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在传统电力工程管理过程中,管理成效难以满足电力工程发展需求。对此,面对复杂多变的市场发展新形式,相关管理人员需要借鉴国际领域,设计相应的采购和管理模式,也就是EPC管理思想,这在电力工程施工过程中,业主向总承包商说明情况,总承包商为业主负责,对工程施工进行科学化,制度化的管理。
1EPC光伏电站工程建设的意义
伴随着资源节约型和环境友好型发展理念的不断深入,光伏电站工程建设逐日凸显,光伏电站工程建设是我国绿色能源工程项目,其发电系统的运作流程,主要是将太阳光能进行转换,使其成为电能,然后通过电网对其进行传送。这项技术的优势在于:电站不会出现能源枯竭的危险;太阳能是环保能源,并且可再生;对电站建设进行区域选择,将光能资源作为基础性内容,不会受到太多约束。因为太阳能芯片数据追踪存在一定精确性,因此能够有效降低系统的运行成本。
2EPC光伏电站工程项目
EPC光伏电站工程是设计采购施工总承包管理模式的简称,也就是在EPC管理模式下,业主和承包商之间签订合同,合同内容中明确设计、采购和施工等工作内容。总承包商以总价合同为依据,具体实施电力工程项目。在项目执行过程中,总承包商对安全问题、成本问题以及工程质量问题等进行严格把控,负责工程项目建设的整个过程。此外,EPC管理模式应用过程中,要牢牢抓住项目管理特点。因EPC项目管理模式和传统管理方式相比,其服务的范围逐渐向项目前做出了进一步的延伸[1]。
3EPC光伏电站工程在建设过程中的项目管理
3.1工程施工进度管理
光伏电站建设周期较短,但是所占用得土地面积较大对光电伏站工程设计、材料设备的采购上均存在较大影响。对此,对光电伏站的工程施工进度进行合理控制,十分重要。光伏电站工程实施前,需要制定一个科学可行的计划,以光伏电站供电工程工期为依据,对施工进度进行科学合理的安排,对所安装的机电设备进度进行规划和分析。总承包商与施工设备供应商之间签订设备采购合同,明确设备供应具体时间以及所供应设备的具体情况,确保设备及时送达,并确保设备质量。设备抵达施工现场后,根据施工图纸,进行设备安装。在光伏电站工程施工现场,对设备存放位置进行科学规划,确保施工过程中,能够方便使用各种机械设备,减少施工现场二次运转设备次数,确保光伏电站施工秩序,避免交叉作业,促进施工进度。
3.2施工成本控制管理
和普通电站相比,光伏电站施工成本较高。因此,EPC光伏电站工程对成本进行严格管理和控制十分必要。在对施工成本进行科学有效的管理过程中,需要对投资进行科学控制。总承包商需要建立专门的监理部门,对光伏电站工程投资进行严格控制和管理,并在企业内部制定相应的经济制度,对光伏电站建设过程中的各类账单进行复审,确认无误后才能签字。此外,总承包商还要跟踪施工投资金的应用情况,对于偏差的部分做出详细分析,并找出导致偏差的原因,采取相应措施,纠正问题[2]。总承包商对施工设备的选择,直接影响工程施工成本。施工过程中,总承包商可以通过招投标的方式对设备供应商进行选择,让供应商之间相互竞争,从中选择合适的设备供应商。同时,总承包商对项目各类合同进行严格管控,对施工成本进行科学合理的控制。
3.3工程的施工技术管理
对光伏电站施工技术进行严格管理,能够提高工程质量,降低工程成本。光伏电站工程设计变更,会极大的影响工程投资,因此,要对电站工程施工设计进行有效控制,减少变更出现。施工过程中,结合现场实际情况,制定切实可行的施工技术方案,确保施工质量。例如电池组件,设置最佳安装角度,提高组件转换效率。对于电站电缆而言,对其进行科学合理的布置,使损耗降到最低,这样做能够使光伏电站转换效率得到有效提高,最终促使施工技术得到进一步提升[3],图1为施工过程质量控制流程图。
3.4工程的施工安全管理
光伏电站施工单位在施工过程中,需要时刻注重安全问题。随着“以人为本”观念不断深入人心,在光伏电站工程施工过程中,不仅要高度重视施工质量,施工人员的人身安全也要高度重视。施工过程中,合理设置安全防护设施,为施工人员配备相应的安全防护用品,委派专业安全员进行施工过程的安全管理,定期开展安全教育,提升人员安全意识,防止安全事故发生。相关管理人员对施工全过程进行严格监督,及时发现安全问题,并且采取相应的解决措施,确保光伏电站工程施工顺利完成。
4结束语
总而言之,在EPC光伏电站建设过程中,通过优化施工设计,采取切实有效的安全措施、质量措施,优化施工工艺,强化图1施工过程质量控制流程图经营核算等管理手段,在确保施工安全、施工质量和施工进度的同时,降低施工成本,提高工程建设水平。
作者:贺才伟 单位:中国能源建设集团湖南火电建设有限公司
参考文献
[1]安文,赵伟伟.光伏电站项目后评价实证研究———以中节能射阳光伏电站为例[J].工程管理学报,2013,01:53~57.
区域产业特色与人才培养定位分析
浙江省现有光伏企业200余家,是全国光伏电池生产大省,产量约占全国的35%。衢州市作为浙江省第一个省级光伏产业基地,现有光伏企业60余家,是国内光伏产业链最为完善的地区之一。从市场调研情况来看,由于受到国际金融危机及欧债危机的影响,2011年下半年,硅材料加工、光伏电池市场受到了极大的影响,产量及价格受到巨大冲击。但从光伏应用市场来看,由于光伏电池、原材料价格的下降及国家光伏发电标杆电价的出台,给光伏发电系统集成市场带来了前所未有的利好前景。从国内光伏发电装机容量上看,2009年装机不到300MW,2010年装机约500MW,2011年装机约2.8GW。随着不可再生能源的不断消耗和国家对能源需求的不断增长,预计在未来的10年内,每年装机容量将急剧增加,人才需求将非常短缺。根据以上调研情况,我院对光伏应用技术专业的培养目标进行了重新定位,即重点培养具备光伏应用技术的基础知识,掌握光伏发电系统集成的能力,能适应光伏电站建设和光伏产品生产等光伏企业生产运行、技术服务、产品检测等一线需要的高素质技能型专门人才。
职业岗位能力分析
在课程体系构建中,我们主要围绕专业培养目标,以职业核心能力为主线,引入行业职业资格标准,以生产岗位典型工作任务为载体,与企业共同开发基于工作过程的系统化课程体系。结合专业定位,我们对处于光伏产业下游的光伏电站建设与光伏应用产品企业展开了调研。
光伏电站建设工作岗位能力分析。从调研情况来看,光伏电站建设的主要工作岗位有电站建设前期调研、工程设计、工程项目申报、工程施工、入网调试、电站运行维护与检修等,具体能力要求如图1所示。光伏应用产品生产工作岗位能力分析从调研情况来看,光伏应用产品生产的主要工作岗位有单体电池检测、特种组件生产、组件检测、控制器制作、系统集成与检测、系统维护与技术服务等,具体能力要求如图2所示。
专业拓展能力调研分析。结合专业定位及企业调研,本专业毕业生可在光伏电池生产、光伏发电系统集成等相关企业从事硅太阳电池方阵组合工、光伏系统集成工程师等相关岗位工作,经过1~3年后,可升为技术员,或转岗至管理岗位,如车间班长、车间主任等。学生的专业拓展能力如图3所示。
课程体系构建
高职教育是以培养高素质技能型人才为目标的,课程体系的建设必须抓住区域产业、企业、学生三个要素,要保证学生在掌握专业技能的同时,具备大学生应具有的素质。因此,课程体系的建立不能仅考虑学生职业技能的提高,而是更应该关注学生职业素质的养成与提高。
文化素质课程平台构建。在课程体系建设过程中要以专业人才培养为目标,对原属于文化素质课的公共基础课程进行重新定位。比如,在大学英语课程中,应改变以往课程模式,设置基础英语与行业英语;在计算机文化课程中,应按照专业定位及要求,设置Word高级应用、Excel高级应用、PowerPoint高级应用等课程模板,供不同专业学生选择。为加强大学生文化素质教育和交叉学科能力培养,使学生更好地适应社会需求,应基于文化素质课平台开设人文社会科学、自然科学、工程技术、艺术鉴赏等四大类素质拓展课程。
专业课程平台构建。专业课程平台主要包括基础理论课程与职业能力课程。基础理论课程是为专业核心技术提供基础理论知识和基本实践技能的课程,主要有《电工基础》、《太阳能电池材料制备工艺》、《光伏电子产品制作》、《电子线路制图与制板》、《工程制图与CAD》、《电力系统基础》等课程。在课程体系中,基础理论课程与职业能力课程的实践教学比重应占50%以上,平时的课程教学应注重学生的技能培养。由于学生在学科系统理论学习上存在一定的缺失,所以在课程体系中,很有必要增设一门回顾总结性课程———《光伏发电技术》,使学生在“做”的基础上掌握学科的完整性,有利于学生的可持续发展。职业能力核心课程是培养职业岗位能力的关键课程,必须根据技术领域和职业岗位(群)任职要求,参照相关职业资格标准设置。本专业开设了《光伏电池制造工艺》、《光伏发电系统集成与设计》、《光伏逆变技术》、《光伏发电系统施工与入网调试》、《光伏电气设备检修与电站维修》、《智能光伏产品制作》等6门职业核心课程。
【关键词】光伏电站;建设;运营管理
1.引言
光伏电站与常规发电项目相比较,有其自身的特点。不同的光伏组件,不同的安装方式以及运营中系统的管理方式都会影响到系统的运行效率及最终发电量。本论文以格尔木光伏电站为例,详细介绍了并网光伏电站的建设及运营管理等工作,具有较好的借鉴价值。
2.工程建设
2.1 光伏组件的选择
光伏组件作为光伏发电系统的核心部件,其各项参数指标的优劣对整个光伏发电系统的发电性能将产生直接影响。目前技术成熟、应用广泛的主要有单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅(薄膜)组件、砷化镓高倍聚光电池等。
(1)晶硅组件
单晶硅组件是采用单晶硅片制造的光伏组件,这类光伏组件发展最早,技术也最为成熟。其性能稳定,转换效率高,目前规模化量产的商品电池效率已达16%~18%。多晶硅组件的生产工艺与单晶硅基本相同,但由于生产多晶硅的硅片是由多个不同大小、不同取向的晶粒构成,因而多晶硅的转换效率要比单晶硅电池略低,规模化量产的电池转换率已经达到15%~17%。目前,国内主流组件厂家的单晶硅组件和多晶硅组件其转换效率和价格都趋于同一水平,因此对于同等容量的光伏电站,采用这两种组件无论从造价还是发电量而言,没有什么差别,只是理论上来讲,单晶硅组件在功率衰减、温度效应等方面优于多晶硅组件,但从实际应用方面来看,还需要一个较长时间的实际运行数据予以验证。
(2)薄膜组件
薄膜是在不同衬底上附着非晶态硅晶粒制成的,工艺简单,成本低廉,便于大规模生产,其规模化量产的转换效率为5%~8%左右,并且具有弱光性好,受高温影响小等优点,因此在早期受到人们的普遍重视,得到了快速的发展。但由于材料引发的光致衰减效应,特别是单结的非晶硅光伏组件,稳定性不高。
表1是格尔木地区投产光伏电站2011年5月~2012年5月多晶硅组件与薄膜组件的单个方阵实际发电量对比表。
如图1所示:通过实际运行数据对比不难发现,薄膜组件的发电量与多晶硅组件有较大差值。其中在气温较高的6~8月,发电量差值不大,在4%~7%之间,说明薄膜电池受高温影响小的特点比较明显。但通观全年,薄膜的发电量比多晶硅电池低16.8%。而在目前市场情况下,薄膜组件与多晶硅组件相比,其价格优势并不明显,甚至已不存在价格优势。因此,在现阶段的大规模光伏电站建设中,光伏组件的选择应以技术较为成熟的单晶硅、多晶硅组件为主,选择少量的先进的实验型薄膜组件进行试验性应用,以推动薄膜组件的技术进步和成熟。
2.2 不同安装方式对发电量的影响
光伏组件安装方式主要有:固定式、水平单轴跟踪、斜单轴跟踪和双轴跟踪。
(1)固定式安装
目前技术最成熟、成本相对最低、应用最广泛的方式为固定式安装,如图2。
(2)水平单轴跟踪
水平单轴跟踪的转轴与地面所成角度为0,理论上水平单轴跟踪方式较固定式安装其发电量可提高20-25%。但其造价也要比固定式的高,如图3。
(3)斜单轴跟踪
为了综合上述两种方式的优点,在尽可能提高系统发电量的同时,又充分保证系统支架稳定性,又应运而生了一种斜单轴跟踪方式,实际上它是固定式和水平单轴的综合体。该方式单轴的转轴与地面所成角度一般小于当地纬度,这样相对于水平单轴跟踪方式,由于单轴的转轴与地面呈一定的倾斜角度,能够更多的提高系统的发电量,如图4。
(4)双轴跟踪
双轴跟踪系统,是方位角和俯仰角两个方向都可以运动的跟踪系统,双轴跟踪系统可以最大限度的提高太阳能设备利用太阳能的效率。理论上采用双轴跟踪可提高年均发电量35%~45%,如图5。
如图6与表2所示:通过对不同安装方式发电量的对比,可以看出:平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪比固定式安装的发电量都有提高,分别为10.2%、13.4%、36.6%。但是其造价以及后期的维护成本都要比固定式安装高。因此在选择安装方式时需要综合考虑发电量、造价、后期维护成本等各方面因素,选择适合于自身的安装方式。
2.3 设计优化对工程造价的影响
光伏电站与常规发电项目相比较,其建设成本要高出很多,以目前光伏组件的价格水平测算,采用多晶硅组件固定式安装的光伏电站单位千瓦造价约为1.2万元/kW左右。按照国家发改委1.00元/kWh的电价测算,项目盈利压力依然较大,这就要求从工程建设阶段开始,在保证工程质量的同时,通过各种方法,降低工程造价,为项目的运营奠定良好的基础。
设计作为工程建设的龙头,它决定了工程的性质和工程造价的基础,工程在造价上是否合理,是浪费还是节约,在设计阶段就已定型,工程设计师建设项目进行全面规划和具体描述实施意图的过程,也是具体实现技术与经济对立统一的过程,而在这一阶段形成了设计概算,确定了投资的最高限额。可见工程设计是影响和控制工程造价的关键环节,光伏电站的投资虽然主要是设备投资,约占工程总造价的60%,而建筑工程只占总造价的25%左右,但通过优化设计,依然可以在一定程度上降低工程造价。以格尔木光伏电站为例,最初设计的光伏支架总重约3180t,经过多次修改设计,对支架设计进行优化,光伏支架总重量为1680t,节省钢材1500t,按7500元/t计算,工程造价降低1125万元(每瓦造价降低约0.56元)。
3.运行管理经验
3.1 格尔木地区实际光照资源分析
根据格尔木地区光资源分析,利用RETScreen软件可计算出最佳倾角38°时倾斜面获得太阳辐射量为7989.07MJ/m2,在考虑尘土覆盖损耗、温度影响、逆变器损耗等影响系统发电量的因素后,多晶硅光伏电站实际转化为输出电能的太阳能辐射量为6263.43MJ/m2,光伏电站建成首年的利用小时数为1745.4h。根据组件厂家提供的数据,10年衰减7%,20年衰减14%计算,25年衰减率约为17.5%,电站在寿命期内年均利用小时数为1589h。
格尔木光伏电站一期20兆瓦项目2011年6月~2012年5月发电量及利用小时数统计见表3。
可以看出,格尔木地区光伏电站实际运行年利用小时数较设计值高出1.3%。
3.2 组件清扫对发电量的影响
众所周知,光伏组件的清洁程度会直接影响其发电量,我电站自投运初期高度重视光伏组件的清扫工作,为准确掌握组件清洁度对发电量的影响,分析清扫带来的发电收益与清扫成本之间的关系,我站进行了组件清洁试验。试验抽取5个单元(以一个汇流箱对应设备为一个单元,每个单元320块组件,发电功率73.6千瓦),其中A单元每天进行清洁,B单元每周清洁一次,C单元每半月清洁一次,D单元每月清洁一次,E单元不清洁。2011年10月试验数据如表4。
根据以上数据,半月清洁一次带来的综合收益最高,若按20兆瓦光伏电站计算,按半月清洁一次计算,清洁光伏组件提高发电量可增加收益约193.87万元。当然,一个月的试验数据不具有广泛的代表性,由于每个季度气候不同,清洁光伏组件所产生的收益也会不同,比较准确的是积累一个完整年的数据进行分析,才能准确的说明组件清洁所带来的收益。
3.3 其他提高发电量的手段
除了上述光伏组件清洁直接带来的发电量提高外,不断的提高光伏电站的运行维护水平,从细节入手,对发电量的提高也是至关重要的。比如:定期检查光伏组件板间连线,方阵汇流箱内的连线,对于出现松动的部位及时紧固;检查光伏组件是否有损坏或异常,如破损、热斑等,当光伏组件出现问题时,及时更换;提高运维人员技术水平,完善设备备品备件,设备故障时及时消缺,减少故障损失电量等等。
4.结论
关键词:发电效益;水光互补;优化设计;研究
随着中国对外开放程度不断扩大,国家经济实力有了很大的提升,世界各国经济文化往来愈发频繁,国内各行各业发展势头越加迅猛,急需大量的能源供给,为了促进社会高速稳定运转,人们开始对电力系统进行调整,以期在实现最大经济效益的前提下为民众提供充足的电力能源,水光互补方案是对水电站的优化,将光伏发电与水电站进行完美结合,真正做到优势互补,打造新型发电系统,提高电力能源的质量和电力系统的运行效率,推动电力企业可持续发展,为企业注入源源不断的动力,推动人类社会不断向前迈进。
1当前水电站运行中出现的问题
水电站,作为将水能转化为电能的大型基础工程,常被人们称为水电厂,水电站发电主要是借助水能,该发电站受季节影响较大,水资源充沛的时间水电站运行较快,能提供较为充足的电力能源,其他时节水电站运行较慢直接干扰电力系统的稳定运行。据调查统计,每年4~9月丰水期水电站运行效率较高,而10月到第二年的3月多为枯水期,电力系统运行较慢,像某水力发电厂2月的时候由于水流量过小,电力设备的运行效率下降了一半,无法满足民众的实际用电需求,不仅影响着人们的正常工作和生活,有时甚至要面对巨额赔款,影响水电站的长远发展。
2水光互补方案
随着时代的发展,特别是本世纪初中国加入世界贸易组织之后,国内各行各业迎来了发展的黄金时期,相应加大了对电力能源的需求量,原有的电力系统已无法满足当前人们的实际需求,为了提高电力企业的运行效率,为人们提供充足优质的电力能源,人们加大了对电力系统的研究力度,以期对电力系统进行优化,实现最大的经济效益,水光互补方案作为水电站的补充,不仅能调节水电站运行不稳定的问题还能为民众供给更多的电能,当前我国部分电力企业工作人员积极在水电站周边构建光伏发电工程,开辟了水光互补的新局面,将水电与光伏发电有效的融为一个整体,不仅能保证系统稳定运行,同时还能提高企业的经济收益,促进电力企业良性运转,当前水光互补已然成为水电站的一大突破口,总结以往的建设经验,对方案进行优化,实现最佳的建设效果,以便为民众提供充足的电力能源,推动电力企业良性运转。像黄河公司龙羊峡水光互补二期工程已成功并网发电,它是全球最大的并网光伏发电工程,该工程投入使用后,不仅有效地带动了当地经济的发展,且每年财政增收高达5000万元,为当地民众工作生活注入能源的同时在一定程度上也减少了环境污染问题的出现,是未来水电站发展的大方向。当前“电”已然成为人们生活中最重要的能源支撑,随着能源紧缺和环境污染问题愈发严重,“电”作为清洁可再生能源越发受到人们的青睐,就当前我国水力发电厂运行现状而言,仅仅靠其单独运行势必无法满足人们日益增长的能源需求,运用光伏发电工程对水电站进行优化,实现水光互补,切实提高水电站的运行效率,实现发电效益最大化。就当前我国水电站高达四万多座,我国幅员辽阔地质类型复杂多样,增加了电网系统的建设难度,水电站的发电情况受制于季节和自然条件,而且小型水电站多未与大型电网进行连接,因此时常会出现在枯水期水电站运行效率低下,当地电力能源供应不稳的情况,更有甚者在我国西部地区冬季冰冻期水电站会出现无电供应的情况,为了打破电力系统运行不稳的僵局,确保人们正常的工作和生活,当前多数人采用水光互补的方式补给电力能源,以便更好地推动电网系统稳定运行。当前多数水电站在打造水光互补新局面时采取白天蓄水,夜晚发电的新模式,人们可以利用其光伏发电在日间发电,将光伏发电与水力发电有机的整合到一起,根据当地的实际用电情况,调整电力系统的发电效率,确保各时段电力系统运行稳定。优化水光互补方案,根据各地民众的实际用电情况,水电站的发电情况,气候和地质情况,分析水电站运行情况及建设光伏发电工程未来的前景,综合考虑多方因素,准确把握工程设计要点,实现水电站和光伏发电优势互补,当前部分电力企业工作人员只看到光伏发电的好处,忽视了各地的实际建设情况,盲目加大光伏发电工程的投资建设,忽视了光伏发电与水力发电的结合,未对该项工程进行优化调整,如不同时期应有不同的运行策略,枯水期与丰水期,水电站的输电量不尽相同,光伏发电同样受制于气候,因此一定要对电力工程进行优化,以为民众提供充足优质的电力能源为目标,对电力工程进行调节,打造水光互补的新局面,提高水电站的灵活性,以便更好地服务人民大众,推动社会稳定运行,组建专业的工作团队,深入建设地进行考察,制定切实可行的建设方案,在保证环境提高电力企业经济效益的前提下对电力系统进行优化,为社会注入电能,推动电力企业可持续发展。
3结语
总而言之,“电”作为清洁可再生能源,作为推动社会发展支撑人们工作生活的重要动力能源,近年来越发受到人们关注,科学分析水电站在发电中的不足,加大对光伏发电工程的研究,准确把握两个电力工程的设计要点,将其完美的完美契合在一起,真正做到优势互补,推动电力系统稳定运行,以便为民众提供更多优质电力能源,实现最大的经济效益,方便人们正常的工作和生活,推动社会稳步向前迈进。
参考文献
[1]王学成,杨雨,刘庆超,等.基于发电效益最大化的水光互补方案优化设计[J].发电与空调,2015,36(6):93-97.
关键词:太阳能光伏发电并网 应用技术安装施工建筑节能
1. 工程概况
由深圳市华昱投资开发(集团)有限公司投资建设的6KWp太阳能光伏并网工程项目位于深圳市坂田街道伯公坳路1号华昱机构大院内。该项目总安装容量6KWp,采用60块Nexpower生产的95W非晶硅薄膜太阳电池组件通过5串12并连接方式,采用施耐德GT2.8型号并网逆变器两台,采用室内安装,系统配直流配电箱1套和交流配电箱1套。整个项目与楼顶建筑结合与一体。光伏发电就近并入220V配电系统的低压配电端,供办公大楼的零耗能办公室空调用电,本工程将光伏系统与建筑节能理念完美结合(如图1所示)。该项目工程的施工单位为深圳市大族激光科技股份有限公司,工程於2010年7月20日开工,至2010年7月31日竣工,大楼通电后项目于2010年9月2日正式并网发电。
图1
2.总体设计方案
2.1本次项目以深圳市华昱投资开发(集团)有限公司六楼东侧顶部建筑架空屋面形式为安装场地,总共建设功率为6KWp的光伏并网发电系统。
2.2太阳能发电部分总体设计方案框图如下(如图2所示):白天有日照时,太阳能方阵发出的电经并网逆变器将电能直接输到交流电网上。此光伏发电系统采用了60块95Wp的非晶薄膜太阳电池组件,采用5串12并连接方式;系统选用了两台型号为GT2.8AU的并网逆变器将直流电变成符合要求的交流电供用户侧负载使用;并网逆变器经过交流配电箱NLACB-01后,接入低压配电并网点。
图2(系统原理图)
2.3光伏发电系统设计方案
本项目采用瑞士专业的光伏设计软件,对整个光伏发电系统进行了详细的分析与设计。设计阶段我们结合深圳当地的气候特点,针对太阳电池方阵安装的三个方向(分别为:正南、南偏东45°、南偏西45°)的发电量进行深入分析(详见表1及图3),最终太阳电池方阵决定采用正向朝南的安装方式,组件安装倾角为当地最佳倾角23°(由于业主方考虑到整个屋顶美观性最终采用光伏组件与水平面1°倾角),光伏系统共采用60块95Wp的非晶薄膜太阳电池组件通过5串*12并方式进行系统串并联连接,由2台施耐德公司生产的GT2.8系列太阳能光伏并网逆变器,系统总安装容量为6kWp。(详见图4:太阳能电池方阵接线图)
不同方向的发电量分析 表1
图3
整个太阳能光伏并网系统由太阳电池组件、直流汇线箱、并网逆变器、交流配电箱、防雷系统组成;同时由1套数据采集监控系统完成对整个光伏并网发电系统的数据采集。
本项目的太阳能并网发电系统采用光伏建筑一体化技术,把太阳能转化为电能,不经过蓄电池储能,直接把电能送上电网。与离网太阳能发电系统相比,该技术无温室气体和污染物排放,所发电能馈入电网,以电网为储能装置,省掉蓄电池,可比独立太阳能光伏系统的建设投资减少35%―45%,降低了发电成本。同时,省掉蓄电池可提高系统的平均无故障时间,减少蓄电池的二次污染。光伏电池组件与建筑物完美结合,既可发电,又能作为建筑材料和装饰材料,使建筑物科技含量提高、增加亮点。
3.施工具体操作细节
3.1组件支架安装
按照施工图纸,组件支架连接处采用无缝焊接。焊接完毕通过防锈处理,支架组装完成后形成统一平面。(详见图5:基础钢结构装配图)
3.2太阳电池组件安装
太阳电池组件平行插入两根H型钢材固定的导轨内,H钢高度100mm,电池组件厚度35.3mm,不够部分用泡沫垫将组件底部垫起。 保证电池组件整个形成平面,太阳电池组件不与支架发送直接接触,达到保护太阳电池组件目的。(详见图6:工程总装配图)
3.3屋顶密封
电池组件间用泡沫棒填充后用黑色耐候胶密封,组件与钢支架衔接部分用黑色耐候胶密封。缝隙较小部分用泡沫垫填充后用耐候密封胶密封。电池组件方阵有一块空缺部分用玻璃板密封,四周打耐候密封胶。
3.4组件线路安装
五块组件串联之后主线进入设备间。主线穿过方阵和设备间的90PVC线管,12组主线按照设备编号进入设备间。主线衔接部分用防水胶带和绝缘胶带捆绑。
3.5设备间安装
设备间用镀锌线槽,线槽有线出入部分开孔。直流线缆按照编号进入直流配电箱。
3.6 设备运输
安装包括电池组件运输,支架钢结构运输,基本材料运输。(设备运送到工地后从一楼到楼顶)
3.7 系统施工流程如下:
4.施工管理
施工单位组织精干力量,挑选比较优秀的管理人员组成项目经理部,由项目技术负责人主持编制《施工组织设计和方案》,并经施工单位技术负责人审核后,报请甲方现场技术负责人审查通过。
我们在施工现场建立了完善的质量保证体系和安全管理体系,把质量责任落实到每一个员工,实行质量与经济挂勾制度,在施工中严格执行“三检”制度,并切实把好原材料质量关;从开始施工至结束施工始终按照设计图纸和有关设计变更文件进行施工,严格遵守《建筑法》、《建设工程质量管理条例》和国家现行施工质量验收规范;按照《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300―2001的新规范进行质量验收,没有违反工程建设标准强制性条文,没有发生质量事故和人员伤亡事故。
5.工程质量情况分述如下
5.1钢结构施工工程
图7(钢结构竣工图)
整个项目施工完成后刚结构平整,达到预期安装效果,屋顶结构合理。整个楼顶钢结构采用12个立柱支撑,保证安装完毕钢结构形成完整平面。同时为了防止尘土影响整个系统发电效果,系统采用1度倾角保证在下雨天雨水能顺利将屋面尘土进行冲刷带走。
整个系统钢结构采用无缝焊接连接,焊接完毕用防锈漆进行处理,系统采用2套无动力风机,将屋面热量及时带走。无动力风机采用镶嵌式安装。
5.2建筑电气分部工程
设备挂式安装在大楼六楼配电间。电气部分由太阳电池组件,直流配电箱、施耐德公司生产的GT2.8系列太阳能光伏并网逆变器2台、交流配电箱组成。我们对发电系统的每个环节都做检验记录。主要包括系统设计、安装、布线、防水工程、防雷接地、设备工作特性试验、数据采集系统等,截止到目前所有设备运行正常。详见图8(光伏系统并网设备安装示意图)
6.太阳能光伏发电系统配电房及设备操作及维护的主要注意事项
6.1 光伏并网发电系统设备的操作
6.1.1 系统通停操作
6.1.1.1 系统通电的操作
(1)先打开太阳能直流配电箱将断路器开关合上;
(2)再打开交流配电柜将断路器开关合上,并网逆变器自动启动与市电并网,同时并网逆变器将直流电能转换为交流电能输送到电网供办公室空调等设备用电。
(3)在并网逆变器正常工作状态,不能随便关合交直流开关。
(4)直流汇结箱开关要处于正常开启状态。
6.1.1.2 系统停电的操作
太阳能供电系统并网后,只要设备不出系统故障,不能人为停电,如必须停电,按以下步骤操作停电。
(1)先将配电房太阳能直流配电柜直流开关断开。
(2)再打开交流配电柜将断路器开关断开。
6.1.2 直流汇结箱操作
如果停止逆变器的直流输入,将直流汇结箱的直流断路器全部断开。
6.1.2.1 浪涌保护器:提供光伏组件的防雷保护。
6.1.2.2 直流断路器:直流输出的开关。
6.1.2.3 正输入:光伏阵列的正极输入。
6.1.2.4 负输入:光伏阵列的负极输入。
6.1.2.5 输出:直流汇结箱的输出(至逆变器)。
6.1.3 逆变器操作
按系统通电的操作进行并网,一般情况下逆变器无需维护保养,通电后自动运行。逆变器具有自动运行停止功能:早上太阳上升,日照强度增大,使光伏组件输出功率达到条件时,逆变器自动启动。日落时运行停止。如果出现故障显示为红灯,绿灯正常工作。
6.1.4 交流配电箱操作
6.1.4.1两个电表:分别记录两台逆变器输出交流电量。
6.1.4.2 浪涌保护器:防止交流过电流/电压对系统影响,保护逆变器正常运行。
6.1.4.3 断路器:左边并排两个断路器分别为两台逆变器交流输出切断开关,右边一个断路器为并网点切断开关(紧急情况下使用)。
6.2光伏并网发电系统设备的维护
6.2.1 光伏组件的维护
所有的光伏组件对维护要求非常低。如果组件弄脏了,即可用肥皂、水和一块柔软的布或海绵清洗玻璃。对于较难去除的污垢要用一种柔和的不含磨损剂的清洁剂来清洗。另外,要检查太阳能电池组件表面是否有裂纹、电极是否脱落。适时用万用表检测组件的开路电压与短路电流,看是否与说明书上的参数一致。
太阳能电池组件最少每半年要进行定期清洗,经常清洗可提高系统5%发电量。
6.2.2 直流配电箱的维护
日常检查外壳是否腐蚀、生锈和检查布线是否损伤。
如直流输入发生故障应依次检查直流端的开关及接线端,确认直流汇结箱中的开关电源是否击穿或损坏,然后再检查太阳能电池方阵是否有电流松动现象。浪涌保护器是否被雷电击穿(一般浪涌保护器只能承受三次左右雷击,雷击后需更换以免造成其他设备损坏。)
6.2.3 逆变器的维护
日常维护和检修:检查外壳是否腐蚀、生锈;检查是否有异动振动,异常声音;检查指示灯状态(绿灯正常运行,红灯设备故障)。
6.2.4 交流配电箱的维护
日常维护和检修:检查外壳是否腐蚀、生锈和检查布线是否损伤;检查全部装置是否有异动振动,异常声音;检查电源电压主回路电压是否正常。
6.2.5 太阳能设备操作使用的注意事项
6.2.5.1 由于太阳能并网供电系统:直流>500V,交流220V必须指定专业操作人员,应按有关安全标准进行操作,以免造成人身伤亡和设备故障。
6.2.5.2 太阳能并网供电系统为无人值守站,定期巡检查看设备运行状态。
7. 经济、环境、社会效益分析
7.1经济效益分析
7.1.1 年节电量及节约用电节约用电:年节电量为6138 kwh,年节约用电费约0.5万元。
7.1.2 年节省一次性能源合约2.3吨标煤。
7.1.3 减少城市电力建设资金投入量5万元
7.2环境效益分析
7.3社会效益分析
7.3.1本项目单纯按照发电量计算,其经济效益是较低;与常规能源对比,费用仍然较高。这也是制约太阳能光伏发电主要因素。然而,我们应该看到,治理常规能源所造成的污染是一项很大的“隐蔽”费用,一些国家对化石燃料的价格进行补贴。
7.3.2 太阳能发电虽然一场投入很大,单其运行基本没有成本。而对于并网发电而言,运行故障相对较小。
7.3.3 本项目太阳能与建筑节能理念相结合,其未来发展前景巨大。
7.3.4 用太阳能发电作为常规能源的补充,远期大规模应用。许多发达国家光伏发电已逐步替代传统能源。据权威预测,到2030年光伏发电在全球总发电量中将占到5―10%。
8. 结束语
近几年来,华昱集团一直在进行节能建筑、生态人居等健康住宅探索,寻求持续发展之路。并与华中科技大学于2009年合作开发建设的生态建筑试验房,通过技术、经济分析比较确定节能设计方案,并取得良好的试验效果。该太阳能光伏并网工程项目所在地华昱集团总部零耗能办公室为该公司第二阶段的节能建筑试验场所,该零耗能办公室充分利用光伏并网发电系统、地源热泵系统、动态空气墙、室内舒适度调节系统、室内地板送风系统等节能技术,其中光伏并网发电系统为节能的较大亮点。华昱集团总部生态零耗能办公室采用光伏建筑一体化技术,该技术既能满足建筑结构要求,提升建筑美感,又具有光伏发电功能,对节能减排、保护生态环境具有重要意义。
关键词:太阳能光伏幕墙建筑一体化
前言
2006年1月1日,我国实施《可再生能源法》,此后相继出台《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行方法》、《可再生能源产业指导目录》等。2009年,财政部、住房和城乡建设部《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》(财建[2009]128号)《、太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》(财建[2009]129号)、《关于印发太阳能光电建筑应用示范项目申报指南的通知》(财办建[2009]34号),对太阳能光电建筑应用进行补贴支持。其中《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》规定,支持项目应满足以下条件:
1、单项工程装机容量应不小于50kWp。2、发电效率:单晶硅应超过16%,多晶硅应超过14%,非晶硅应超过6%。3、优先支持光伏组件与建筑物实现构件化、一体化。4、优先支持并网式太阳能光电建筑应用项目。5、优先支持学校、医院、政府机关等公共建筑应用光电项目。
太阳能光电建筑应用系统成本主要包括两个部分:一是太阳能电池组件成本;二是安装应用成本,包括设计施工、平衡系统、电网接入等。2009年的补助标准确定为20元/瓦,占目前系统成本的近50%。
太阳能光伏发电与建筑一体化有以下主要优点:1、有效利用建筑表面(屋顶和墙面),省去支撑结构,节省土地资源。2、可原地发电、原地使用,节约送电网投资和减少损耗。3、BIPV系统舒缓夏季高峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾。4、建立多元化的有弹性的能源系统。5、国家政策补贴和电价优惠可以给用户带来实惠。6、避免墙面温度和屋顶温度过高,改善室内环境,降低空调负荷。7、光伏建筑一体化还会提高建筑工程的工业化程度,使建筑工程变成一种高度机械化、自动化的高效率制作产业。但要做好太阳能光伏发电与建筑一体化,却要解决一系列问题,包括技术层面和政策层面。
一、我国太阳能资源的分布
1、当地全年太阳能资源
我国太阳能资源的地区分类概况,如图1所示。
2、当地气候状况
当地的气候状况也是影响太阳能光伏幕墙应用的重要因素。
图1我国太阳能资源分布图
(1)温度:环境温度对太阳能光伏电池的效率有影响,一般来说,温度越高效率越低。因此,在严寒、寒冷地区的气候可以使得温度的影响效应降低;而在炎热气候条件下应采取一定的措施,使得太阳能电池板的温度不至于过高。
(2)抗风、雪荷载、防雨等:光伏幕墙作为建筑构件,还应该根据项目当地的气候条件,综合考虑抗风、防雨、雪荷载等问题。
(3)遮阳、采光的需求:通过光伏组件与玻璃幕墙的结合,通常会形成幕墙上的非透明或半透明部分,因此光伏幕墙具有一定遮阳的功能,同时也降低了玻璃幕墙的透光性能。不同气候区的建筑对遮阳和采光的需求不同,因此光伏幕墙的设计也应有所不同。
3、当地纬度和各个朝向的太阳能照度情况
太阳能光伏幕墙的受光面与太阳的相对位置是决定光伏幕墙接受到的太阳能大小的重要因素。太阳位置常用两个角度来表示,即太阳高度角β和太阳方位角A。
在当地条件下,幕墙上接受太阳能的大小则是由幕墙的安装朝向的方位角和倾角决定的。
4、周围建筑物遮挡
光伏幕墙安装在建筑物上,可能会出现被周围建筑遮挡的情况。如果部分太阳能电池被遮挡,被遮挡的电池把功率以热的方式耗尽,降低整体发电效率。时间过长易导致故障产生,造成整个光伏电池组件损坏。因此,光伏幕墙应安装在日照最多,阴影最少的地方;并且尽量保证组件上部和下部的空气流通,以保持尽可能低的温度。在建筑密度较高的城市,建筑应用光伏幕墙应结合建筑所在地块建筑现状和规划,采用计算或实验的方法对遮挡问题进行预测,尽量避免周边建筑对光伏幕墙的遮挡。若存在太阳光大面积被遮挡的情况,则不适宜安装光伏幕墙。
二、太阳能电池组件的选用
1、各种电池的能源转换效率
(1)实验室转换效率。目前各类太阳电池的实验室转换效率记录见表1。
表1 目前各类太阳电池的实验室转换效率记录
电池种类 转换率(%) 研发单位 备注
单晶硅电池 24.7 澳大利亚新雨威尔大学 4cm2面积
背接触采光单晶硅电池 26.8 美国SunPower 公司 96倍聚光
CaAs多结电池 40.7 SpectroLab 333倍聚光
多晶硅电池 20.3 德国弗兰霍夫研究所 1.002cm2面积
InCaP/CaAs 30.28 日本能源公司 4cm2面积
非晶硅电池 12.8 美国USSC公司 0.27cm2面积
CIGS电池 19.9 美国可再生能源实验室 0.41cm2面积
CdTe电池 16.5 美国可再生能源实验室 1.032cm2面积
多晶硅薄膜电池 16.6 德国斯图加特大学 4.017cm2面积
纳米硅电池 10.1 日本钟洲公司 2um膜(玻璃衬底)
染料敏化电池 11.0 EPFL 0.25cm2面积
HIT电池 21.5 日本三洋电机公司
(2)实际转换效率。实际市场上销售的太阳能电池转换效率达不到实验的数据,实际效率如表2。
表2目前各类太阳电池的实验室转换效率的记录
电池种类 转换率(%)
单晶硅电池 17%
多晶硅 15%
非晶硅 12%
(3)温度对效率的影响。当温度升高时,光伏电池的发电效率将下降。不同的光伏电池,温度系数有些差别。非晶硅电池的温度系数要比晶体硅电池小,即非晶硅电池受温度的影响比晶体硅电池小。在常见的光伏电池中,效率受温度影响情况如下:单晶硅最大;多晶硅中等;非晶硅较小。
2、基于建筑一体化设计,电池组件的选用原则
在建筑光伏一体化设计中,对于建筑不同部位选用不同光伏电池的原则如下:
(1)多晶薄膜、非晶硅薄膜电池在建筑一体化设计中比较有优势,宜采用与建筑屋面、墙面、玻璃幕墙相结合的多晶薄膜、非晶硅薄膜电池。(2)应按照地区,将太阳能电池板与屋面,东、南、西向墙面相结合。(3)根据建筑要求确定合适的玻璃性能(如采光)及结构(如夹层、中空、异型)。(4)根据抗风等要求确定玻璃的强度要求(钢化、厚度)。
3、光伏组件需要解决的问题
(1)组件的生产问题。在光伏组件的生产中,应根据电池的特性选用面板玻璃,考虑透光性能、厚度、强度、平整度等。在夹胶生产工艺方面,应选用专用的胶片,并在组件边缘采用专用密封胶密封。在弯曲成型方面,应注意电池的弯曲能力。在电池焊接、联接、合片、引出线等工艺设计中要重点关注成品率。
(2)组件的安装与使用问题。光伏幕墙组件在设计中应把安装方式作为重点之一。这其中包括组件固定方式,光伏幕墙的水密性,安装、使用中的损坏问题,光伏组件背后的散热问题等。
在设计中还应充分考虑光伏幕墙的建筑使用要求和在寿命期的一系列问题,包括:与建筑外观的协调;透光性能;应考虑玻璃在夏季的升温问题及热炸裂问题;冬季玻璃构造的保温能力;光伏电池的效率衰减;光伏电池组件的使用寿命;组件的清洗、维护等。
4、比较适用于太阳能光伏幕墙的电池
(1)非晶硅太阳能电池。非晶硅太阳能电池无毒、无污染,技术成熟,多用于玻璃幕墙,特别适合在新建建筑使用。技术特点如下:
①对散射光、折射光、直射光等各种光源都有良好的吸收效应,稳定电流输出,长时间光电转换。②没有半导体效应,不随光照时间长产生温度升高,发电效应不降低,更适合用于热带地区。③比晶体硅电池组件容易维护和清洁,不会因为部分阴影而导致整块电池组件发电效果大幅度下降。④薄膜太阳能电池造价是晶体硅电池的一半,而且不受原材料瓶颈的限制,适合于广泛实用。⑤非晶硅太阳能电池光电转换效率已达到13%。⑥制备工艺相对简单,原材料消耗少,比较便宜等优点。⑦非最佳角度阳光下的工作情况好于单晶硅太阳能电池,可自由裁剪,可充分利用合成的产品。
(2)铜铟镓硒太阳能电池(CIGS)。铜铟镓硒太阳能电池(CIGS)为柔性薄膜,用于曲面造型幕墙,突破平板限制。电池高效、低成本、性能稳定,可大规模工业化生产。技术特点如下:①转化率高:可以和传统的单晶硅媲美,小面积可达19.9%,大面积可达11.2%。②性能稳定,无污染。③制造成本低。④使用寿命长。⑤柔性薄膜,用于曲面造型幕墙,突破平板限制。
三、一体化构造的确定
1、光伏幕墙的基本构造
光伏幕墙系统除了具备太阳能电池阵列、功率调节器等设备外,作为建筑的一部分,还应具备以下功能的构造:(1)作为建筑的护结构,应采取一定的措施,达到基本的隔热保温的要求。具体来说,光伏幕墙的传热系数、遮阳系数及内表面温度等参数应达到相关要求。(2)电气绝缘性能。(3)防水防潮。(4)作为建筑构件,将受到风荷载、雪荷载等外力的作用,应具备一定的强度,保证建筑的护结构不受到破坏,同时应具备一定的刚度,以保证不至于变形。(5)作为玻璃幕墙或采光顶时,还应满足建筑采光的需求,应具有一定的透明度。
2、BIVP的设计原则
(1)与建筑能完美结合,是建筑艺术与创意设计。光伏组件给建筑设计带来了新的挑战与机遇,画龙点睛的BIPV设计会使建筑更富生机,环保绿色的设计理念更能体现建筑与自然的结合。(2)结构安全性。光伏组件与建筑的结合,结构安全性涉及两方面:一是组件本身的结构安全,如高层建筑屋顶的风荷载较地面大很多,光伏组件受风变形时是否会影响到电池片的正常工作等。二是固定组件的连接方式的安全性。组件的安装固定需对连接件固定点进行相应的结构计算,并充分考虑在使用期内的多种不利情况。建筑的使用寿命一般在50年以上,光伏组件的使用寿命也在20年以上,BIPV的结构安全性问题不可小视。(3)发电性能(主要功能),并电网匹配。(4)通风、保温、隔热、散热、采光、遮阳。(5)根据建筑功能需要,考虑发电用途。通常发电的用途包括:照明、抽水、空调、上网等。
3、BIPV的各种形式
目前,BIPV通常采用以下形式,在每种形式下,建筑要求如表3。
表3BIVP的各种形式
序号 BIVP形式 光伏组件 建筑要求
1 光伏采光顶 双玻璃光伏组件(透明) 建筑效果好、结构强、采光性好、遮风挡雨、隔热保温
2 光伏屋顶 光伏屋面瓦 建筑效果好、结构强、遮风挡雨、隔热保温
3 光伏幕墙(透明) 双玻璃光伏组件(透明) 建筑效果好、结构强、采光性好、遮风挡雨、隔热保温
4 光伏幕墙(非透明) 双玻璃光伏组件 建筑效果好、结构强、遮风挡雨、隔热保温
5 光伏遮阳板 双玻璃光伏组件 建筑效果好、结构强
6 屋顶光伏组件 普通光伏组件 建筑效果好
7 墙面光伏组件 普通光伏组件 建筑效果好
BIPV较适合的建筑部位有屋顶、风雨棚、立面幕墙、大型遮阳百叶等位置。各种情况分析如下:(1)光电幕墙:只要地区合适、朝向合适,便可以采用太阳能光电幕墙。(2)光伏屋顶:屋顶为不透明,太阳能电池板能很好与其结合。直立锁边屋面板系统,BIPV配置合理有很好效果。BIPV形式玻璃采光顶。(3)风雨棚:风雨棚使用BIPV有优势:①覆盖面积大,且有最理想的太阳辐射角;②外观形状单一规整,方便太阳能板的布设;③维护和检修非常方便。(4)电动遮阳百叶BIPV:①能根据太阳高度角进行调节,获得最大太阳辐射量;②太阳能电池板能和遮阳百叶在外观上能很好融合;③机械化程度高,BIPV应用将更加广泛和合理。(5)墙面:南向、东西向墙面,若无遮挡,也是很好的位置,可取得较好的效果。
4、太阳能光伏幕墙工程应解决的问题
太阳能光伏幕墙需要结合建筑的总体规划设计,考虑环境、需求等一系列问题。
(1)与建筑外观协调一致。(2)城市区大楼彼此遮蔽阳光。(3)建筑物的纬度、方位,以及环境干扰。(4)与建筑物结合一体,设计与施工均较复杂,技术要求度很高。(5)造价昂贵,投资大,业主缺少投资动力。(6)晶体硅模板背部因通风较差,温度上升,发电效率可能降低10%以上。(7)垂直设置,将减少约40%的发电量。(8)当阴影遮蔽一片模组的一部分时,将减少整片模组及其他串联模组的发电量。(9)电气联接、电网联接、电量计量、电气保护等。
5、太阳能光伏幕墙工程问题的解决途径
(1)通过对光伏幕墙接受的太阳辐细计算,避免大楼彼此遮蔽阳光的问题。(2)规定清洗时间间隔,定期清洗,以解决空气质量不好等环境问题。(3)行业开展共同研究,编制相关的行业技术规程,不断提高光伏建筑一体化的设计与施工技术。(4)采用薄膜电池,通过规模化生产降低成本,优化电网系统。(5)在夏热地区使用,应有夏季的背部通风措施(60℃以下),并进行温度计算,减少温升问题。(6)垂直设置时,应进行经济分析,确定采用的电池、系统等,缩短投资回收期。(7)进行光照阴影计算,确定最佳安装位置。同时,采用弱光性能好的薄膜电池,减少阴影的影响。(8)制定配套的设计标准及技术指南,优化电气设计。
四、结语
关键词:太阳能利用专业 人才需求 核心技能 职业岗位
笔者本着“以服务为宗旨,以就业为导向”的教育理念,调研太阳能利用企业的发展现状、企业人才结构及毕业生从业情况,归纳总结、研究分析太阳能利用相关企业对人才的需要,通过对实际岗位职业能力要求的综合分析,提炼专业核心技能,构建专业核心课程和教学项目,形成具有现实指导意义的太阳能利用专业的教学指导方案和课程标准。
一、产业特点与就业人才情况调研
1.产业特点
我国《可再生能源中长期规划》指出,太阳能热利用将作为主要的可再生能源加以推广,2010年太阳能保有量已达到1.5亿平方米,到2020年保有量必须达到3亿平方米。中国已是目前世界上太阳能利用产品的生产和应用第一大国。
通过市场调研,目前太阳能利用行业产业链如下图所示。
图
2.人才结构、人才需求和职业岗位情况
浙江省海宁市太阳能利用产业从20世纪80年代生产热水器开始起步,经过30年的发展已成为全国三大太阳能热水器制造基地之一,共有光热、光伏企业700余家,具有完整的产业链。据来自海宁市经贸局统计数字显示,2011年海宁市太阳能产业总产值达111亿元,其中光伏产业占近80亿元产值,光热光伏分别占到全国的23%和18%,注册的太阳能企业数达到700余家,市场庞大,发展迅猛。
(1)从业人才结构情况及企业需求情况。
①年龄结构:目前太阳能企业一线操作工中36周岁以上的中老年员工占人数的63%,而企业最希望把这一比例调整为36周岁以下员工能达到75%;目前企业技术研发人员年龄在25周岁到50周岁占74%,企业需求显示希望达到87%。
②职业资格:企业从业人员中在初级工及以下人员占到76%;而企业希望最实用的中级工能达到75%的比例。
③学历层次:目前企业一线操作工中初中及以下文化程度占54%,企业需求调研显示,占77%的高中(中技)毕业生是比较理想的学历层次。
④户籍情况:在所调研的企业中,外地户籍员工占一线操作工的2/3以上,而企业希望有97%的本地员工。
(2)太阳能企业需求的职业岗位(见下表)。
表
工种 需求量(%)
真空管镀膜工 13.5
水箱发泡工 13
热水器安装工 8
光伏电池切片工 14.5
光伏电池生产工 17
光伏电池组件封装工 14
太阳能热水工程施工员 3
太阳能光伏工程施工员 4
太阳能产品营销员 13
(3)数据分析。对从业人员和未来企业需求人才进行分析可知,企业急需要本地户籍的员工,以减少人才流动对企业可持续发展的影响;企业员工目前的年龄结构、职业资格及学历层次等基础条件已严重影响到企业的转型升级。分析可知,目前太阳能企业对于处于中职类毕业生年龄层次、中级技术等级、中职学历层次类的人才需求最大,也正符合中职学校的教学特点,就更需要中职类学校为培养太阳能利用专业技术人才提供有效可靠的保障。
二、太阳能利用产业职业的职业岗位能力
结合太阳能利用行业产业链和企业不同岗位的人才需求综合调查分析,中职太阳能利用专业学生从业职业岗位界定为以下九类,并确定岗位任务和能力要求。
1.全玻璃真空管镀膜工
工作任务:了解与分析玻璃真空管与其他集热器的优劣之分;熟悉特定镀膜机的操作界面和操作方法;熟悉真空镀膜的膜层结构;掌握正确的镀膜工艺。
能力结构:学会正确操作真空镀膜机;能识别膜层的质量;能安装、拆卸玻璃管;掌握镀膜方法等。
2.水箱发泡工
工作任务:熟悉发泡车间的环境条件,了解发泡设备的结构与特点,了解聚胺脂的成分与特点,熟悉聚氨脂发泡的操作工艺。
能力结构:正确使用发泡设备,会聚氨脂发泡操作,会发泡参数的设定与调整,能进行水箱定位块的安装,掌握发泡枪的清洗操作等。
3.热水器安装工
工作任务:掌握安装示意图的识读;了解水箱、支架、真空管的材料知识;正确使用安装工具;熟练掌握安装程序与安装工艺;掌握上、下水管连接技术。
能力结构:能正确使用安装工具;能识读安装示意图;掌握太阳能热水器水箱、支架、真空管的安装方法,掌握热水器上、下水管的连接方法。
4.太阳能热水工程施工员
工作任务:掌握太阳能热水系统施工图设计流程;掌握基础的制作、集热器结构支架的施工、集热器的连接施工、系统管路的施工、太阳热水系统的保温施工、电气与控制系统的施工、油漆的施工、屋面防水处理的工艺要求;能排除太阳能系统常见故障;能进行系统的常规养护作业。
能力结构:掌握太阳能热水系统各种部件的选购要求;熟悉系统的调试项目及标准,系统的验收标准;熟悉太阳能热水系统的整体施工工艺过程及相关作业要求;掌握系统的一般维护的内容,维护的工艺要求。
5.光伏电池切片操作工
工作任务:了解切片车间的整个工艺流程;会使用切断机、滚磨机、切片机等相关设备;会使用检测工具和方法对硅片进行检测;不合格硅片的简单问题分析。
能力结构:按操作规程和标准加工符合标准的晶棒;掌握切方、滚磨、切片等工艺流程与技术参数;熟悉硅棒和硅片检测的相关参数及检验方法、熟练运用检验工具;能正确的处理切片中遇到一般问题(如断线、跳线等);能对超声波清洗机进行日常的维护和保养。
6.太阳能电池生产工
工作任务:按操作规程和标准加工符合标准的太阳能电池片;会使用生产过程中的相关设备如清洗制绒机、丝网印刷机等;熟悉生产过程中的各工序工艺流程和关键工艺点;掌握不合格太阳能电池片的简单问题分析。
能力结构:掌握硅片的加工工艺;掌握多线切割机等电池片加工设备的使用规范和操作流程;掌握电池的检测能力;具备常见的故障诊断能力。
7.太阳能电池组件封装工
工作任务:按操作规程和标准封装符合标准的太阳能电池组件;会识读生产、检测工艺文件和作业指导书;熟悉组件生产过程中的各工序工艺流程和关键工艺点,特别是层压的控制方式和原理。
能力结构:会使用生产过程中的红外焊接机、层压机等相关设备;具备电池片进行分类检测操作能力;能利用相关设备对组件进行检测,具备常见的故障诊断能力。
8.太阳能光电工程施工员
工作任务:了解太阳能光伏发电系统的设计中的发电量、屋顶的形状、方位及倾斜角、太阳能电池的面积等参数的选择;熟悉电气施工步骤和工艺;熟悉太阳能光伏系统工程竣工的检查和验收步骤和工艺;能分析太阳能系统常见故障;能进行系统的常规养护作业,数据分析。
能力结构:能进行太阳能光电系统的布线施工,具备太阳能光伏系统工程竣工时检查方法和试验方法的能力,掌握太阳能系统常见故障的类型分析和排除能力,具备基本的施工工程图的读图能力。
9.太阳能产品营销员
工作任务:进行太阳能市场调研与分析预测工作,如行业信息收集、竞争品牌分等,并提出市场研究报告;编制销售计划、目标责任和考核指标; 编制产品营销策略实施方案;实施太阳能产品营销的策略;管理维护客户关系以及客户间的长期战略合作计划。
能力结构:具备太阳能产品的基本常识,具有敏感的商业和市场意识,具备良好的沟通合作技巧及良好的团队建设经验,具备良好的分析问题与解决问题能力。
三、太阳能利用专业核心技能的提炼
综合上述太阳能利用企业的职业岗位、工作任务和能力结构分析,最终提炼确定太阳能利用专业核心技能为以下5个项目。
1.太阳能热水器的加工
熟练掌握太阳能热水器各部件的加工工艺和加工流程,正确使用太阳能热水器各部件加工设备。
2.太阳能热水工程的施工
能对太阳能热水工程进行简单设计、运算,并能对工程的施工技术做较全面的了解;能进行热水工程施工;能对热水工程进行维护及故障排除。
3.太阳能电池片的生产加工
熟练掌握太阳能电池片的生产加工工艺和加工流程,能正确使用加工设备,并学会对工艺参数的分析、设置。
4.太阳能光伏工程施工
能对太阳能光伏工程进行参数、结构设计,并对工程施工技术作较全面的了解;能进行光伏工程的施工;能对光伏工程进行维护及排除故障。
5.销售
要求相当熟悉太阳能热利用产品的结构、性能,能学会运用合理的销售策略;具备一定的销售能力。
我国处于经济发展的上升阶段,能源需求不断增长与常规能源匮乏成为了严重阻碍了我国经济持续发展的重要矛盾。为此,加速推进可再生能源的开发和利用成为了缓解我国能源供需矛盾,促进能源利用结构优化升级,保证我国经济社会科学发展的重要举措。根据国家制定的新能源发展振兴计划(讨论稿),至2020年我国光伏装机容量将达到20Gwp。预计今后10年内,光伏发电的年平均新增装机将达到2GWp。在今后10年,我国光伏发电将会迎来黄金发展时期。2009年财政部、住房和城乡建设部联合下发了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》(下简称《实施意见》),《实施意见》要求对光伏建筑项目给予政策支持。2011年3月的我国国民经济和社会发展十二五规划纲要指出,要“推动重点领域跨越式发展”。光伏发电是我国“十二五”期间重点发展领域。虽然光伏建筑项目有清洁、环境效益好,可再生、永不枯竭,基建周期短,装机规模灵活等众多优点。但是,我们也必须清楚的认识到,我国现阶段的光伏建筑开发技术与发达国家相比还存在很大差距,在开发过程中将会遇到诸多风险。本研究将以国际光伏产业市场及发展趋势为背景,通过对产业结构相关理论的梳理,结合投资风险及决策研究,旨在对过去几年太阳能光伏产业的投资及发展方式进行反思。
二、国内外研究动态
(一)国外研究现状
(1)国外风险评价的研究
在英美等发达国家,风险管理的实施分三个层次:由国家制订法规并进行监督;企业内部设置,专人负责,董事会决策;对人民群众进行教育,培养风险意识。已有不少国家以此模式来开展工作,并已取得了较好的效果。从现有情况看,已呈现出以下发展趋势。随着项目管理技术的发展,项目管理形成一套科学的方法体系,风险管理正式列入了项目管理的行列,构成了项目风险管理。
美国学者汉斯等在《风险管理与保险》中对风险管理进行了定义:风险管理是通过对风险的识别、管理和控制而以最小成本使风险所致损失达到最低程度的管理方法。巴格利尼在指出风险管理的目的是在保持企业财务稳定性的同时,是风险发生造成的成本损失降低到最低。Rerry和Hayes基于建设项目的主要风险源分析了风险因素。Wirbaetal将Tahetal和Cooper与Chapman的研究成果进行了综合,按照HRBS(Hierarchical Risk Breakdown Structure)方法对风险进行分类。Akintoyet和Macleod等先后归纳了工程项目风险管理的主要技术,如概率分析、敏感分析、随机控制等方法,对风险出现的后果和概率及分布进行定量分析。Terry Lyons和Martin Skitmore做了一份关于风险管理技术应用的高级管理调查,调查的研究结果认为项目生命周期的执行和规划阶段风险管理的应用多于项目的概念设计和结束阶段;在项目风险管理中,风险识别和评价尤为重要,风险应对和风险监控次之。
(2)国外光伏发电项目研究
目前国外对光伏发电项目的研究主要还集中在经济效益分析和产业发展政策研究等内容上,在光伏发电项目风险评价方面缺乏系统的研究。
John Byrne等基于需求管理的应用前景分析了光伏发电经济效益的多样性,并通过案例验证了需求侧管理系统可以为光伏发电项目使用者提供潜在的效益和功能。Kate DLatham对美国加利福尼亚州的屋顶光伏项目进行了成本-收益分析,论证了应用光伏发电替代非再生能源发电是非常可行的,并通过案例计算得出并网政策是促使州政府推广光伏发电的关键。
Lemer Ivan提出了光伏发电项目具有较好的市场前景,对美国的光伏产业发展趋势进行了分析,并且预测了到2020年世界光伏产业年收益将达到15亿美元。Jardim等分析了巴西南部地区建筑应用并网光伏系统的潜力,并将六种不同的商业光伏系统与完全屋顶安装的光伏系统进行比较,结果表明了建筑屋顶光伏系统具有优势。Masini等总结了欧洲五国推广光伏建筑一体化的实践经验,分析并设计了促进并网光伏发电项目发展的激励政策,并基于学习曲线研究光伏发电项目在四种不同政策下所表现出的不同宏观发展情景。
(二)国内研究现状
(1)关于风险评价的研究
国内在风险评价方面,主要结合不同的研究主体采用不同的评价方法进行综合研究。风险评价应用的研究主体,多集中于风险投资、财务风险管理、工程项目管理领域,评价的方法多集中于层次分析法、模糊综合评价法、灰色系统理论、神经元网络法等。汪忠、黄瑞华梳理了国外风险管理的研究状况,对风险内涵进行了深入解读,从纵向、横向、垂向对国外的风险管理研究进行了立体透视分析,进而从金融风险分析技术和项目管理风险分析技术两个大的方面阐述了风险评价的相关工具。陈建华将视角定位于风险投资项目,结合风险投资特性,阐述对风险的识别并分析了相关风险评估方法,包括客观风险评价法、蒙特卡罗模拟法、故障树分析法、Var方法、风险矩阵法等等,进而结合触发器原理、屏障分析、多层防御体系建立动态风险防范体系。吕海萌关注于高新技术风险投资项目,设计了风险投资项目综合动态评价模型,在对项目进行全面初评的基础上,结合项目的生命周期,利用风险矩阵法和层次分析法进行深层次评估。
(2)国内光伏发电项目风险评价研究
国内外学者对光伏发电项目的评价主要还集中在经济效益的分析上,对外部效益的研究还不全面,且缺乏具有普遍应用价值的评价模型和方法,对光伏发电项目投资可行性准确判断的缺失是制约光伏发电项目规模化化发展的重要原因。
国内学者对光伏技术发展也进行了相关研究,主要包括:一是从技术路线图的角度分析了特定区域内光伏产业的发展研究,耿亚新等人分析了我国光伏产业发展的技术路线图,李彦峰研究了保定光伏产业的技术路线图,二是从光伏产业的技术应用角度进行分析,张青虎对太阳能光伏发电系统和太阳能光伏照明系统的应用进行了介绍,李剑等从光伏技术应用的现实意义出发,分析了光伏技术与绿色照明在建筑领域的应用优势,张悦等从光伏技术的应用、价值链和成本分析来探讨光伏技术带来的社会效应、长期和外部的经济效应,黄鲁成等在梳理技术评价研究方法的基础上,构建了主客观相结合的组合评价模型来确定太阳能电池产业化过程中的关键技术。
三、结论
综上所述,近年来我国在光伏发电项目风险评价方面的研究已取得一定的成绩,但是我国光伏发电项目风险评价起步较晚,还未能有针对性的建立一套适合的风险评价体现,有效科学的发觉和评价风险。因此,将风险识别、评价与境外水电工程项目特点相互整合,构建一套适合我国光伏发电项目风险评价体系,显得尤为必要。
参考文献:
[1]许谨良.风险管理[M].北京:中国金融出版社,1998.
[2]王家远,刘春乐.建设项目风险管理[M].北京:中国水利水电出版社,知识产权出版社,2004,11~15.
关键词:大规模光伏发电;电力系统;影响
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.169
0 前言
当下,人们不得不面临多种能源逐渐枯竭,自然与生态环境逐渐恶化的现状,这也就造成可再生资源使用量不断增加。在电力行业中,人们除了用传统方式发电外,还会使用光伏发电,并且其占据的比例也在越来越多,从多方面影响电力系统。
1 光伏发电并网系统的概述
光伏发电并网系统是指把已经形成的电流传送到电力系统,经过网逆变器与变压器的传输,把电能转到公共电网,过程中不会用蓄电池储存电量[1]。因为光伏发电形成的电能在电网中直接省略了蓄电池这一步骤,所以,其能量损耗较少,占中的空间要小于其他电力设施。现在,大规模的光伏发电产生的电流,都会并入到大的电网中,而并入后,由于光伏自身的传送特点,每向外输出功率,都会让电网系统运行产生的电压或短或长,影响电流的传输。
2 大规模光伏发电入网的建模
光伏发电相对于其他发电方式来说,有很大的优势,但因为光伏电池存在的诸多缺点,其在进入电网后,会影响电网内部的电压稳定,所以,就需要科学、客观的分析其对电力系统造成的影响[2]。下面就对光伏发电入网的建模逐一介绍:第一种是光伏电池及陈列模型。该模型创建时,是以单二模型为主要参考,再利用基尔霍夫原则,形成电路,让理论公式简便化,最后把数学表达式作为该模型的表达公式,这个公式可以解决计算工程常见的问题。第二种是换流器及内环控制模型。换流器在分散电流时,会用内环和外环两种方式对电流进行控制,外环负责输入电压,让内环根据外环的电压决定最终使用的并网方式;内环根据外环形成的电压确定输入,再通过控制技术与环流器的使用,让电流顺利进入电力网络。第三种是光伏发电动态模型。通常情况下,想要建立一个动态模型,必须把多个状态方程变换成组,与逆变器以及MPPT的方程联立,从而创建系统模型。第四种是光伏发电系统模型。它是以动态模式的理论为基础,创建的平台,它采用了很多仿真手段,对电流的入网进行控制。
3 大规模光伏入电对电力网络的影响
3.1 有频功率特性
光伏发电在传送电流时有如下特点,其中包括:电流输出时波动的不定性;电源作为一种静止元件,以换流器为媒介并入电网,不会产生转动的惯量;在低电压的传输中,会形成有功或无功的动态;电力人员要确保电流通过时,它不会破坏使用的各种设备原件,导致负荷能力较弱,容易脱网等[3]。这些特点都会让电力系统的特性发生变化,让系统调整运行的方案。
光伏电力没有规律的波动会严重影响电力系统内部的平衡,并改变了多次调频与调度的特点,其频率越限制等级,传送的风险也就越大。并且,系统通常会准备几套备用系统,但这些系统在光伏接入后,会根据接入后的数据做适当的调整。又因为电源时静止元价,为了满足电力传输的需求,替换了以往使用的常规电源,导致系统应对紧急情况的能力减弱,严重时还会让频率积极变化的情况,影响其整体的运行。
3.2 无功电压特性
大规模光伏发电的地区多为戈壁、荒漠,这些地区电力负荷较低,电网短路容量小于其他地区,而光伏发电形成的电流较多,如果传送的距离很长,必须借助高压输电网完成,让系统内的无功平衡特性失衡,增加母线内的电压。同时,让光伏分散并入电力系统,让系统内已经形成的辐射网发生了变化,改变了电源的运作方式,控制能力被削弱,导致电压不稳。
3.3 功角稳定性
电源本身并不会影响功角的稳定性,但因为它产生的随机波动和无转动惯量,改变了系统原有的电流流向、传送电流的功率,又缩减了等效惯量的数额。所以,在接入光伏发电后,功角稳定性必然受到影响,做适当的调整,其调整方案主要从运行的方式和采用的技术等方面决定。而在这些影响中,除了可以完善系统的不足外,也有可能是系统的功能恶化,就像是电力脱网,特别是在实现集中化、规模化后,一旦出现脱网,会让系统的稳定严重失衡,因此,要根据光伏发电并网后实际的传输特点,对脱网形成的风险进行预估。
3.4 电能质量
现在,大规模光伏发电入网,要求电力网络改变原有的电原结构,调整光伏发电机组在系统中使用的数量,适当扩大或缩小规模,稳定电网构架,从而有效分流,并对电流的流向进行控制,以让电压保持在平稳状态,上下浮动较小。另外,人们生活条件有了很大的改善,使用的终端数量不断增加,使用的电量也在逐年上升,这无疑增加了电力网络供电的压力,有时甚至会导致光伏污染的出现。同时,光伏入网还会影响小扰动稳定性造成影响。因为光伏入网不会出现机械与电磁失去平衡的情况,但从另一个角度来说,却存在小扰动稳定性的现象,这一现象的出现,可能会为网络功能的使用增加阻碍。
4 总结
光伏发电属于清洁能源的一种,从某个角度来说,它可以节约能源的使用,在一定程度上缓解我国能源不足的问题。但就目前的情况来看,大规模的光伏发电虽然给生活带来了便利,但也对电力系统造成了不同程度的影响,为此,我国电力人员必须客观分析这些影响,给出相应的对策,从而让电力事业快速发展。
参考文献:
[1]阳水财.浅析大规模光伏发电对电力系统的影响[J].科技与创新,2015(14):83+88.