关于国际光伏项目设计优化的系统思考与建议

景壹潭

摘要：随着光伏项目快速发展，度电成本的不断降低，国内光伏电站将全面进入平价上网。国际方面，新能源光伏装机在全球各地继续快速增长，2019年全球预计装机约130GW。“如何从持续降本、持续发电量”是国际新能源公司、系统集成商的核心关注点，是持续获取国际订单保证收益的关键。

本文从集成技术的角度，通过实际工程案例，提出光伏电站持续设计优化的目标、思路与方法。

关键词：国际光伏；项目优化

1.设计优化的思路与方法

1.1设计优化的目标

“设计优化”是新能源从业者耳熟能详的词语。对于设计方案，大家言必称“优化”。那么到底优化什么、怎么优化、优化到什么水平，才是最优技术方案呢？近年来，行业提出了“降低新能源项目全生命周期度电成本（LCOE）”的优化思路得到广泛认可。目前国际光伏项目的运作模式主要是EPC和BOT模式。下面针对这两种模式，提出具体优化目标。

1.1.1EPC类项目

EPC类项目，承包商承担项目勘察设计、设备采购、建设安装调试等方面的按期交付工作。承包商应在满足“雇主要求”的前提下，最大限度降低“建设成本”以获取预期最大项目收益，实现项目成功。

EPC类项目设计优化的核心目标是：与业主就“雇主要求”充分沟通达成一致，并在全面满足“雇主要求”前提下的目标建设成本最低。

1.1.2B0T类国际项目

B0T类项目，项目公司通过与收购公司签订合同，由项目公司负责项目融资、建设，并在约定时限内将项目转让至收购公司。收购公司根据事前签订的回购协议向项目公司支付项目总投资及预期确定的项目收益。

对于BOT类项目，项目预期内部收益率（IRR）是影响项目转让收益的核心因素。项目预期的IRR越高则项目公司与收购公司的议价空间越大，项目公司的谈判主动权及预期收益越好。

影响IRR因素主要有：光照条件、上网电价、建设成本、运维成本、开发成本、土地租金、其他因素（融资成本、系统接入成本、是否限电，电价结算方式）等。

BOT类项目设计优化的核心目标：实现项目全生命周期“度电成本（LCOE）”最低。项目公司基于“度电成本（LCOE）”最低的投资收益模型，通过优化设计方案、施工方案、运维方案实现项目成功。

1.2项目优化思路和方法

1.2.1项目优化思路

对于大型并网光伏电站优化的核心思路是：围绕和实现项目的“模块化”、“智能化”、“系统化”。

模块化：指将设备按照相似相关功能通过软硬件的有机整合形成一体化设备集群（模块）；

智能化：实现设备、设备集群、发电单元、发电系统的自动化、可视化、人机交互（机机交互）、提升运维效率与可利用率；

系统化：指设备集群（模块）之间的性能匹配最优、系统成本最优；

1.2.2项目优化方法

设计应以推动实现“工业4.0”为愿景目标，以“模块化”、“智能化”、“系统化”的思路，按以下两阶段设计优化：

（1）把项目划分为若干模块，逐项优化各模块的性能与成本指标；

（2）组合各模块，得出最优集成方案；

2．设计优化实际案例

光伏地面电站光伏区的建设成本约占项目总建设成本的82%，本文以光伏区设计实际案例阐述优化设计的具体方法。

项目案例为：在非洲北部，埃及沙漠地区建设一座约56MW（AC）集中式并网电站；拟建场地开阔平坦；场地面积为600m（东西向）×1600m（南北向）；业主拟采用平单轴光伏支架，采用多晶325Wp光伏组件，根据光伏产业园规划：开关站建设在场地东南角；采用6回22kV集电线路接入开关站，中压主接线方案需采用单母线分段接线，采用3回直埋电缆出线接入拟建场地毗邻的220kV升压站。

2.1模块的划分；

目前国内光伏电站的传统设计模式是：承包商委托设计院分专业开展设计。总图专业布置光伏组件及厂区道路；电气专业进行设备选型及集电线路设计；土建专业设计支架及基础；逆变器、变压器基础等。

笔者在同一拟建地块，分别以常规设计方法（设计方案A）和优化设计方法（设计方案B）开展设计，通过对比两种设计思路方法的差异，阐述优化设计方法及其优势。

方案A（常规设计）：采用子方阵容量为3.2/3.0MW（DC/AC），光伏区共计20个光伏子方阵，沿光伏区东西向布置5条道路，南北向布置1条道路；拟建场地直流侧装机容量约62MW，交流侧容量为56MW；容配比1.1；

方案B（优化设计）：采用直流侧4.6/4.0MW；7.0/6.0MW；9.3/8.0MW（DC/AC）三种子方阵容量,光伏区共计9个子方阵，直流侧容量为65MW，交流侧容量为56MW；容配比1:1.16；

2.2模块优化

2.2.1光伏子阵模块

2.2.1.1大容量方阵；

相较于常规方案3.2MW子方阵布置，本文将“大于等于4MWp的光伏子方阵”定义为“大容量方阵”；本文优化设计采用4.0MW、6.0MW；、8.0MW（AC）三种大容量方阵；

2.2.1.2道路优化；

光伏区道路的主要作用是施工过程中便于卸货倒运组件，运行中清洗组件及日程巡检；本文在组件清洗设计与道路结合方面进行如下优化：

1）取消支架子方阵内部全部道路。当支架设置为清洗模式时，支架两列组件之间以V形倾斜，清洗车一次通过可以清洗两列组件，在单排竖向布置、东西向中心间距4米、倾斜50°情况下，两列支架中间净距为2.7m，可保证允许1.7米宽的清洗车通过；

2）加大围栏和组件整列端部距离，保持在约10m左右，方便施工组件倒运、安装及运维巡视；

3）在光伏区东西向正中修建一条主干路，主干路两侧布置箱逆变设备，通过主干路和站区周的通道相结合，组成一个环形交通网络。

这种优化不但减少了道路土建工程量，而且节省了场地，优化后能安装更多组件提升电站发电量（从62MW提升到65MW）。

2.2.1.3支架转动轴弯曲设计

支架立柱出露地面的高度要满足组件最低点距地面有一定距离（一般为300mm~500mm）；创新设计采用在在转动电机处采用转动轴弯曲设计，在保证组件最低点满足工程要求的同时，降低支架立柱高度（由原方案立柱出地面1.48m降低为1.22m）；大幅节省支架立柱用钢量；

2.2.1.4支架自供电系统

平单轴支架驱动用电采用独立电源自供电系统，取消传统电机供电电缆；节省厂用电，进一步提升发电量；

2.2.1.5无线通讯组网技术；

光伏区通讯组网采用无线通讯技术，取消传统光伏区通信线缆；

2.2.2逆变器模块

“大容量”具体指逆变器总容量大于等于4MW；逆变模块容量大于等于2MW的逆变器。

2.2.3变压器模块

现阶段箱变供应商正在做4MW-6MW的产品开发以及形式实验阶段。，作为过度阶段，笔者现阶段认为较为可行的方案是采用普通变压器以及户外环网柜的设计来实现大容量方阵降本优化。

2.2.4集电线路模块

常规集电线路采用铜芯电缆直埋方案；优化设计采用铝芯电缆直埋方案。

3结论与建议

3.1国际项目选型设计应从项目建设运维全生命周期角度，统筹策划，与核心关键设备供货商技术人员形成联合设计团队进行方案设计；技术领先的高质量设计方案是国际型新能源公司的核心保证；

3.2项目设计团队应以“工业4.0”为追求目标，以“模块化”、“智能化”、“集约化”的思路，按照“分模块设计优化”“模块集成设计优化”两阶段设计优化；

3.3以50MW（AC）等级光伏区为例，通过模块化创新优化设计思想对光伏区的优化设计，建设成本降低约0.0201美元/w；总成本降低约125万美元；降本幅度为4.0%。

3.4建议采用1500V直流系统大容量（子方阵容量大于等于4MW）方阵开展光伏区设计；

3.5建议采用“智能化一体化平单轴支架”；

3.6建议光伏集电线路采用铝芯电缆，直埋敷设；

3.7建议采用“普通油浸式变压器+RMU”中压升压设备。

3.8建议采用双面组件提升发电量；

3.9建议研究智能清洗技术；在夜间、阴天自动清洗，优先清洗发电效率低的组件；降低运维成本，提升发电量；

3.10建议探索采用12.5MW(AC)子方阵设计方案；

3.11建议条件具备情况下，采用储能电池；夜间持续送电；

3.12建议采用“基于全面性能管理的光伏电站SCADA系统”，实时监控管理电站电能（产量，质量）状态；保证电站可靠高效能运行；

参考文献：

[1]杜俊慧.固定资产投资项目综合效益评价方法研究[M].经济管理出版社，012（06）.

[2]刘洪正，张兴平，杨晶.输变电投资项目综合效益评价体系研究及应用[M].北京：中国电力出版社，2015.