有些工作面已接近70度倾角;有的几乎全为坚硬的岩石地层,支架基础成孔异常困难;有的由于地形特别复杂,电站平面布置极为分散,造成施工管理难度大幅增加;有的地质条件复杂多变,采用单一工法无法满足整个电站的建设要求,需采用多种工法组合实施。

针对山体电站的特点,诺斯曼能源创造性地开发出了机械旋拧螺旋桩、微型灌注钢管桩、植筋锚杆基础等多种基础形式,探索出了一套全新的工程管理模式,积累了大量的山地光伏电站的建设经验,对在各类复杂地形地质条件下的山地电站建设具有十分有效的借鉴意义,突破了地面光伏电站选址的局限性。




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