【节能学院】浅谈光伏运维平台在机场项目的应用和效益

摘要：通过首都机场光伏的实际运营经验与实际发电量数据，计算光伏电站的实际收益并推算未来机场光伏的运维收益，总结可推广的运维和建设经验。

关键词：机场光伏；光伏运维；光伏电站效率；用电安全；光伏收益

概述

首都机场GTC光伏节能改造项目通过2年的规划、设计和建设于2016年底并网发电，投产至今已经稳定运行并发电2年，取得了一系列机场光伏的运行维护经验。随着国内光伏市场的变化，总结机场光伏的经验并加以推广，对未来的收益进行估算已经是非常迫切研究的课题。

发电量对比

首都机场GTC光伏节能改造项目安装容量为484kW，通过采集2017年1月至2018年11月间的光伏电站发电量数据折算成年度发电量为619520kW·h。实际利用小时数达到1280h，根据项目的初步设计文件，设计值首年发电小时数为1210h。通过实际发电量和设计发电量进行对比，系统效率提升4.68%，达到了85.68%。

发电量提升的主要原因主要有如下几点：

①设备稳定性好，全年只出现2次逆变器停机的情况，系统运行稳定。

②北京市气污染防治的效果较好，提升了日照强度，提高了光伏电站的发电量。

③首都机场周边没有鸟类、高耸建筑物、大型工程等建设的影响，并且首都机场巡检人员素质较高，光伏电站清洁度始终保持在较高水平。

项目发电消纳情况

首都机场GTC光伏节能改造项目全年所发电量全部就地消纳。由于光伏电站电量就地消纳能够获得0.9元/kW·h的电费和0.42元/kW·h的国家补贴以及0.3元/kW·h的北京市市属补贴，因此在规划设计阶段为保证光伏电站的完全就地消纳，设计人员对GTC的电量消耗进行了分析，最终采用了3个接入点的形式，保证了电站效益。

机场用电量较大，且用电负荷稳定，电力系统设计稳健，安全系数高，是理想的分布式光伏电站用户端。

机场光伏的成本构成

机场光伏的成本构成因为项目的不同具有一定的差异性，下面根据近期完成概算的两个不同并网形式的机场光伏项目进行对比。

（1）项目1：采用10kV并网的机场分布式光伏发电系统造价

其中设备及安装工程包括光伏组价、光伏支架、电缆、升压变、开关柜、并网柜和控制系统的设备、材料及安装工程，占比高。

建筑工程包括，光伏组件基础、土方开挖和回填，其他设备支架和基础和施工辅助工程费用。

表1 采用10kV并网的机场分布式光伏发电系统单位千瓦造价（元）

其他费用包括，设计费，工程前期费，保险费，土地、屋顶租赁等费用。
 

（2）项目2：采用400V低压并网的机场分布式光伏发电系统造价

表2 采用400V并网的机场分布式光伏发电系统单位千瓦造价（元）

其中设备及安装工程包括光伏组价、光伏支架、电缆、并网柜控制系统的设备、材料及安装工程，占比高。
 

建筑工程包括，光伏组件基础、土方开挖和回填，其他设备支架和基础和施工辅助工程费用。

其他费用包括，设计费，工程前期费，保险费，土地、屋顶租赁等费用。

项目实际效益分析

实际效益分析部分分为两部分，第一部分1.3.1为项目初步设计阶段预估发电量算出的技术经济分析结果。第二部分1.3.2 为项目实际发电后的发电量计算出的技术经济分析结果。两者的折旧年限，成本、税率水平等其他边际条件均按照统一进行测算。

（1）根据设计院所设计的首都机场GTC光伏节能改造项目的初步设计阶段的技术经济分析结果如下：

测算资本金内部收益率为：22.64%

项目投资内部收益率（调整所得税后）：12.15%

项目投资财务净现值（调整所得税后）（ic=5%）：107.40万元

项目投资回收期（调整所得税后）：7.73年

经计算，本项目总投资收益率、项目资本金净利润率分别为6.93%和19.75%。

（2）根据设计院所设计的首都机场GTC光伏节能改造项目的实际发电量计算的技术经济分析结果如下

测算资本金内部收益率为：35.95%

项目投资内部收益率（调整所得税后）：21.53%

项目投资财务净现值（调整所得税后）（ic=5%）：107.40万元

项目投资回收期（调整所得税后）：4.68年

经计算，通过优化设备选型设计和科学的布局以及较高的运维水平，首都机场GTC光伏项目实现了实际收益率的提升。在机场建设项目，前置的审批严密，设计要求高，充分的论证有利于建设高标准高水平项目工程。并且机场运维人员的素质普遍较高，对于无人或者少人值守的机场光伏项目，依托机场人员巡检和运维，尤其是机场人员对于自身电力系统的保障有力都使得机场光伏项目具有同类项目中较高的投资价值。

机场光伏收益高的原因

分布式光伏具体的收益情况主要取决于消纳电力企业的用电情况。机场作为稳定的用电用户，能够保证合理配置的光伏电站的全额消纳，确保了光伏电站的利润。

光伏电站运营企业或者机场自身也可以通过降低电费的形式或者机场直接投资的模式来获取更加廉价的情节能源电力。不仅降低了成本，完成机场逐年的节能减排目标，而且有助于机场的电力安全，实现部分电力的自给自足。

在高收益的情况下，设计方已经和首都机场开始探索机场储能（电储能、化学储能、储热、动力储能）方式和智能微电网建设。

机场光伏的未来发展趋势

分布式光伏的补贴现状

2018年底，国家已经调低了分布式光伏电站的补贴标准，补贴从0.42元/kw·h降低到0.32元/kw·h，如果明年并网则为0.25元/kw·h。北京市光伏电站补贴没有变化，依然是0.3元/kw·h，连续补贴5年。除北京以外，浙江、上海、广东、西安等省市均对于分布式光伏项目有一定的省级或市级补贴。此类区域也更加适宜开展分布式光伏项目，可以提升项目利润率。

光伏组件的价格现状

进入2018年以来，光伏组件的效率有了较大幅度的提升，价格则有较大幅度的下降。2016年首度机场GTC节能改造光伏电站的组件价格计算为3.8元/w，根据2018年近期的招标情况，光伏组件的价格已经下降到了2.0~2.3元/w的区间。

发电量提升手段增多

为满足光伏“领跑者”的技术和竞争电价的要求，进入2018年以来，单轴跟踪支架，双面发电组件，1500V直流光伏系统的造价均有较大幅度的降低。通过采用新技术，既能提升光伏电站的收益，也能增加光伏电站的系统先进性，使机场的光伏电站能够得到技术升级的优势，很好的解决各种类型地块的利用问题。

机场光伏项目乃至机场的能源互联网项目大有可为

机场的用电成本约为1.1元/kw·h，电价高，具备较大的利润空间。如果能够和当地的供电局合作，通过华北电力设计院设计机场项目的具体铺设和运行方式，设计光伏电站和10kV并网的部分，结合供电局在110kV以下的新机场范围内全额消纳，会产生较高的利润。

一旦结合到了110kV以下全额消纳本光伏项目所发电量，就已经实际形成了区域内的智能微电网，设计院在具体的设计中发现可以将机场自身的能源消耗看做一个闭环。其能源消耗相对独立，管理权力集中且独立，具备好的开展能源互联网的方式，因此设计方针对首都机场进行了能源互联网的规划。

在规划中，针对首都机场冷、热、电、储都进行了规划，并且依托110kV变电站下属配电网实现能源的大限度循环利用，提升能源利用效率，降低机场的整体能源消耗。

安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

系统功能
 

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

1）光伏发电

（1）综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

（2）电站状态
 

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

（3）逆变器状态
 

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

（4）电站发电统计
 

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

（5）逆变器发电统计
 

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

（6）配电图
 

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

（7）逆变器曲线分析
 

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

2）事件记录
 

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

3）运行环境
 

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

系统硬件配置
 

1）交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
 

2）交流380V并网
 

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。
 

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：
 

3）10kV或35kV并网
 

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：
 

结束语

通过实际的设计和实施工作，以及对机场光伏项目进行运维工作后，机场光伏项目取得了良好的经济效益和示范效应。并且在解决以上各项问题中得到了许多的经验并且在现阶段对于已经落实的机场项目所暴露出的问题均已得到比较好的解决，下一步可以继续探索在机场的其他区域建设其他形式的光伏电站，并继续探索新的并网模式、运行模式并扩展智能微电网、能源互联网的模式。