光伏发电工程后评价的思考

中国科学院电工研究所 张亚彬

一 引言

我国以往实施的离网光伏发电项目，由于对光伏工程的质量缺乏系统有效的后评价，致使一些光伏电站在使用几年后就出现故障甚至废弃，不仅造成资金的严重浪费，而且对光伏应用的发展造成负面影响。经验和教训表明，科学有效的全方位后评价指标体系是保证光伏发电项目投资者利益和可持续性不可或缺的手段。

近两年来，在国家政策的激励和推动下，太阳能光伏发电在我国发展迅速。随着技术进步和产业发展，光伏发电成本有了明显下降，2011年我国光伏发电累计安装量已经达到3.5GWp。由于以往的项目中出现光伏发电设备产品质量不稳定、光伏电站选址不规范、工程设计不合理、项目施工不按标准执行、项目管理混乱等问题，使得光伏发电项目在运行2～3年后出现产品质量问题，影响了工程系统的正常运行。所以适时作出后评价的制度安排并组织开展光伏发电工程项目后评价尤为重要。

二 项目后评价的目的和作用

与其他发电技术相比，太阳能光伏发电是一种具有可持续发展理想特征的新型发电技术，是今后人类生存首选的供电电源之一。尽管如此，作为供电电源，光伏发电系统也存在着与普通发电系统相同的供电安全(如交流输出对人身的安全和雷击对设备的安全等)、寿命周期(如光电池寿命是20年以上，蓄电池5～7年，电气设备8～10年等)、管理维护(如严格的管理制度及高素质管理人员)、技术经济性(如科学的可行性分析和运行后的经济效益)等问题。光伏发电工程项目的建设和应用也应进行项目的前期可行性研究、建设过程、经济和社会影响及可持续等的后评价，以提高已建项目的效益最大化和待建项目的投资决策水平。

国外受益于当地政府对光伏发电的大力支持，光伏发电起步较早，发展速度较快，装机容量累计较大，应用市场较为成熟。尽管建立了质量保障体系，控制光伏发电工程质量，但还是暴露出不少质量问题。诸如不合理的建设，在屋顶安装支架没有考虑风载和雪载，支架与屋顶连接不牢固，存在着大风吹落组件的现象；积雪覆压导致组件变形损坏；前期设计不合理，导致光伏组件发生火灾事故等。

我国光伏发电应用起步较晚，目前安装容量不大，但近两年，在国家政策扶持和地方政府支持下，光伏发电正在快速发展。由于大部分项目建成运行时间短，尚未充分暴露质量问题。然而以往的一些离网光伏发电项目中已经出现过不少质量问题。

比如没有实测选定站点的气象数据，使初期设计脱离了实际情况，造成电站设备设计不匹配，运行效率低；发电设备质量不过关，甚至没有考虑高海拔的工作条件；光伏组件质量不过关，组件电池片断裂，甚至烧焦断损、组件玻璃自然破碎等问题。另外，一些光伏发电工程中的部分光伏阵列间距过小，前排组件形成阴影遮挡后排光伏组件，影响系统发电量；楼顶排风孔高过光伏阵列，在组件表面形成阴影。后期管理不够，电站围墙遭到破坏，光伏组件被盗、蓄电池爬酸严重，组件表面被灰尘及鸟粪遮挡等；机手维护管理工作中缺乏技术手段，用户缺乏安全用电知识。

在系统设计时，没有对光伏发电系统输出特性进行分析；对于寿命期后设备的拆除、更换未作考虑；缺失设备入场检测程序；验收规范不全；没有建立完善运行与管理的规范制度；后评价机制没有建立，存在对项目建成验收后管控不严的隐患。

正是因为存在以上诸多问题，光伏电站项目后评价显得非常有必要。项目后评价是对已经完成项目的目的、执行过程、效益、作用和影响所进行的系统客观的分析。通过对项目实施工程、结果及其影响进行调查研究和总结，分析确定的预期目标是否达到、项目是否合理有效、项目的主要效益指标是否实现等。通过分析评价找出成败的原因，总结经验教训，及时有效地反馈信息，为将来的项目决策和提高投资决策管理水平提出建议，同时也为被评价项目运行工程中出现的问题提出改进意见，从而达到提高效益的目的。

项目后评价是增加工程建设者责任心的重要手段。通过对项目建设成绩和失误的主客观原因分析，可以客观公正反映建设中存在的实际问题，提高建设者的责任心和工作水平。

项目后评价还可为投资决策服务。后评价对完善已建项目、改进在建项目和指导待建项目提供反馈信息，具有重要意义。通过后评价建议的反馈，完善和调整相关方针、政策和管理程序，提高决策单位的决策、管理能力和水平，进而达到决策者的预期目的，同时使效益最大化。

三 光伏发电项目后评价基本内容

1 光伏发电项目的后评价首先要考察是否符合当地光伏发展政策，特别是要与当地的光伏发电发展规划总量相适应。

调查光伏发电工程项目的现状。通过对比项目建成后的当地的太阳能资源、土地资源、屋顶资源的利用情况，以发电能力和发电量为原则，分析工程容量是否科学合理。光伏发电项目的规划是否与当地电网规划相衔接，使电网能保持长期的消纳能力。针对配电网侧并网的光伏工程项目，总装机容量是否控制在该配电网所允许容纳的容量上限之下，是否符合初期设计的并网接入标准。

2 收集相关信息

包括:项目开发主体及其他相关单位的主要信息、项目基本情况介绍、项目关键设备及供货商信息、项目占地所有权及使用方式等。还要分析项目整个过程中的资金使用情况数据，项目资金来源及还贷方式，项目资金落实情况，项目收益等。法律文件包括根据国家有关法律法规应具备的环保、消防等文件。

3 光伏发电项目使用关键设备情况。如光伏组件、逆变器、控制器，配电设备和支架等，需要提供详细的产品性能参数及现状参数。

评价设备安装使用的后期维护，是否符合厂商书面承诺。对比项目总体设计方案运行后的数据与设计的变化，包括发电场区设计、电气设计、并网接入与电能计量、通信控制、施工安装方案等。

项目所采购的关键设备应通过国家或行业规定和标准的质量检测，并取得相应的质量认证。光伏发电项目的设计要引入相关设计认证。所有取得认证的产品(或设计单位)，要对比原设计有多少变化。光伏发电项目建成后的运营管理方案和操作规程，特别针对可能出现的运行维护问题，处理办法是否恰当可靠。光伏发电项目(特别是针对建筑光伏)是否建立专门的保险条款，以确保项目安全运行。

4 工程质量评价包括合同的执行情况、工程建设质量、产品及系统性能检测、工程系统文件审核四个部分。

其目的是审查项目设计、施工、监理等方面工作和工程质量，确保后评价的信息准确。合同的履行情况，项目的产品采购、设计、施工是否与项目申请时的方案相符合，在工程实施过程中项目单位是否存在合同变更或未执行情况。工程系统文件审核情况，对光伏发电项目所涉及的所有工程文件、设计施工图纸、合同与协议等进行审核与归档。是否统一管理和方便责任追溯。

四 风光互补电站运行后评价实例

1 项目背景

2004年8月中国科学院电工研究所(IEE，CAS)、青海光明工程有限公司(QBEC)、德国技术合作公司(GTZ)、美国国家可再生能源实验室(NREL)达成协议, 对青海省的送电到乡项目安装15套数据采集系统(DAS)，监测发电系统的性能。由NREL 提供两套站点设备，其他站点设备由GTZ提供，当地GTZ顾问提供推荐站点信息。设备由IEE，CAS运到青海与QBEC共同到现场安装，IEE，CAS负责技术支持。QBEC每3个月收集一次数据，数据共享给其他3家。由IEE，CAS对数据进行整理分析，并对电站运行情况分析评价，编写评价报告。

2 电站简介

阳康乡位于青海省海西州天峻县，距西宁市500km。电站海拔高度3700m，地理位置北纬37.5¡，东经98.5¡。

阳康乡50kW风光互补电站是国家“送电到乡”工程项目,是当时全省装机容量最大、最典型的风光互补电站，于2003年10月建成发电，到2005年10月已供电两年。系统设备为光伏组件（JDM-85Wp）360块，18块串联20个方阵并联总功率30kW；风力发电机(BWC XL-10R)2台，总功率为20kW；阀控铅酸蓄电池（GFMG-1300AH/2V）330只；逆变器（CFX-30K/220R和CFX-20K/220R）各一台，总功率为50kW；充电控制器(QTKZ-220V/120A/9)一台。经再次核查，电站最初供电户数为114户，2年后为125户。供电初期用电负载总功率为30kW，截至到2005年9月负载总功率为41kW；供电方式为两路，第一路24小时供电，第二路每天供电5小时。

3 数据采集的参数与方法

数采设备采用NREL 提供的美国CSI公司生产的CR10X数采器。被测参数共有17个:风速、风向、辐照度、环境温度、光电池背表面温度、蓄电池温度；风力发电机输出电流、光伏电池输出电流、蓄电池充、放电电流及电压；逆变器1输入电流、输出电压、输出功率；逆变器2输入电流，输出电压、输出功率。

数据采集时间为2005年11月至2006年7月，数采器每隔5秒钟采集一次数据，每隔10分钟计算平均值并记录存储，每天记录144次数据，同时记录一天的最大值和最小值，以文本格式存储于数据采集器内。对电站8个月的监测数据(共计255天，37320条数据记录)进行处理与分析，得出评价结果。

4 电站后评价结果

风力发电机评价:该站2台风机在数据采集期内共发电3400kWh，占总发电量的13%；每台风机的月平均发电量为212.6kWh，平均日发电量7.1kWh。由于高海拔气候风能密度低，在海拔4km(205W/m2)处是海平面(314W/m2)风能密度的65%；大气压力是海平面的0.62，加上昼夜温差大，使机械磨损系数加大，风机输出效率低，实际发电量较少。初期设计对风能评估不足。

光伏发电系统评价:在数据采集的8个月内，光伏系统共发电22500kWh，平均每月发电量为2812kWh，平均日发电量为93 kWh。光伏系统最大输出功率为31kW，占电量总发电量的87%。由于出现94块组件出现引裂与热斑现象，3块玻璃炸裂，6块组件丢失，严重影响了系统的发电量。光伏系统的发电量自2006年3月以后明显减少。光伏系统理论上平均日发电量138kWh，数据采集期间日发电量是理论发电量的67%。需要调整光电池方阵和接线方法。

蓄电池组评价:电站安装了330只蓄电池，110只串联成一组，3组并联容量为3900AH/220V。2005年10月经检测有17只单体电压为0V。由于单体电池内阻的差异，蓄电池组形成内回路，久之，单体电池充、放电失衡，是蓄电池损坏的原因之一。高海拔气候容易造成内部极板短路，严重影响了蓄电池组的充、放电能力。在数据采集期间，该站蓄电池组平均每日充电量为278AH，充电深度为7.1%；日平均放电量377.5AH，放电深度为9.7%；使得蓄电池的充、放电深度均较浅，效率低，性价比低。理论上，电站寿命期内蓄电池组更换3次，然而运行2年，已经造成5%的蓄电池损坏，更换蓄电池必然增加用电成本。

逆变器评价:电站设有两台逆变器，分别提供两路供电。在监测期间，两路负载高峰用电功率分别为5.7kW和13.4kW，是逆变器额定功率的28%和45%，均低于逆变器的额定功率，使得逆变器负载率低，效率也低，相对增加了成本。

发电量与负载用电量评价:在监测期间，该站共发电25900kWh，共用电20900kWh，用电量占总发电量的81%。电站供电分为两路输出，第一路为乡政府、卫生院和学校，该路实行全天24小时供电；第二路为牧户和其他单位，实行定时(每天5小时)供电。建站初期用电户数为114户，后增加到125户，电器负载增加更多。自电站供电之日起673天内，总用电量为31960kWh，平均日用电量为47.5kWh，平均每户日用电量为0.42kWh(按114户计算)。自2005年7月起411天内，总用电量为37340kWh，平均日用电量为91kWh，平均每户日用电量为0.73kWh(按125户计算)。在一年多的时间内，日用电量增加了将近一倍。由于用户负载增加和移动通信负载加入，导致用电量大幅增加，故障频次增加。当设备出现故障后，等待维修时间较长，导致发电量减少，蓄电池存储能量低，造成多次停电，最长停电时间5天。由于感性负载较多，在送电启动时，启动电流瞬间增大，输出电压不稳定，造成部分家用电器损坏。

电站管理评价:由于电站的维护管理不够，围栏锈损严重，牲畜自由闯入，光电池被盗；用户不具备用电安全知识，自行乱拉临时电线，形成安全隐患；使用大功率电感负载，造成负载电流过大，电路短路失火；偷电现象严重，收缴电费困难；电站管理人员(机手)的综合能力不高，电站出现故障后，只能等待千里之外工程师维修，造成数日不能供电等等。

五 建立光伏发电项目后评价指标体系

通过对阳康电站数据收集，定量定性的分析，可再生能源电站的前期资源评估不能只停留在采用百里之外气象站提供的气象数据，应对选定站址进行气象数据采集，采集时间至少1年，确定资源分布量后，才能进行规划设计。高海拔环境对风机及电器设备影响大，电气绝缘强度降低 ，导致材料加速老化失效；较大的温度变化会导致机组性能不稳定 ，输出效率低 。蓄电池的内部极板短路是导致端电压为0V的主要原因，是高海拔气候低气压加速了极板变化的结果。选用低负载高效率的逆变器，可避免逆变器低负载工作时造成的损失。选用节能型负载，可提高资源利用率。

经常对用户进行安全检查，教育用户自觉执行安全用电条列，遵守管理规章。管理人员既要热爱本职工作，也要不断提高自我业务能力和管理水平，更要不断宣贯用电安全知识。电站不是建完输电后了事，保证其系统寿命期的长期可靠稳定的运行和发电量与用电量的高效率，才能尽早收回投资，创造预期的经济效益。项目运行几年后发挥项目后评价作用，用后评价的结果去修正运行的项目，是一项增值活动，产生的效益不仅是几十倍，甚至更高。所以建立后评价指标体系对光伏发电工程项目尤为重要。

后评价指标体系是指对建设项目的立项决策、设计、施工、生产、运营和投资效益进行评价时所设立的一组相互联系的评价指标，并形成一个有机的整体。 科学的后评价指标体系是反映项目效果好坏的计量器，在很大程度上决定了建设项目后评价的总体效果 。

项目后评价指标体系的主要原则是:定量分析与定性分析相结合，以定量分析为主；通用指标与专用指标相结合，按行业特征设置，以专业指标为主；动态分析与静态分析相结合，以动态分析为主；综合分析与单项分析相结合，以综合分析为主；宏观投资效果分析与微观投资效果分析相结合,以宏观投资效果分析为主。

指标及其指标体系设置的正确与否直接关系评价工作全过程的科学性、可操作性及准确性。依据以上原则和思路，选择项目前期、实施工程、项目效益、项目影响和项目持续性 5个部分的内容，建立全面的太阳能发电项目后评价指标体系。

六 结语

光伏发电工程项目后评价是一项具有重要意义的工作，与可行性研究等项目前评估相比，项目后评价更具有现实性、 全面性、 探索性、 反馈性及效益性等特点。评价项目投资决策的成功与失误，评价项目从设计、实施到运营全过程的经验和教训，科学评价光伏发电项目成果，可以使光伏发电项目管理步入程序化、规范化、工作方法科学化的轨道，强化全行业宏观管理机制，提高光伏发电项目的管理水平，促进光伏发电建设项目投资效益的提高。

光伏发电项目长期运行的稳定性和发电量是评价项目质量的重要标准，应要求所有国家投资的光伏项目安装发电与用电记录装置，定期提交运行报告，定期进行考核；对于较大的系统应安装数据远程监控装置，由国家主管部门委托的技术部门实时监控。完善和加强项目后评价工作，通过项目后评价一方面检验项目实际工程质量是否达到规划设计目标要求，另一方面也能对前期工作进行核查，总结经验，改善投资管理和决策，提高项目质量和效益。

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