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應用技術VS制造技術:設計出來的平價時代

2019新年伊始,國家發改委、國家能源局發布《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》,從政策層面推動了平價上網的進程。但在土地成本、棄光限電、補貼拖欠、電網接入、融資成本等非技術成本占總投資成本超20%的行業大背景下,如何進一步降低度電成本以實現光伏系統平價,是擺在光伏人面前的一個難題。

應用技術VS制造技術:設計出來的平價時代

過去幾年,光伏技術加速迭代,1500V、跟蹤支架、高效雙面組件以及鋁合金電纜等新技術層出不窮,一定程度上促進了系統成本和度電成本(LCOE)的降低,但由于各種原因,這些新技術在國內市場尚未大規模應用,各種技術之間以及與應用場景之間如何更好地匹配融合,仍然存在較大挑戰。在平價上網加速的大環境下,用設計降成本,向應用技術要“效益”,是更加有效的降本方式。而逆變器作為光伏系統的橋梁,對系統深度優化設計有著責無旁貸的責任。

放開容配比,降低LCOE、平滑發電曲線

根據理論測算與實際項目應用發現,在合理范圍內提高容配比,光伏電站的LCOE將會大幅降低。光伏發達國家如歐洲、美國、日本等都以交流側容量來標定電站容量,通過提高光伏容配比來優化系統配置、降低光伏系統LCOE已是普遍做法,如歐洲光伏電站普遍按照1.2~1.4倍容配比進行設計,美國、印度電站容配比為1.4倍以上,日本部分光伏電站容配比甚至達到2倍以上。

應用技術VS制造技術:設計出來的平價時代

近年,國內光伏相關企業、設計院等對容配比設計問題也進行了深入的研究和交流,早在2015年,國內某知名央企就曾組織國內相關單位的專家進行多次交流,結合理論計算與實際電站運行數據,為國內不同資源區的電站設計明確了最優容配比,并在實際電站中進行了應用。以系統LCOE最優為原則,根據不同資源區輻照條件等因素進行合理容配比設計已在行業內達成共識。根據相關消息,最新修訂的《光伏電站設計規范》已初步確定將容配比放開,并將按照電站交流側額定容量定義電站容量。新國標的頒布實施,將為國內高容配比設計提供理論依據。根據中國光照資源條件,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類資源區光伏電站最優容配比分別在1.3、1.4、1.5倍左右。

此外,提高容配比設計除了可以降低LCOE外,還可以使發電曲線更為平滑,降低電網的調峰壓力,提高光伏發電滲透率。

子陣容量精細對比,降低電站投資成本

在中國光伏行業發展的過程中,子陣容量歷經了1MW、1.25MW、1.6MW、2.5MW、3.125MW由小到大的演變,經過精細化的方陣容量設計對比發現,光伏子陣容量增大后,電站逆變器、變壓器等設備數量減少,安裝維護成本降低,站內高壓線路減少,線纜和施工成本降低。經測算,對于1000V系統,子陣容量按照3MW設計,系統成本最優;對于1500V系統,子陣容量按照6~7MW設計,系統成本最優。目前海外歐洲、東南亞等實際電站中基本按照該原則設計,值得一提的是,印度光伏電站雖然起步較晚,但在系統應用技術上已經十分超前,不僅全部切換到1500V,單個子陣容量最大已經達到12.5MW。

應用技術VS制造技術:設計出來的平價時代

不同方陣系統成本對比圖

1500V雙面組件+平單軸跟蹤+逆變器融合

跟蹤系統通過追蹤光照,以達到提高光照資源利用率的效果。而這兩年興起的雙面組件則是改變“內部功力”,依靠背面的發電能力,可將電站發電量提升5~30%,相當于將組件的綜合轉換效率提高了5~30%。

跟蹤系統+雙面組件的應用,一方面提高了單個組串的直流電流,另一方面直流將長期保持在高功率,這就給電站的核心“指揮者”——逆變器提出了更高的挑戰,逆變器不僅需要增強直流電流接入能力,而且還需要長期保持高功率運轉,同時還要為跟蹤系統預留出更多的供電和通信接口,從而減少電站現場的施工量和成本,提升電站的經濟效益。

應用技術VS制造技術:設計出來的平價時代

系統布局優化及線纜合理選型,提升經濟效益

光伏電站發展初期,組件傾角一般按照最佳發電量進行設計,支架間距設計遵從9:00~15:00確保前后排組件不遮擋。隨著平價上網的大趨勢來臨,需要對電站系統布局進行更加精細化設計。在不同容配比下,對固定支架調節傾角及南北間距,平單軸調節東西間距等進行調節,以最低LCOE、最高IRR為衡量依據,選擇最佳的方案。根據內蒙古某項目,通過優化計算,當容配比為1.2左右,固定支架傾角31°,間距9m時,LCOE最低。

此外,銅線纜價格一般較鋁合金線纜高3~4倍,因此為降低線纜成本,根據GB/T 30552-2014,當合金導體的截面積是銅的1.5倍時,其電氣性能與銅基本相同,在電站設計可利用鋁合金線纜替代銅線纜,100MW電站可節約線纜成本180~200萬元,IRR提升0.05%。同時隨著PLC載波通信技術在光伏交直流側的逐步應用,將進一步節省電站通信線纜成本和施工成本。

新型逆變器“集成化”“智能化”

憑借系統功能、可靠性、系統成本和施工效率等方面的顯著優勢,逆變、中壓、配電、通訊等設備融為一體的高度集成化設備越來越得到客戶青睞。同時逆變器內部配置智能管理系統,實現逆變器部件健康度診斷、故障錄波、跟蹤系統監控等,快速精準定位故障,使得逆變系統更加智能化,將進一步降低系統成本及后期運維成本。打造高集成度、更智能化的逆變產品,推進逆變技術快速迭代升級,將是助力平價上網的有力“武器”。

結語

通過更優的設計和更低的零部件價格,各國上網電價持續降低,如印度3.57美分/kWh、埃及2.791美分/kWh、沙特1.79美分/kWh,“平價上網”浪潮席卷全球。在中國,2018年12月29日,由陽光電源聯合開發建設的青海格爾木500MW項目上網電價僅為0.31元/kWh,低于當地脫硫煤標桿上網電價(0.3247元/kWh),開創了國內光伏平價上網的先例,為平價上網提供了典型示范。

無論政策倒逼還是行業發展趨勢,平價上網時代都已被“激活”。在國內平價上網的最后一公里,我們呼吁降低非技術成本的同時,可以借鑒國際光伏市場成功經驗,通過逆變技術迭代升級以及系統方案整合優化設計,促使平價上網時代的全面到來。

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