■ 楊廣智 吳紅軍 張海滿 王晏 王建軍 王昌賢

(1.青海省農(nóng)村牧區(qū)能源辦公室；2.青海省太陽能電力有限責(zé)任公司)

1 青海省太陽能資源

青海省太陽能資源豐富，尤其是柴達木盆地更是全國光照資源最豐富的地區(qū)，年日照時數(shù)在3200～3600 h之間，年總輻射量可達7000～8000 MJ/m2，為全國第二高值區(qū)。在相同面積和容量的情況下，光伏并網(wǎng)發(fā)電可比相鄰的甘肅、新疆多發(fā)15%～25%的電量。青海省地處青藏高原的東北部，大部分地區(qū)地廣人稀，主要分布在光照資源豐富的柴達木盆地和三江源地區(qū)，是建設(shè)光伏電站、建立太陽能電力輸出基地的優(yōu)選區(qū)域。

2 省內(nèi)已建成的離網(wǎng)光伏電站的建設(shè)基本情況和運行情況

2.1 基本情況

2.1.1 青海省“送電到鄉(xiāng)”工程

青海省農(nóng)牧區(qū)地域廣闊、人口分散，配電網(wǎng)發(fā)展相對滯后。為全面解決廣大農(nóng)牧區(qū)基本生活用電問題，自2002年，青海省“送電到鄉(xiāng)”工程利用國家投資的近4億元，在玉樹、果洛和黃南等6州23縣建成光伏電站和風(fēng)光互補電站共112座，總裝機容量3943 kW，共解決112個無電鄉(xiāng)，約5萬人口的基本生活用電問題，這些電站主要由青海新能源(集團)有限公司承擔(dān)設(shè)計、施工和安裝。此類電站數(shù)量多，平均裝機容量在10～50 kW，投資少，建設(shè)周期短。2005年該工程全部完成。

2.1.2 “中德財政合作”太陽能光伏電站項目

“中德財政合作”太陽能光伏電站項目共建設(shè)太陽能光伏電站56座，其中，海北州8座、海西州4座、海南州3座、黃南州3座、玉樹州38座?！爸械仑斦献鳌碧柲芄夥娬卷椖恐泄夥目傃b機容量為454.4 kWp、柴油發(fā)電機1085 kW，共解決3686戶牧民群眾用電。

該項目中每座光伏電站的裝機容量在5～10 kW，投資較大?？偼顿Y中包含科研費用，除省財政或國外機構(gòu)一次性投資外，項目建設(shè)地所在州縣政府配套部分資金，系統(tǒng)設(shè)計和電站本體安裝全部由青海省新能源研究所承擔(dān)，機房和輸電線路的施工由地方政府負(fù)責(zé)完成，項目完成后，產(chǎn)權(quán)及管理全部移交給鄉(xiāng)村政府。

2.1.3 “金太陽”項目

為加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，2009年，財政部、科技部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于實施金太陽示范工程的通知》，以財政補助、科技支持和市場拉動方式合力推動項目實施。對于偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的獨立光伏系統(tǒng)的建設(shè)資金由國家財政部按總投資的70%補助，30%由承建企業(yè)自籌。項目完成后，產(chǎn)權(quán)及管理全部移交給鄉(xiāng)村政府或用戶。

青海省通過“金太陽”工程共建設(shè)太陽能光伏電站43座，總?cè)萘?290 kWp，分屬玉樹、果洛2州 11 個縣6個鎮(zhèn)21個鄉(xiāng)，解決 5203 戶牧民群眾用電。其中，玉樹州6個縣 2個鎮(zhèn)19個鄉(xiāng)37座光伏電站，總?cè)萘?2030 kWP；果洛州5個縣4個鎮(zhèn)2個鄉(xiāng)6座光伏電站，總?cè)萘?60 kWP。

2.2 運行情況

此次實地調(diào)查選取了“送電到鄉(xiāng)”工程中的10座光伏電站、“中德財政合作”太陽能光伏電站項目6座光伏電站和“金太陽”項目10座光伏電站。對其運行情況進行了實地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，除“中德財政合作”太陽能光伏電站項目中的6座光伏電站和“金太陽”項目中的6座光伏電站全部正常運行外，“送電到鄉(xiāng)”工程中有5座光伏電站已處于停用狀態(tài)，另外在運行的5座光伏電站中有4座光伏電站因電力供應(yīng)緊張，出現(xiàn)限時限電現(xiàn)象(每晚供電時間最差的不足2 h，最多的在4 h左右)，僅有1座光伏電站至今處于正常運行的狀態(tài)。

2.3 停用原因

在對“送電到鄉(xiāng)”中的10座光伏電站調(diào)查時，我們根據(jù)現(xiàn)場的了解調(diào)查和對設(shè)備的測試發(fā)現(xiàn)，4座光伏電站出現(xiàn)限電限時現(xiàn)象的主要原因之一是因為其蓄電池組中的大部分蓄電池已出現(xiàn)不存電現(xiàn)象，已基本上達到使用壽命，但又沒有專項資金進行更換；另外一個主要原因是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，廣大用戶的生活水平得到了很大提高，用戶的用電設(shè)備不僅是電視機，同時還增加了洗衣機、小型冰柜等，導(dǎo)致光伏電站當(dāng)初的設(shè)計容量已無法滿足現(xiàn)有農(nóng)、牧民的用電需求。5座光伏電站出現(xiàn)停用狀態(tài)的主要原因在于光伏電站的管理人員管理不當(dāng)，每座光伏電站中的大部分電池板被盜，但又不能及時更換，導(dǎo)致蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)而出現(xiàn)了損壞，已完全處于報廢狀態(tài)，又沒有其他任何資金進行更新和更換。

3 存在的問題和原因分析及重點研究內(nèi)容

3.1 獨立運行光伏電站存在的問題和原因分析

3.1.1 獨立運行光伏電站存在的問題

1)由于項目實施地偏遠(yuǎn)、信息閉塞、交通不便、居民文化素質(zhì)偏低等問題，無法建立完善的管理運行維護體系。

2)由于相關(guān)政策法規(guī)不健全，電費收繳困難等問題，造成電站沒有管理機構(gòu)、電站機手不到位、機手流失嚴(yán)重。

3)由于管理不規(guī)范和維護跟不上，導(dǎo)致了電池板等固定資產(chǎn)流失，造成巨大浪費，無法從根本上解決無電地區(qū)的用電問題。

4)光伏電站地處偏遠(yuǎn)牧區(qū)，這些地區(qū)人口的文化水平相對較低，管理人員的素質(zhì)較差，很難勝任電站的日常維護、檢修及排除簡單故障的工作，影響了電站的使用壽命。

5)向用戶收取的電費較低甚至不收電費，使得電站的經(jīng)濟性極差，日常維護、檢修費用和部分設(shè)備的二次更新費用沒有資金支持，仍需政府的再次投入，很難做到“以電養(yǎng)電”。

6)不收費或缺乏管理導(dǎo)致用戶對電站不珍惜，違規(guī)用電的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

3.1.2原因分析

1)管理原因。因離網(wǎng)光伏電站的業(yè)主方不能確定，責(zé)任不明確，一般都是由當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)村政府或由承建單位委托的機手來進行管理，管理比較混亂，出現(xiàn)光伏電站的設(shè)備被盜、用戶違規(guī)用電等普遍現(xiàn)象。同時因管理人員的工資較低或根本不能解決的問題導(dǎo)致出現(xiàn)無人愿意主動去管理的現(xiàn)象。

2)設(shè)備原因?！八碗姷洁l(xiāng)”工程和“中德財政合作”項目實施較早，大型獨立光伏電站正處于應(yīng)用階段，采用的光伏設(shè)備自動化程度不高，技術(shù)不是太成熟，故障率偏高。

3)資金原因。缺乏電站長期運維的有效機制，一旦設(shè)備損壞或被盜，又得不到其他資金的支持，導(dǎo)致設(shè)備無法更換，整個光伏電站就會處于停用狀態(tài)。

3.2 分布式光伏電站存在的問題和原因分析

3.2.1 投資成本較高

儲能系統(tǒng)建設(shè)投資成本較高。為滿足微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行要求，實現(xiàn)自身電力電量平衡，要求配置的儲能裝置容量占總?cè)萘康?0%以上，但目前儲能系統(tǒng)建設(shè)投資成本較高。

微電網(wǎng)監(jiān)控平臺及能量管理系統(tǒng)目前尚處于試運行階段，投資成本高。

微電網(wǎng)運行維護需培訓(xùn)專門的微網(wǎng)運行維護人員，承擔(dān)微網(wǎng)所有設(shè)備的運行維護責(zé)任，尤其對于偏遠(yuǎn)地區(qū)或孤立海島的微電網(wǎng)，相較一般電網(wǎng)運維成本高。

3.2.2 配套政策不成熟

根據(jù)我國《可再生能源法》規(guī)定，“國家鼓勵和支持可再生能源并網(wǎng)發(fā)電”，“國家實行可再生能源發(fā)電全額保障性收購制度”。政策環(huán)境支持微電網(wǎng)并網(wǎng)，但對電網(wǎng)企業(yè)的合理補償存在較大欠缺，電網(wǎng)企業(yè)利益無法得到保證。

關(guān)于微電網(wǎng)建設(shè)、運營模式，政府相關(guān)政策尚不清晰。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善

目前，分布式電源已有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)正在制定及完善中，但對于微電網(wǎng)接入、規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運行和設(shè)備制造等環(huán)節(jié)缺乏相應(yīng)的國家層面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范。

3.3 重點研究內(nèi)容

3.3.1 獨立運行光伏電站

項目業(yè)主的確定和運行管理模式是保證整個光伏電站正常運行最重要的外在因素。青海省內(nèi)所建的離網(wǎng)光伏電站的管理現(xiàn)狀基本上是由總承包商/承建單位委托鄉(xiāng)政府和經(jīng)過培訓(xùn)合格的電站機手管理。大多數(shù)鄉(xiāng)村政府對電站的管理只停留在保護好電站的概念，類似保險絲斷了這樣簡單的故障，采取的措施要么是從千里外捎信告知承建單位“電站壞了”，要么是聽之任之。經(jīng)培訓(xùn)合格的大部分機手因工資待遇低或無法保障等原因?qū)е禄旧先侩x職。只有少數(shù)電站在運行期間向用戶收取少量電費用于支付電站管理人員的工資，至今電站還在正常運行。下文就項目業(yè)主的確定和運行管理模式進行探討。

1)項目業(yè)主的確定。項目業(yè)主必須是注冊在當(dāng)?shù)氐?、有足夠?jīng)濟實力的獨立法人，而且要有電站管理經(jīng)驗和能力；項目業(yè)主也可以是電站承建商、州縣電力公司、私營可再生能源服務(wù)公司等，但必須是經(jīng)省改委批準(zhǔn)，業(yè)主也可由省改委在全省范圍內(nèi)招標(biāo)產(chǎn)生。業(yè)主公司有權(quán)決定管理模式和選擇管理者，有電費標(biāo)準(zhǔn)制定的參與權(quán)、有權(quán)制定規(guī)章制度、有權(quán)接受政府的投資和補貼等；同時也有義務(wù)管理好電站，如果不直接參與管理，則有義務(wù)代表國家、政府監(jiān)督管理，如果參與管理，則應(yīng)保證電站15～20年的可靠運行并保證供電質(zhì)量。

2)運行管理模式。總承包商成為業(yè)主并經(jīng)營電站管理。確定總承包商為項目業(yè)主，總承包商在項目建設(shè)的同時利用項目建設(shè)資金完成電站機手的培訓(xùn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，待項目竣工驗收合格后，與省發(fā)改委簽訂產(chǎn)權(quán)移交合同，與州縣發(fā)改委簽訂電站機手聘用合同，并在3年保修期內(nèi)使電站機手成為高素質(zhì)專業(yè)維護管理人員，使運行維護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。該模式中離網(wǎng)型電站的管理不是項目業(yè)主的主要業(yè)務(wù)，測算電價時只考慮蓄電池的二次更新費用和網(wǎng)絡(luò)正常運行費用，不考慮業(yè)主單位的收益，這樣可減輕農(nóng)、牧民負(fù)擔(dān)，減少政府對電站的投入資金，也能做到固定資產(chǎn)保值。由專業(yè)化的企業(yè)管理電站能提高電站管理水平，延長電站使用壽命。

業(yè)主與當(dāng)?shù)卣炗嗠娬竟芾砗贤?。由?dāng)?shù)卣芾黼娬?，由業(yè)主選擇承建商，并組織工程的竣工驗收，驗收合格后產(chǎn)權(quán)全部移交業(yè)主，承建商對電站保修3年。業(yè)主與鄉(xiāng)政府簽訂電站管理合同，鄉(xiāng)政府的主要職責(zé)是按業(yè)主要求做好用戶和用戶管理(包括安全用電、用電制度、電費收取)、電站設(shè)備的日常維護和簡單操作、與業(yè)主及時必要的溝通。其他如電站工作人員的管理、人員培訓(xùn)、設(shè)備更新、電站運行和維修等由業(yè)主完成。該模式中鄉(xiāng)政府與業(yè)主在合同約定下各司其職，管理成本較低。收取的電費用于電站管理人員的工資、設(shè)備的正常維護、蓄電池的二次更新。業(yè)主單位在電站壽命期內(nèi)的管理成本由國家再次投入。

3.3.2 太陽能光伏系統(tǒng)的微網(wǎng)技術(shù)

微網(wǎng)是由分布式電源、儲能和負(fù)荷構(gòu)成的可控供能系統(tǒng)，可平滑接入大電網(wǎng)和獨立自治運行，是發(fā)揮分布式電源效能的有效方式。它具有如下特征：

1)以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，融合儲能、控制和保護裝置；

2)靠近用戶負(fù)荷；

3)接入電壓等級是配電網(wǎng)電壓等級；

4)能夠工作在并網(wǎng)和孤島兩種模式；

5)分布式電源占有一定比例。

重點研究內(nèi)容包括：

1)微網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島運行模式下的協(xié)調(diào)控制策略(自動發(fā)電/頻率控制、自動電壓/無功控制、快速穩(wěn)定技術(shù))；

2)研究可實現(xiàn)并網(wǎng)/孤網(wǎng)無縫切換的解并列技術(shù)；

3)多元復(fù)合儲能的經(jīng)濟規(guī)劃；

4)功率型和能量型儲能的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制技術(shù)；

5)不同儲能系統(tǒng)協(xié)同的微網(wǎng)能量管理控制策略；

6)研制多元復(fù)合儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)接口設(shè)備。

4 青海省無電人口及解決方案

4.1 青海省的無電人口情況

經(jīng)統(tǒng)計，截至2012年底，青海省共有4166個行政村(社區(qū)、牧委會)，大電網(wǎng)已覆蓋4051個村，已修建離網(wǎng)光伏電站解決用電問題48個村，還有67個無電村。經(jīng)統(tǒng)計全省尚有79328戶無電戶，其中，集中戶(20戶以上)20243戶。

4.2 解決方案

基本原則：光伏電站建設(shè)充分考慮到將來國家電網(wǎng)的延伸，以及最大效能發(fā)揮光伏電站的功效，改造擴容及新建的光伏電站具備分布式微電網(wǎng)特征，光伏電站可運行在并網(wǎng)模式和孤網(wǎng)模式。

4.2.1 “送電到鄉(xiāng)”光伏電站技術(shù)改造

1)國家電網(wǎng)覆蓋的37座光伏電站，保持太陽能發(fā)電功率不變，通過更換蓄電池和控制器、逆變器，光伏電站具備獨立運行功能和并網(wǎng)運行功能，改造容量0.98 MW。升級改造的光伏電站具備的條件：國家電網(wǎng)覆蓋；不擴容。

方案：系統(tǒng)仍采用集中運行的技術(shù)方案，發(fā)電系統(tǒng)含有儲能單元，采用雙向儲能逆變器實現(xiàn)運行模式轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改造的光伏電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在新的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器具備獨立運行功能和并網(wǎng)運行功能，具備增容并聯(lián)運行控制功能，蓄電池組具備儲能功能。

并網(wǎng)運行模式：在日照充足的條件下，系統(tǒng)會給蓄電池充電，多余的能量將由電網(wǎng)給負(fù)載供電。在負(fù)載較大時，儲能逆變器可向電網(wǎng)提供更多的能量，減小重負(fù)載對電網(wǎng)的沖擊；日照不足(陰雨、夜晚等)時，儲能逆變器將存儲在蓄電池中的能量轉(zhuǎn)換為電能給負(fù)載使用，直到蓄電池能量耗盡。

離網(wǎng)運行模式：電網(wǎng)異常時，儲能逆變器將存儲在電池中的能量轉(zhuǎn)換為電能，給負(fù)載使用，直到蓄電池能量耗盡。

升級改造方案：更換現(xiàn)有的蓄電池和控制器、逆變器，并調(diào)整原有的太陽能發(fā)電單元滿足新的系統(tǒng)工作電壓(不增加太陽能發(fā)電功率)。

2)國家電網(wǎng)沒有覆蓋的46座光伏電站，根據(jù)負(fù)荷增加情況進行擴容和微網(wǎng)改造，預(yù)留并網(wǎng)接口，以滿足居民用電需求和未來接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)，即光伏電站具備獨立運行功能和并網(wǎng)運行功能。其中，增容建設(shè)光伏電站46座，用戶3246戶，總?cè)萘?.309 MWp。改造容量1.05 MW。升級擴容的光伏電站具備的條件：國家電網(wǎng)沒有覆蓋；擴容。

方案：升級擴容的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。原有的光伏電站升級改造為集中運行的電力支撐單元，新增儲能單元。擴容增加的太陽能發(fā)電單元，建設(shè)以戶為單位的并網(wǎng)太陽能發(fā)電單元，每戶建設(shè)規(guī)模1 kW。

圖2 擴容的光伏電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

新的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，電力支撐單元逆變器和儲能單元采用儲能雙向逆變器，具備獨立運行功能和并網(wǎng)運行功能，具備增容并聯(lián)運行控制功能；蓄電池組具備儲能功能。

運行模式：在日照充足的條件下，戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)多余的能量將反饋給電網(wǎng)為儲能單元充電。在負(fù)載較大時，儲能逆變器可向電網(wǎng)提供更多的能量；日照不足(陰雨、夜晚等)，儲能逆變器將存儲在蓄電池中的能量轉(zhuǎn)換為電能給負(fù)載使用，直到電池能量耗盡。

升級擴容方案：1)原有的光伏電站升級改造為集中運行的電力支撐單元，更換現(xiàn)有的蓄電池和控制器、逆變器，并調(diào)整原有的太陽能發(fā)電單元滿足新的系統(tǒng)工作電壓(不增加太陽能發(fā)電功率)；2)新建集中型儲能單元；3)新建戶用并網(wǎng)太陽能發(fā)電單元。

4.2.2 新建光伏電站

本工程符合集中建設(shè)條件的新建光伏電站81座，具備微網(wǎng)特征并預(yù)留并網(wǎng)接口，可獨立運行和并網(wǎng)運行?？傃b機容量4.021 MWp。新建的光伏電站具備的條件：1)國家電網(wǎng)沒有覆蓋；2)集中戶20戶以上。

方案：新建的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與圖2所示一致。建設(shè)集中運行的電力支撐單元和儲能單元，建設(shè)以戶為單位的并網(wǎng)太陽能發(fā)電單元，每戶建設(shè)規(guī)模1 kW。其中，電力支撐單元的太陽能發(fā)電建設(shè)規(guī)模為村委會(學(xué)校、寺院或衛(wèi)生院)等用電量大的單位所需的太陽能發(fā)電規(guī)模之和。

新建太陽能光伏電站系統(tǒng)的運行模式與需升級擴容的國家電網(wǎng)沒有覆蓋的46座光伏電站的運行模式一致。

新建方案：1)村委會等建設(shè)集中運行的電力支撐單元和儲能單元；2)新建村級低壓電網(wǎng)；3)新建戶用并網(wǎng)太陽能發(fā)電單元。

5 分布式離網(wǎng)光伏電站典型實例分析及優(yōu)化

曲麻萊縣的一座二級水電站，冬日隔天供電，僅可供電6 h，群眾生活、企業(yè)生產(chǎn)存在不便。2012年，青海科技廳組織中廣核電力公司實施“金太陽”工程項目建設(shè)該電站。項目總投資2.3625億元，光伏總裝機容量7.203 MWp。2013年12月11日，電站建成并試運行，7.238 MWp離網(wǎng)型分布式光伏共享(微電網(wǎng))系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為：光伏發(fā)電組件7238 kWp，鉛酸蓄電池30240 kVAh，鋰電池6000 kWh。項目設(shè)立14個自發(fā)自用的光電、水電與蓄電互補的分布式發(fā)電供電子系統(tǒng)、2個儲能子系統(tǒng)，構(gòu)成離網(wǎng)型分布式光水蓄共享系統(tǒng)，每個分布式的光、蓄發(fā)電供電子系統(tǒng)與本區(qū)域用電負(fù)荷相對應(yīng)，即發(fā)即用、就近消納、并與水電互補、受控調(diào)配共享。為了處理好光伏電源點、儲能電源點、小水電電源點與負(fù)荷分配的關(guān)系，光伏電站增加了一套調(diào)度自動化系統(tǒng)，合理控制電源點出力和負(fù)荷之間的關(guān)系。