平价上网形势下光伏电站设计优化探讨

袁强 张世坤 吴穹 江浩 赵常明

摘  要：随着国家一系列推进光伏发电平价上网的政策发布，光伏发电平价上网成为大势所趋。为了迎接平价上网时代的到来，必须对电站设计进行优化，以节约成本，提升发电量。通过对光伏电站设计的一些重要环节进行优化探讨，为提高电站收益率和适应平价上网提供了借鉴。

关键词：平价上网  光伏电站  优化

中图分类号：TM615;F416    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（b）-0028-02

Abstract： With the release of a series of national policies to promote solar power grid parity， grid parity has become an irresistible trend. It is necessary to optimize the design of power stations to save costs and increase generation capacity. The optimization of some important links in the design of solar power station is discussed， which provides reference for improving the rate of return of power station.

Key Words： Gird parity; Solar power stations; Optimization

1  政策背景

2018年9月13日，国家能源局综合司印发了关于征求《关于加快推进风电、光伏发电平价上网有关工作的通知》意见的函。2019年1月7日，国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》发改能源【2019】19号。2019年1月10日出台了《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的的通知》的解读。该《通知》是国家关于风电、光伏发电平价上网的指导性文件，《通知》中明确，有关省级能源主管部门结合本地区资源、消纳、新技术应用等条件组织开展不需要国家补贴的平价上网风电、光伏发电项目建设。要满足两个前提条件：一是需协调电网企业落实消纳能力后合理确定建设规模，既要确保平价项目的电量能全额消纳，又要做到不挤占现有项目的消纳市场空间。二是平价项目要与风电、光伏发电监测预警管理工作做好衔接，在预警为红色的地区除已安排建设和跨省跨区外送消纳的项目外，暂不组织此类项目建设[1]。

推动平价（低价）上网项目并非立即对全部风电、光伏发电新建项目取消补贴。现阶段的无补贴平价（低价）上网项目主要在资源条件优越、消纳市场有保障的地区开展。同时，在目前还无法做到无补贴平价上网的地区，仍继续按照国家能源局发布的竞争性配置项目的政策和管理要求组织建设，但是这些项目也要通过竞争大幅降低电价水平以减少度电补贴强度。《通知》明确各级地方政府能源主管部门可会同其他相关部门出台一定时期内的地方补贴政策，仅享受地方补贴政策的项目仍视为平价上网项目[1]。

2  设计优化

对于光伏发电，平价上网是发展趋势。因此在光伏电站设计时必须尽量优化，节约成本[2-7]。

2.1 组件倾角优化设计

国内的许多电站设计者们和一些光伏设计书籍上对于光伏阵列安装倾角的选取，往往是通过辐照量软件计算倾斜面上的年总辐照量最大时的倾角确定为最佳倾角，再根据《光伏发电站设计规范》中的要求：冬至日上午9：00至下午15：00不遮挡，来确定阵列的前后排间距。但是，年总辐照量最大时的倾角未必就是最大发电量倾角。对某光伏电站项目利用PV进行了迭代计算，对不同倾角和不同间距进行多次组合并进行发电量的模拟，结果表明：对于采用固定倾角安装的方阵，随着阵列间距的增大发电量逐渐增大;在阵列间距固定的条件下，随着倾角的降低发电量先增后减，我们选取的该项目在阵列间距不超过8.40m的情况下，最大发电量倾角为7°，此时的发电量较最大辐射量倾角发电量提升约2.75%，如果进一步考虑到倾角小易积灰的问题，亦可适当提升阵列倾角，如阵列倾角采用10°、阵列间距采用8.4m（含投影）;此时的发电量较最大辐射量倾角时的发电量提升约2.49%。

阵列安装倾角的选取不单单是辐射量一个因素所决定的，阵列倾角的选择应根据项目的具体情况综合发电量、租地面积、租地费用等因素来确定。若土地范围有限，可考虑适当降低间距和倾角。若土地范围完全满足装机要求且租的费用低廉，可适当增加间距并降低倾角，提高发电量。

2.2 方阵优化设计

“平价上网”时代，1500V光伏系统成为首选方案。1500V直流侧输入电压提高后，优点如下。

（1）降低成本。减少了电缆、汇流箱、支架、箱变逆变器数量，降低了安装和维护成本。

（2）提升发电量。电压提高后，降低了交直流电缆损耗，进而提升了发电量。

1500V系统、大方阵高超配已经成为平价上网项目的主流技术。但对于山地光伏项目、地形复杂，地块分布杂乱，大方阵高超配的方案未必是投资最节省的方案，因此，还需要根据实际项目的特征进行详细比选设计。

虽然成熟的1500V系统是光伏产业的降本利器，但同样对系统安全提出了挑战。如增加了直流拉弧、漏電安全等隐患。

2.3 总平面优化设计

在光伏电站设计中，总平布置是决定电站成功与否的一个重要环节[8]。总图布置可以从3个方面来进行设计优化。

（1）节地。平价上网时代，要千方百计节约征用、租用土地面积。对于平地，优化用地相对容易。但对于山地、梯田光伏电站，会有很大的优化空间，因地形相对分散，设计时要针对每一个地块进行详细的优化，包含阵列间距及阵列分区大小优化，使土地利用率做到最大。

（2）道路优化。道路及箱逆变位置优化要配合其他专业，既节省低压电缆，又方便高压集电线路敷设，且道路路径最优。一般来讲，箱变位于方阵中心综合造价最低。但对于山区电站，坡度30°左右，检修道路修建困难，占地面积大，箱变位置不能只根据分区来考虑，需要根据道路位置来确定。

（3）升压站优化及发电厂区围栏优化。在平价上网时代，要对升压站内道路、围墙、地面形式、各构筑物的间距等进行精细设计，对光伏厂区的围栏路径、基础进行详细优化，以节约造价。

2.4 支架及基础优化设计

光伏支架和基础是光伏电站的重要组成部分，比重约12%～18%，光伏支架和基础设计的符合现场实际地形、地质条件、安装简单可靠，可以大幅度降低工程工期和工程成本。并且该部分内容涉及到人员多、安装量大、耗时长，因此对于该部分设计务必要做到精细化、人性化。

对于普通地面电站（组件距离地面高度0.8m，组件采用310Wp组件），分析表明，对于平原地区同时可以采用钢制螺旋桩和预应力混凝土管桩基础形式的，采用钢制螺旋桩较采用管桩基础便宜约19%;对于一些山区、丘陵电站，采用单立柱灌注桩较采用双立柱灌注桩便宜约5%。

3  平价上网存在的困难与不利因素

设计院通过好的设计方案，可降低度电成本，但现实中存在一些影响平价上网的困难与不利因素。

（1）设备价格的不确定性，尤其是组件价格（占总投的50%以上）的不确定性。

（2）接入系统费用占比不降反升现象，个别地方出台了限制第三方投资自发自用分布式电站的规定。

（3）非技术因素费用不可控（包括土地费用、项目跑办费用或其他隐性费用不可控）。

（4）平价上网时代，担心一味地追求降低成本，出现施工质量降低，偷工减料现象的出现。更应该选择可靠的施工单位，保障25年的长效收益。

4  结语

光伏行业的发展从金太阳、屋顶分布式、领跑者项目及其他竞价电站项目，重要的关键词总离不开一个“抢”，出现了“630抢装”“930抢装”“1230抢装”，往往为了项目在一定期限内完成，过度追求速度，牺牲了成本。

光伏发电的平价上网是大势所趋，为了迎接平价上网时代的到来，必须优化每一分成本，提升每一度发电，对项目实施的每个阶段、每个环节进行成本把控，以满足电站收益率要求。

参考文献

[1] 国家发展改革委、国家能源局.关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知（发改能源[2019]19号）[Z].

[2] 郭生全.光伏发电站系统的优化设计建设探讨[J].智能城市，2019（6）：58-59.

[3] 马高祥.关于光伏发电站系统优化设计的研究[D].西安建筑科技大学，2015.

[4] 王欢欢，姚蕾，田聪聪.影响光伏电站经济性收益的主要因素分析[J].通讯世界，2018（3）：337-338.

[5] 李雪英.山地光伏电站方阵布置方法分析[J].四川水泥，2018（11）：277.

[6] 支少锋.浅谈山地光伏电站设计优化[J].科技与创新，2017（21）：105-106.

[7] 王斯偉，练继建，李根森，等.山地光伏电站地形及阴影对发电量影响研究[J].云南电力技术，2018（1）：49-53.

[8] 张湉，吕丹，何惧.某光伏电站总图设计及布置探讨[J].太阳能，2014（10）：24-26.