Strauji attīstoties fotoelektriskajai rūpniecībai, agrīni būvētām fotoelektriskajām strāvas stacijām parasti ir zemas enerģijas ražošanas efektivitāte tehnoloģisko ierobežojumu un aprīkojuma novecošanās dēļ. Saskaņā ar statistiku, spēkstaciju mērogs, kas tika nodots ekspluatācijā un darbojās vairāk nekā 10 gadus, pirms 2014. gadā ir sasniedzis 19,5 GW. Šo spēkstaciju komponentu efektivitāte parasti ir mazāka par 17%, kas nopietni ietekmē enerģijas ražošanas efektivitāti un ekonomiskos ieguvumus.
Mēs padziļināti analizēsim īpašos tehniskos risinājumus veco fotoelektrisko elektrostaciju efektivitātes uzlabošanai no trim dimensijām: aparatūras atjaunošana, sistēmas optimizācija un inteliģenta darbība un uzturēšana. Mēs sniegsim detalizētus parametru salīdzinājumus un ieguvumu analīzes tabulas, lai nodrošinātu praktiskas tehniskas atjaunošanas vadlīnijas elektrostaciju īpašniekiem.
Pašreizējā situācija un veco fotoelektrisko elektrostaciju problēmu diagnoze
Sākotnēji būvētās fotoelektriskās strāvas stacijas parasti saskārās ar zemas enerģijas ražošanas efektivitātes un augstas darbības un uzturēšanas izmaksu problēmām. Saskaņā ar nozares datiem, fotoelektrisko elektrostaciju moduļu efektivitāte, kas tiek ieviesta pirms 2014. gada, lielākoties ir mazāka par 17%, kas ir daudz zemāka nekā pašreizējais vispārizglītojošais moduļa efektivitātes līmenis 22-25%. Šīm strāvas stacijām galvenokārt ir šādas problēmas:
Iekārtas novecošanās problēma
Īpaši ievērojams. Polikristālisko silīcija moduļa jauda, ko izmantoja agrīnās strāvas stacijās, parasti bija starp 220-250 W, savukārt mūsdienu moduļa jauda ir sasniegusi 550-720 W, ar ievērojamu atšķirību. Arī komponentu vājināšanās ir diezgan smaga. Saskaņā ar nozares standartiem polikristāliskā silīcija komponentu vājināšanās līmenis 25 gadu laikā nevajadzētu būt mazākam par 20%.
Tomēr faktiskā darbībā, ņemot vērā nenobriedušo materiālu tehnoloģiju agrīnā stadijā un dažiem ražotājiem, kas samazina kvalitātes standartus, lai kontrolētu izmaksas dubultā apgrieztā periodā, daudziem spēkstaciju komponentiem ir bijuši negaidīti karstie punkti, slēptās plaisas un backboards novecošanās. Runājot par invertoriem, agrīnie centralizētie invertori galvenokārt izmantoja 500 kW un tika aprīkoti tikai ar vienu MPPT. Izsekošanas sprieguma diapazons bija šaurs un nevarēja izpildīt mūsdienu komponentu tehniskās prasības.
Sistēmas projektēšanas defekti
Ierobežot enerģijas ražošanas efektivitāti. Agrīnās fotoelektriskās elektrostacijas parasti tika izstrādātas ar 1: 1 jaudas koeficientu, savukārt mūsdienu spēkstacijas parasti izmanto 1: 1,1 vai pat augstākas ietilpības koeficienta dizainu. Komponentu izkārtojuma izteiksmē veciem spēkstacijām bieži trūkst zinātniskas ēnu analīzes un atstarpes aprēķina, kā rezultātā starp blokiem rodas smagi oklūzijas zudumi. Kabeļu izvēle ir arī salīdzinoši konservatīva, un līnijas zudums parasti ir augsts, dažām strāvas stacijām sasniedzot vairāk nekā 3%, ievērojami pārsniedzot nozares ideālo 1%.
Novecojusi darbība un uzturēšanas vadība
Šis ir vēl viens būtisks sāpju punkts. Lielākajā daļā veco spēkstaciju joprojām tiek izmantotas manuālās pārbaudes un pasīvās tehniskās apkopes režīmi, kuriem trūkst inteliģentu uzraudzības sistēmu, nevar aptvert aprīkojuma reālā laika darbības stāvokli, ir lēns kļūdas reakcijas ātrums un ilgs vidējais laiks remontam (MTTR).
Tīrīšana un apkope galvenokārt paļaujas uz manuālu darbu. 20MW elektrības stacijai, izmantojot augsta spiediena ūdens kravas automašīnu tīrīšanas režīmu ar 4 cilvēkiem vienā transportlīdzeklī, visa tīrīšanas procesa pabeigšana, kas ir neefektīva, prasa apmēram 15 dienas.
Attiecībā uz iepriekšminētajiem jautājumiem veco fotoelektrisko elektrostaciju tehnoloģiskā pārveidošana ir kļuvusi par galveno pasākumu, lai uzlabotu fotoelektrisko rūpniecības vispārējo konkurētspēju. Izmantojot zinātnisku novērtējumu un mērķtiecīgu atjaunošanu, var ievērojami palielināties ne tikai enerģijas ražošanu, bet arī var pagarināt arī elektrības stacijas kalpošanas laiku, un investīciju atdevi var uzlabot.
Zemāk no trim dimensijām tiks sīki apskatīti konkrēti tehniski risinājumi: aparatūras transformācija, sistēmas optimizācija un inteliģenta darbība un apkope.
Aparatūras pārveidošanas plāns un parametru optimizācija
Aparatūras atjaunošana ir vistiešākais un efektīvākais veids, kā uzlabot veco fotoelektrisko elektrostaciju enerģijas ražošanas efektivitāti, galvenokārt iekļaujot komponentu atjauninājumus, invertora nomaiņu, kronšteinu pielāgojumus un enerģijas uzkrāšanas iekārtas. Jauninot un aizstājot galveno aprīkojumu, sistēmas enerģijas ražošanas jaudu un darbības stabilitāti var ievērojami uzlabot.
Komponentu atjaunināšanas stratēģija un atlases parametri
Komponenti ir fotoelektrisko spēkstaciju "sirds", un to veiktspēja tieši ietekmē spēkstacijas kopējo enerģijas ražošanas efektivitāti. Vecākiem spēkstacijām, kas darbojas vairāk nekā 10 gadus, komponentu uzlabojumi var dot tūlītējus rezultātus. Pašlaik tirgū ir divi galvenie komponentu atjaunināšanas risinājumi:
Pilns rezerves plāns
Piemērots spēkstacijām ar smagu komponentu novecošanos (vājināšanās ātrums pārsniedz 2 0%) vai lielas slēptu plaisu un karsto punktu zonas. Jauniem komponentiem ieteicams izmantot N-Type Topcon vai HJT komponentus ar tipiskiem parametriem, ieskaitot 570-720 WP, konvertēšanas efektivitāti 22.
Salīdzinot ar agrīnajiem polikristāliskajiem komponentiem (ar gada sabrukšanas ātrumu {{0}}. 8-1%), tas var radīt 15-20% vairāk elektrības 25 gadu laikā. Tomēr kopējās nomaiņas izmaksas ir salīdzinoši augstas, apmēram 0. 7-0. 9 juaņas\/w, un ir nepieciešams visaptveroši jāapsver sākotnējā kronšteina slodzes ietilpība un elektriskās sistēmas saderība.
Papildu jaudas papildināšanas plāns
Piemērots strāvas stacijām ar komponentiem labā stāvoklī, bet nepietiekama ietilpība. Parastā pieeja sistēmas ietilpības palielināšanai, nepalielinot zemes izmantošanu, ir palielināt sākotnējo 1: 1 jaudas koeficientu līdz 1: 1. 1-1. 2. Papildinot jaudu, uzmanība jāpievērš jaunu un vecu komponentu savietojamībai. Lai izvairītos no “mucas efekta”, ieteicams izvēlēties komponentus ar līdzīgiem sprieguma parametriem (VMP, GOS).
Piemēram, oriģinālajā spēka stacijā tika izmantoti komponenti ar GOS 38V, un nesen pievienotie komponenti jākontrolē GOS diapazonā 36-40 V, lai nodrošinātu konsekventus virknes parametrus tajā pašā MPPT ķēdē. Komponentu izkārtojumu var uzstādīt vertikāli, kā rezultātā, kad tas ir aizēnots, rodas mazāks enerģijas zudums, salīdzinot ar horizontālo izkārtojumu (puse no komponenta joprojām var uzturēt 50% jaudas jaudu, bloķējot bateriju rindu).
Invertora jaunināšana un MPPT optimizācija
Invertors ir fotoelektriskās sistēmas "smadzenes", un tā pārveidošanas efektivitāte un MPPT veiktspēja tieši ietekmē enerģijas ražošanu. Agrīnās strāvas stacijas bieži izmantoja centralizētus invertorus, kuriem parasti bija tādas problēmas kā neliels skaits MPPT (tikai viens kanāls uz vienību), šaurs sprieguma diapazons (piemēram, 450-820 V) un augsts sākuma spriegums (piemēram, 200 V), kā rezultātā rodas smagi enerģijas ražošanas zaudējumi rīta un vakara periodos. Mūsdienu virknes invertori parasti ir aprīkoti ar 3-6 MPPTS ar plašu sprieguma diapazonu 200-1000 V un sākuma spriegumu, kas ir zems kā 80 V, kas var pagarināt efektīvo ikdienas enerģijas ražošanas laiku ar 1-2 stundām.
Aizstājot invertoru, ir svarīgi apsvērt šādu parametru saskaņošanu:
MPPT sprieguma diapazons:Tam jāaptver komponentu darbības spriegums ekstrēmās temperatūrās. Ņemot virkni 20 540 W komponentu (vmp {=41. 65v). Piemēram, vienas virknes spriegums var sasniegt 920V (voc =49.
Jaudas koeficienta pielāgošanās:Modificētās sistēmas jaudas koeficients parasti tiek palielināts līdz 1. 1-1. 2, un invertoram ir jābūt līdzstrāvas pārslodzes jaudai 1,3 reizes vai vairāk, lai izvairītos no enerģijas ierobežojuma zaudējumiem.
Nakts reaktīvās jaudas kompensācija:Elektrostacija piedalās tīkla sprieguma regulēšanā, un jaunajam invertoram būtu jāatbalsta nakts SVG režīms ar jaudas koeficienta pielāgošanas diapazonu ± 0. 9.
Elektrības stacijām ar sarežģītu reljefu virknes invertorus var izmantot, lai aizstātu centralizētus risinājumus. Izmantojot piemēru 50MW strāvas staciju, aizstājot 10 500 KW centralizētus invertorus ar 150 110 KW virknes invertoriem, lai gan sākotnējais ieguldījums palielinās par aptuveni 5%, virknes neatbilstības zaudējumi, ko izraisa reljefa atšķirības, var samazināt no 5%līdz mazāk nekā 1%, un gada enerģijas ražošana var samazināt, {6}}}}}.
Kronšteinu regulēšanas un tīrīšanas sistēmas atjaunošana
Kronšteina optimizācija ir rentabls risinājums, lai uzlabotu enerģijas ražošanas efektivitāti. Agrīnās elektrostacijas atbalsta slīpuma leņķis lielākoties tika fiksēts un pilnībā neuzskatīja vietējo platumu (optimālais slīpuma leņķis parasti ir vienāds ar platumu ± 5 grādiem). Pielāgojot slīpuma leņķi, gada radiācijas uztveršanu var palielināt ar 3-8%. Praktiskā darbībā simulācijai jāizmanto profesionāla programmatūra (piemēram, PVSYST), lai līdzsvarotu enerģijas ražošanas atšķirības starp vasaru un ziemu.
Automatizēta tīrīšanas sistēma
Uzstādīšana var ievērojami samazināt darbības un uzturēšanas izmaksas un uzlabot enerģijas ražošanas efektivitāti. Salīdzinošie dati rāda, ka smagi piesārņoto komponentu ikdienas enerģijas ražošanas starpība pēc tīrīšanas var sasniegt 16%. Tradicionālā manuāla tīrīšana (4 cilvēki vienā transportlīdzeklī) prasa 15 dienas, lai pabeigtu 20 MW elektrostaciju, vienlaikus izmantojot automatizētus tīrīšanas transportlīdzekļus (1 persona uz vienu transportlīdzekli), tas prasa tikai 6 dienas, samazinot darbaspēka izmaksas par 75%. Vietām ar ierobežotiem ūdens resursiem bezūdens tīrīšanas robotiem var uzstādīt, lai notīrītu vienu reizi nedēļā, ar atmaksas periodu aptuveni 2-3 gadi.
Enerģijas uzglabāšanas sistēmas uzstādīšana
Efektīvs risinājums, lai risinātu jaudas noteikšanu. Konfigurējot enerģijas uzkrāšanu ar {{{0}}% ietilpību (piemēram, 2MWh 1 0 MW elektrolietācijas stacija), elektrību var uzglabāt enerģijas ierobežojumu laikā un atbrīvot pīķa stundās, samazinot izšķērdētās saules enerģijas ātrumu. Pašreizējās litija dzelzs fosfāta bateriju izmaksas ir samazinātas līdz 0. 7-0. 9 juaņa\/wh, un ar divām uzlādes un divām izlādes stratēģijām iekšējo atdeves ātrumu var palielināt par 2-3 procentu punktu. Enerģijas uzglabāšanas sistēmu projektēšanai jāpievērš uzmanība uzlādes likmes (C-likme) izvēlei. Lietojumprogrammām ar ikdienas vidējo ciklu, lai līdzsvarotu dzīves ilgumu un jaudas prasības, ieteicams 0. 25-0. 5C konfigurācija.
Sistēmas optimizācija un inteliģenti darbības un apkopes risinājumi
Balstoties uz aparatūras pārveidošanas pabeigšanu, sistēmas līmeņa optimizācija un viedās darbības un apkopes sistēmas uzbūve var vēl vairāk atbrīvot fotoelektrisko elektrostaciju enerģijas ražošanas potenciālu. Galvenie uzdevumi šajā posmā ir ietilpības koeficienta, ēnu pārvaldības un inteliģento uzraudzības sistēmu veidošana. Izmantojot šos pasākumus, sistēmas kopējo efektivitāti var uzlabot ar 5-15%.
Jaudas koeficienta un kvadrātveida veidošanās optimizācija
Sistēmas izmantošanas atslēga ir jaudas koeficienta optimizācija (fotoelektrisko moduļa jaudas attiecība pret invertora jaudu) ir atslēga. Agrīnās fotoelektriskās elektrostacijas parasti pieņēma 1: 1 jaudas attiecības dizainu, savukārt mūsdienu elektrostacijas parasti ir izstrādātas proporcijā 1: 1. 1-1. 2. Paaugstinot jaudas un jaudas attiecību, invertors var darboties ar novērtēto jaudu pat vāja saules gaismas periodos, tādējādi palielinot enerģijas ražošanas stundu skaitu.
Faktiskie inženiertehniskie gadījumi rāda, ka jaudas koeficienta palielināšana no 1. 0 līdz 1.1 var ļaut invertoram sasniegt pilnīgu slodzes jaudu vislabākajā apgaismojuma periodā, samazināt sistēmas vienas vata izmaksas par 5-8%un palielināt iekšējo atdeves likmi par 1. 5-2 procentu punkti.
Tehnoloģisko pārveidošanas plānu ekonomiskā salīdzinošā analīze
Fotoelektrisko elektrostaciju tehnoloģiskās pārveidošanas ekonomiskais novērtējums ir galvenais pamats investīciju lēmumiem, kas prasa visaptverošu līdzsvaru starp tehnoloģisko snieguma uzlabošanu un finansiālo atdevi. Pašreizējie galvenie fotoelektrisko elektrostaciju atjaunošanas plāni galvenokārt tiek sadalīti trīs kategorijās, katrai no tām ir būtiskas atšķirības investīciju skalā, enerģijas ražošanas uzlabošanas efektā un ieguldījumu atmaksas periodā, un tie ir piemēroti elektrostaciju projektiem ar dažādiem apstākļiem un vajadzībām.
Samazināt renovācijas plānu
Kā pamatīgākais tehnoloģiskās pārveidošanas ceļš, tas galvenokārt ietver tādus pamatdarbus kā parastā sastāvdaļu tīrīšana, vietņu veģetācijas pārvaldība, invertora apkope un kabeļu savienojuma pārbaude. Šāda veida shēmas ieguldījumu izmaksas ir viszemākās, parasti starp 0. 1-0. 2 juaņa\/w, bet enerģijas ražošanas palielināšanās ir salīdzinoši ierobežota, apmēram 3-8%. Sakarā ar nelielo ieguldījumu skalu un tūlītējiem rezultātiem, ieguldījumu atmaksas periods parasti ir 1 gada laikā, un dažos gadījumos izmaksas var pat atgūt 6-8 mēnešos.
Minimizācijas atjaunošanas plāns ir īpaši piemērots strāvas stacijām ar salīdzinoši labiem darbības apstākļiem un īsiem atlikušajiem darbības periodiem (piemēram, mazāk nekā 5 gadi) vai kā pārejas pasākumu pirms citu atjaunošanas plānu ieviešanas. Praktiski lietojumos sastāvdaļu tīrīšanas ietekme ir īpaši nozīmīga. Atkarībā no vides, regulāra tīrīšana var uzlabot enerģijas ražošanas efektivitāti ar 5-15%, savukārt ieguldījumu izmaksas ir tikai 0. 02-0. 05 juaņa\/w\/laiks. Ir vērts atzīmēt, ka renovācijas samazināšana līdz minimumam var būtiski neuzlabot elektrostacijas kopējo veiktspēju, taču tai ir liela nozīme paredzētā enerģijas ražošanas līmeņa uzturēšanā un ātras efektivitātes samazināšanās novēršanā.
Vidēja mēroga atjaunošanas plāns
Tas atspoguļo izvēli ar labāku tehnisko un ekonomisko iespējamību, parasti iekļaujot daļēju komponentu nomaiņu (piemēram, aizstājot {{{0}}% Smagi novecojušu komponentu), virkņu invertora jaunināšanu, datu uzraudzības sistēmas uzstādīšanu, kronšteina pielāgošanu un jaudas koeficientu un citus tehniskos pasākumus. Vienības ieguldījums šāda veida shēmai ir aptuveni 0. 5-0. 8 juaņa\/w, kas var dot 15-25% pieaugumu enerģijas ražošanā, un investīciju atmaksas periods parasti ir 3-5 gadi. Vidēja mēroga atjaunošana ir īpaši piemērota elektrostaciju projektiem ar nesabalansētu komponentu statusu, invertora tehnoloģija ievērojami atpaliek no pašreizējiem standartiem (piemēram, agrīni centralizēti invertori ar efektivitāti zem 96%) vai trūkstošās uzraudzības sistēmas.
No tehniskā un ekonomiskā viedokļa invertora uzlabojumi parasti ir visrentablākais projekts šajā shēmā. Mūsdienu virknes invertoru efektivitāte ir ne tikai virs 98,5%, bet arī var sasniegt virknes līmeņa uzraudzību, efektīvi uzlabojot sistēmas pieejamību ar 2-3 procentpunktiem. Dažu komponentu nomaiņai var izmantot stratēģiju "à la carte", kas prioritizētu komponentu nomaiņu ar smagu vājināšanos (piemēram, enerģijas vājināšanās, kas pārsniedz 20%) vai acīmredzamas karstās vietas, lai iegūtu maksimālas enerģijas ražošanas priekšrocības ar minimāliem ieguldījumiem. Vidēja mēroga atjaunošana ir sasniegusi labu līdzsvaru starp ieguldījumu skalu un veiktspējas uzlabošanu, padarot to par ideālu izvēli lielākajai daļai spēkstaciju, kas darbojas 5-10 gadu laikā.
Visaptverošs jaunināšanas plāns
Tā ir visaptverošākā tehnoloģiskās transformācijas metode starp trim ceļiem, ieskaitot visu komponentu aizstāšanu ar augstas efektivitātes modeļiem (piemēram, modernizēšana no polikristāliskā silīcija uz monokristālisku perc vai topcon), pārveidot atbalsta sistēmu, atjaunināt visu invertoru, un ietilpības attiecību uz 1. {{{2}. Visaptveroši pasākumi. Šādu shēmu ieguldījumu skala ir salīdzinoši liela, apmēram 1. 2-1. 8 juaņa\/w bez enerģijas uzkrāšanas un palielinās līdz 2. 0-2. Investīciju atmaksas periods visaptverošam jauninājumam ir salīdzinoši ilgs, parasti 5-7 gadi, kas ir piemēroti augstas kvalitātes spēkstacijām ar ierobežotiem zemes resursiem, augstām tīkla elektrības cenām vai smagiem jaudas ierobežojumiem, īpaši tiem, kas atrodas I klases gaismas resursu apgabalos ar vairāk nekā 10 gadu darbību.
Ievērojama visaptveroša jaunināšanas priekšrocība ir spēja pilnībā izmantot jaunākos tehnoloģiskos sasniegumus, piemēram, divpusējus komponentus, iekavu izsekošanas iekavās, inteliģentu darbību un uzturēšanu, kas ne tikai palielina enerģijas ražošanu, bet arī ievērojami samazina darbību un uzturēšanas izmaksas (samazinot manuālo pārbaudes vajadzības, izmantojot 30-50}%). Turklāt, kaut arī enerģijas uzkrāšanas sistēmu uzstādīšana palielina sākotnējo ieguldījumu, tā var radīt papildu ieņēmumus, izmantojot pievienotās vērtības modeļus, piemēram, Peak Valley arbitrāžu un papildu pakalpojumus. Dažos uz tirgu orientētiem elektroenerģijas tirdzniecības reģioniem enerģijas uzkrāšana var palielināt projekta kopējo IRR, izmantojot 2-3 procentpunktus.