平價上網情境下光伏地面電站可研設計審查要點淺析

粟 剛，侯 彬，蔡 靜

（五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004）

“十三五”以來，我國可再生能源規模持續擴大，到2018 年，我國光伏發電總裝機規模達到1.7 億kW，其中集中式光伏電站1.24 億kW，全年發電1 775 億kW·h。雖然2018 年經歷了“5·31”新政給光伏行業帶來的巨大沖擊，但全年仍保持了4 426 萬kW 裝機規模的增長，成為歷史新增第二高。在裝機規模和發電量不斷高速增長的同時，國家可再生能源附加補助的缺口也在持續擴大，全國預計缺口超過2 000 億元。

為促進清潔能源開發利用，積極推動風電、光伏發電高質量發展，促進新能源行業早日擺脫補貼依賴，促進行業健康發展，新能源平價上網是大勢所趨。2019年1 月9 日，國家發展和改革委員會、國家能源局聯合下發了《關于積極推進風電、光伏發電無補貼平價上網有關工作的通知》（發改能源〔2019〕19 號），正式開啟新能源平價上網的元年。

1 光伏地面電站可研設計內容

光伏地面電站的核心是光伏發電系統，主要利用太陽電池的光伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，通常以一定數量的光伏組件串，通過直流匯流箱多串匯集，經逆變器逆變與隔離升壓變壓器升壓成符合電網頻率和電壓要求后接入電網。

光伏地面電站的可研設計主要是開展場址太陽能資源分析，查明光伏電站站址工程地質條件，選定太能電池組件及逆變器的型式及主要技術參數，確定太陽電池陣列設計及布置方案，根據接入系統方案比較確定光伏電站升壓變電站站址位置、電氣主接線及光伏電站集電線路方案，并進行光伏電站及其升壓站的電氣設計等。

2 光伏地面電站設計中存在的問題

光伏地面電站設計的準入門檻較低，加之國內近些年較高的光伏裝機規模增速，市場是各種沒有過電源項目設計經驗的設計院紛紛加入光伏電站設計的行列。與此同時，光伏電站的開發業主、區域、規模也是存在較大的差異，雖然國家頒布施行了《光伏發電站設計規范》（GB 50797-2012），各大發電集團也發布了相應的設計規范和設計導則，但上述規范性文件大多為綱領性的、指導性的文件，對深度、細節的設計則需要設計單位根據自身的實力和經驗進一步細化，從而在可研設計文件上表現為諸多的不足。

1）光資源評估結果失真

項目光資源評估直接采用Solargis 等太陽能資源數據庫中查詢數據作為評估結果，未開展參考氣象站數據分析計算。

2）光伏場址選址不合理

項目場址坡度過大，山坡走向偏東西向較多，水光互補或一些容易發生內澇地區逆變器、箱變高程較低，不滿足防洪要求。

3）光伏陣列排距、間距不合理

在山地光伏項目中仍然按照平地光伏開展排距、間距計算，側向高差、間距未考慮遮擋的影響。

4）支架形式不合理

片面追求跟蹤支架對發電量的增益作用，在風速較高地區采用跟蹤支架導致支架破壞。

5）基礎形式不合理

在一些高風沙的沙漠化地區采用條形基礎等淺基礎形式；在一些土壤具有弱腐蝕性地區采用鋼管螺旋樁，耐久性問題有待考驗；在砂礫石地區采用PHC 樁，樁基礎施工難度大。

6）容配比及子陣設計有待優化

電站容配比按照1∶1 或略大一點設計，未能充分利用逆變器容量；光伏子陣容量偏小，不利于節約用地和降低線路損耗。

3 光伏地面電站設計審查要點

1）光資源分析

光資源評估除查閱Solargis 等太陽能資源數據庫外，還應選擇場站所在地附件有太陽輻射長期觀測記錄的氣象站作為參考氣象站或采用現場觀測數據進行資源分析。對太陽輻射觀測數據應依據日天文輻射量等進行合理性校驗。對分期建設的光伏電站或周邊有已投運電站的項目，可以參考已投產項目環境監測設備的實測數據。

2）光伏場址選址

電量、電價是影響平價上網項目經濟效益的關鍵因素，平價上網光伏項目優先選擇光照資源好、火電標桿電價高的地區，在單位千瓦投資4 000 元的情況下，平價上網需要首年利用小時高于1 300 h 且火電標桿電價接近0.40 元/kW·h。山地光伏山坡坡度應最大不超過25°，一般以不超過15°為宜，山坡走向宜為南向或接近南向，避免山體陰影的遮擋。在水光互補或內澇地區，逆變器、箱變等應布置在高處，高程應滿足防洪要求。

3）光伏排距、間距設計

固定式支架應以冬至日當天9:00～15:00 時太陽不被遮擋計算間距，并根據組串的排布、陣列的運行方式及場地地形變化進行調整。

4）支架設計

根據調研已經運行的光伏電站的得知，跟蹤支架設備故障及運維費用明顯高于固定支架費用。尤其是對于斜單軸跟蹤系統，后期運維工作量及費用均較高，應慎重采用。在采用雙面組件的情況下，平單軸或固定可調跟蹤支架對于發電量有10%以上的發電量提升，應綜合LCOE（平準化度電成本）進行必選確定。

在最大風速較高的地區，由于跟蹤支架的強度和穩定性一般低于固定式支架，應該綜合風荷載、雪荷載等計算確定支架形式。大型平地電站可以根據實證、試驗等方式，采取外圈陣列固定式、內部陣列跟蹤式的混合布置方式，充分利用固定支架對風速的緩沖作用。

5）基礎設計

光伏支架基礎的設計應該在滿足安全性和可靠性的基礎上，優先采用新技術、新工藝、新材料。當地地形起伏大、不宜大規模挖填、對生態恢復要求高或冬季施工時，宜采用鋼管螺旋樁、型鋼樁等基礎?；A選擇應該綜合支架結構形式和所承受的荷載、當地工程地質及水文地質條件、施工工藝的可行性及經濟性指標綜合確定。對水光互補、漁光互補等電站，在試樁的基礎上可以采用PHC 樁基礎，便于有水條件下的快速化施工。壓塊式基礎對地基變形的適應性較強，在采煤沉陷區、高回填區等一些變形量較大的地區具有較好的適應性。

6）容配比及光伏子陣設計

對于集中式逆變器方案的容量配比推薦按1.10～1.35∶1 設計，組件布置方位角、傾角受場地限制，灰塵較大且不宜清洗、空氣污染較重地區，山地等可能局部遮擋較多，魚塘等組件衰減較大的項目可以適當提高，目前國外光伏項目容配比基本在1.5∶1 以上。

較大的光伏子陣有利于減少電量損失，目前國外最大光伏子陣已經達到6 MW 以上?？裳性O計中可以由設計單位聯合若干設備廠家進行系統配置方案設計，確保綜合效益的最大化。對土地充裕項目，每個子方陣應考慮預留3%～5%的場地，以便組件衰減后擴容。

7）主設備選型

光伏組件選型應根據當地輻照條件，結合組件轉換效率、后期衰減及造價情況，以全壽命期平準化度電成本最低為原則確定，對于光資源最豐富和很豐富地區，轉換效率和衰減成為影響組件選型的最關鍵因素。在高溫高濕度地區，可根據項目的實際情況選用雙面組件。目前，跟蹤支架+雙面組件是最有效的發電量提升設計方案。

逆變器的選型應通過所選逆變器與組件的匹配、工程運行及后期維護的因素的分析，確定逆變器的形式及主要技術參數。對平原及地形起伏較小的山地光伏電站，宜采用集中式逆變器或散式逆變器方案；對地形起伏較大的光伏電站宜優先采用組串式逆變器方案。見附表。

附表 逆變器的選型

8）電器一次設計

10～35 kV 配電裝置宜采用戶內成套高壓開關柜配置形式，對于海拔高度高于2 500 m 的地區，高壓開關柜可以采用SF6 充氣開關柜。35 kV 以上配電裝置應根據地理位置選擇戶外或戶內布置。在內陸及荒漠不受氣候條件、占用土地及施工工程量等限制時，宜采用戶外配電裝置；當在沿海及土石方開挖工程量大的地區，當技術經濟條件合理是可采用戶內配電裝置或氣體絕緣金屬封閉開關設備。對于“搶電價”的項目，采用戶內布置方案時，預制艙式升壓站（開關站）可以節省工期，但對于后期運維的便捷性有一定的影響。

升壓變壓器宜優先選用自冷式、低損耗、油浸式電力變壓器，盡量選擇標準容量，集電線路根據光伏方陣、升壓站（開關站）位置，經技術經濟比選后確定接線方案，可采用T 接式連接方式或采用T 接與輻射連接相結合的連接方式。

4 結 語

2019 年是光伏平價上網的元年，應對光伏平價上網需要政府、投資企業、設備廠商的共同努力，光伏項目可研設計優化是投資企業發揮自身主觀能動性，提升電站效益的有效途徑。準確的資源評估、合理的方陣容量及容配比、先進的主設備選型及系統配置方案，是保證平價上網光伏電站經濟效益的關鍵所在。