应用技术VS制造技术:设计出来的光伏平价时代

2019新年伊始,国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》,从政策层面推动了平价上网的进程。但在土地成本、弃光限电、补贴拖欠、电网接入、融资成本等非技术成本占总投资成本超20%的行业大背景下,如何进一步降低度电成本以实现光伏系统平价,是摆在光伏人面前的一个难题。


过去几年,光伏技术加速迭代,1500V、跟踪支架、高效双面组件以及铝合金电缆等新技术层出不穷,一定程度上促进了系统成本和度电成本(LCOE)的降低,但由于各种原因,这些新技术在国内市场尚未大规模应用,各种技术之间以及与应用场景之间如何更好地匹配融合,仍然存在较大挑战。在平价上网加速的大环境下,用设计降成本,向应用技术要“效益”,是更加有效的降本方式。而逆变器作为光伏系统的桥梁,对系统深度优化设计有着责无旁贷的责任。

     放开容配比,降低LCOE、平滑发电曲线

根据理论测算与实际项目应用发现,在合理范围内提高容配比,光伏电站的LCOE将会大幅降低。光伏发达国家如欧洲、美国、日本等都以交流侧容量来标定电站容量,通过提高光伏容配比来优化系统配置、降低光伏系统LCOE已是普遍做法,如欧洲光伏电站普遍按照1.2~1.4倍容配比进行设计,美国、印度电站容配比为1.4倍以上,日本部分光伏电站容配比甚至达到2倍以上。


近年,国内光伏相关企业、设计院等对容配比设计问题也进行了深入的研究和交流,早在2015年,国内某知名央企就曾组织国内相关单位的专家进行多次交流,结合理论计算与实际电站运行数据,为国内不同资源区的电站设计明确了最优容配比,并在实际电站中进行了应用。以系统LCOE最优为原则,根据不同资源区辐照条件等因素进行合理容配比设计已在行业内达成共识。根据相关消息,最新修订的《光伏电站设计规范》已初步确定将容配比放开,并将按照电站交流侧额定容量定义电站容量。新国标的颁布实施,将为国内高容配比设计提供理论依据。根据中国光照资源条件,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类资源区光伏电站最优容配比分别在1.3、1.4、1.5倍左右。

此外,提高容配比设计除了可以降低LCOE外,还可以使发电曲线更为平滑,降低电网的调峰压力,提高光伏发电渗透率。

子阵容量精细对比,降低电站投资成本

在中国光伏行业发展的过程中,子阵容量历经了1MW、1.25MW、1.6MW、2.5MW、3.125MW由小到大的演变,经过精细化的方阵容量设计对比发现,光伏子阵容量增大后,电站逆变器、变压器等设备数量减少,安装维护成本降低,站内高压线路减少,线缆和施工成本降低。经测算,对于1000V系统,子阵容量按照3MW设计,系统成本最优;对于1500V系统,子阵容量按照6~7MW设计,系统成本最优。目前海外欧洲、东南亚等实际电站中基本按照该原则设计,值得一提的是,印度光伏电站虽然起步较晚,但在系统应用技术上已经十分超前,不仅全部切换到1500V,单个子阵容量最大已经达到12.5MW。


        1500V双面组件+平单轴跟踪+逆变器融合

        跟踪系统通过追踪光照,以达到提高光照资源利用率的效果。而这两年兴起的双面组件则是改变“内部功力”,依靠背面的发电能力,可将电站发电量提升5~30%,相当于将组件的综合转换效率提高了5~30%。

        跟踪系统+双面组件的应用,一方面提高了单个组串的直流电流,另一方面直流将长期保持在高功率,这就给电站的核心“指挥者”——逆变器提出了更高的挑战,逆变器不仅需要增强直流电流接入能力,而且还需要长期保持高功率运转,同时还要为跟踪系统预留出更多的供电和通信接口,从而减少电站现场的施工量和成本,提升电站的经济效益。

      系统布局优化及线缆合理选型,提升经济效益

       光伏电站发展初期,组件倾角一般按照最佳发电量进行设计,支架间距设计遵从9:00~15:00确保前后排组件不遮挡。随着平价上网的大趋势来临,需要对电站系统布局进行更加精细化设计。在不同容配比下,对固定支架调节倾角及南北间距,平单轴调节东西间距等进行调节,以最低LCOE、最高IRR为衡量依据,选择最佳的方案。根据内蒙古某项目,通过优化计算,当容配比为1.2左右,固定支架倾角31°,间距9m时,LCOE最低。

       此外,铜线缆价格一般较铝合金线缆高3~4倍,因此为降低线缆成本,根据GB/T 30552-2014,当合金导体的截面积是铜的1.5倍时,其电气性能与铜基本相同,在电站设计可利用铝合金线缆替代铜线缆,100MW电站可节约线缆成本180~200万元,IRR提升0.05%。同时随着PLC载波通信技术在光伏交直流侧的逐步应用,将进一步节省电站通信线缆成本和施工成本。

      新型逆变器“集成化”“智能化”

      凭借系统功能、可靠性、系统成本和施工效率等方面的显著优势,逆变、中压、配电、通讯等设备融为一体的高度集成化设备越来越得到客户青睐。同时逆变器内部配置智能管理系统,实现逆变器部件健康度诊断、故障录波、跟踪系统监控等,快速精准定位故障,使得逆变系统更加智能化,将进一步降低系统成本及后期运维成本。打造高集成度、更智能化的逆变产品,推进逆变技术快速迭代升级,将是助力平价上网的有力“武器”。

       结语

       通过更优的设计和更低的零部件价格,各国上网电价持续降低,如印度3.57美分/kWh、埃及2.791美分/kWh、沙特1.79美分/kWh,“平价上网”浪潮席卷全球。在中国,2018年12月29日,由阳光电源联合开发建设的青海格尔木500MW项目上网电价仅为0.31元/kWh,低于当地脱硫煤标杆上网电价(0.3247元/kWh),开创了国内光伏平价上网的先例,为平价上网提供了典型示范。

       无论政策倒逼还是行业发展趋势,平价上网时代都已被“激活”。在国内平价上网的最后一公里,我们呼吁降低非技术成本的同时,可以借鉴国际光伏市场成功经验,通过逆变技术迭代升级以及系统方案整合优化设计,促使平价上网时代的全面到来。



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应用技术VS制造技术:设计出来的光伏平价时代

发布时间:2019-04-11   来源:中国电力网

2019新年伊始,国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》,从政策层面推动了平价上网的进程。但在土地成本、弃光限电、补贴拖欠、电网接入、融资成本等非技术成本占总投资成本超20%的行业大背景下,如何进一步降低度电成本以实现光伏系统平价,是摆在光伏人面前的一个难题。


过去几年,光伏技术加速迭代,1500V、跟踪支架、高效双面组件以及铝合金电缆等新技术层出不穷,一定程度上促进了系统成本和度电成本(LCOE)的降低,但由于各种原因,这些新技术在国内市场尚未大规模应用,各种技术之间以及与应用场景之间如何更好地匹配融合,仍然存在较大挑战。在平价上网加速的大环境下,用设计降成本,向应用技术要“效益”,是更加有效的降本方式。而逆变器作为光伏系统的桥梁,对系统深度优化设计有着责无旁贷的责任。

     放开容配比,降低LCOE、平滑发电曲线

根据理论测算与实际项目应用发现,在合理范围内提高容配比,光伏电站的LCOE将会大幅降低。光伏发达国家如欧洲、美国、日本等都以交流侧容量来标定电站容量,通过提高光伏容配比来优化系统配置、降低光伏系统LCOE已是普遍做法,如欧洲光伏电站普遍按照1.2~1.4倍容配比进行设计,美国、印度电站容配比为1.4倍以上,日本部分光伏电站容配比甚至达到2倍以上。


近年,国内光伏相关企业、设计院等对容配比设计问题也进行了深入的研究和交流,早在2015年,国内某知名央企就曾组织国内相关单位的专家进行多次交流,结合理论计算与实际电站运行数据,为国内不同资源区的电站设计明确了最优容配比,并在实际电站中进行了应用。以系统LCOE最优为原则,根据不同资源区辐照条件等因素进行合理容配比设计已在行业内达成共识。根据相关消息,最新修订的《光伏电站设计规范》已初步确定将容配比放开,并将按照电站交流侧额定容量定义电站容量。新国标的颁布实施,将为国内高容配比设计提供理论依据。根据中国光照资源条件,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类资源区光伏电站最优容配比分别在1.3、1.4、1.5倍左右。

此外,提高容配比设计除了可以降低LCOE外,还可以使发电曲线更为平滑,降低电网的调峰压力,提高光伏发电渗透率。

子阵容量精细对比,降低电站投资成本

在中国光伏行业发展的过程中,子阵容量历经了1MW、1.25MW、1.6MW、2.5MW、3.125MW由小到大的演变,经过精细化的方阵容量设计对比发现,光伏子阵容量增大后,电站逆变器、变压器等设备数量减少,安装维护成本降低,站内高压线路减少,线缆和施工成本降低。经测算,对于1000V系统,子阵容量按照3MW设计,系统成本最优;对于1500V系统,子阵容量按照6~7MW设计,系统成本最优。目前海外欧洲、东南亚等实际电站中基本按照该原则设计,值得一提的是,印度光伏电站虽然起步较晚,但在系统应用技术上已经十分超前,不仅全部切换到1500V,单个子阵容量最大已经达到12.5MW。


        1500V双面组件+平单轴跟踪+逆变器融合

        跟踪系统通过追踪光照,以达到提高光照资源利用率的效果。而这两年兴起的双面组件则是改变“内部功力”,依靠背面的发电能力,可将电站发电量提升5~30%,相当于将组件的综合转换效率提高了5~30%。

        跟踪系统+双面组件的应用,一方面提高了单个组串的直流电流,另一方面直流将长期保持在高功率,这就给电站的核心“指挥者”——逆变器提出了更高的挑战,逆变器不仅需要增强直流电流接入能力,而且还需要长期保持高功率运转,同时还要为跟踪系统预留出更多的供电和通信接口,从而减少电站现场的施工量和成本,提升电站的经济效益。

      系统布局优化及线缆合理选型,提升经济效益

       光伏电站发展初期,组件倾角一般按照最佳发电量进行设计,支架间距设计遵从9:00~15:00确保前后排组件不遮挡。随着平价上网的大趋势来临,需要对电站系统布局进行更加精细化设计。在不同容配比下,对固定支架调节倾角及南北间距,平单轴调节东西间距等进行调节,以最低LCOE、最高IRR为衡量依据,选择最佳的方案。根据内蒙古某项目,通过优化计算,当容配比为1.2左右,固定支架倾角31°,间距9m时,LCOE最低。

       此外,铜线缆价格一般较铝合金线缆高3~4倍,因此为降低线缆成本,根据GB/T 30552-2014,当合金导体的截面积是铜的1.5倍时,其电气性能与铜基本相同,在电站设计可利用铝合金线缆替代铜线缆,100MW电站可节约线缆成本180~200万元,IRR提升0.05%。同时随着PLC载波通信技术在光伏交直流侧的逐步应用,将进一步节省电站通信线缆成本和施工成本。

      新型逆变器“集成化”“智能化”

      凭借系统功能、可靠性、系统成本和施工效率等方面的显著优势,逆变、中压、配电、通讯等设备融为一体的高度集成化设备越来越得到客户青睐。同时逆变器内部配置智能管理系统,实现逆变器部件健康度诊断、故障录波、跟踪系统监控等,快速精准定位故障,使得逆变系统更加智能化,将进一步降低系统成本及后期运维成本。打造高集成度、更智能化的逆变产品,推进逆变技术快速迭代升级,将是助力平价上网的有力“武器”。

       结语

       通过更优的设计和更低的零部件价格,各国上网电价持续降低,如印度3.57美分/kWh、埃及2.791美分/kWh、沙特1.79美分/kWh,“平价上网”浪潮席卷全球。在中国,2018年12月29日,由阳光电源联合开发建设的青海格尔木500MW项目上网电价仅为0.31元/kWh,低于当地脱硫煤标杆上网电价(0.3247元/kWh),开创了国内光伏平价上网的先例,为平价上网提供了典型示范。

       无论政策倒逼还是行业发展趋势,平价上网时代都已被“激活”。在国内平价上网的最后一公里,我们呼吁降低非技术成本的同时,可以借鉴国际光伏市场成功经验,通过逆变技术迭代升级以及系统方案整合优化设计,促使平价上网时代的全面到来。





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