云南省电力设计院汪玉华: 云南山地地区如何设计光伏电站

2015年12月2-3日由Solarbe索比光伏网、天合光能以及阳光电源联合举办的“光伏创新应用与土地有效利用研讨会”在云南省西双版纳州景洪市世纪金源酒店举行。会议上，云南省电力设计院副总工程师、电源部主任汪玉华就“精细化设计”为主题发表精彩演讲，以下是原文：

大家好，我今天分享的是精细化设计。今天在这主要想跟大家分享三块，第一块是介绍我们云南省电力设计院(以下简称“云南院”);第二块是在云南建设山地光伏电站时，我们最应该关注的一些问题;第三块是精细化设计。云南院到现在快60年了，现在是中国能源建设集团的在编企业，最早开始做光伏是从2007年4月份开始做云南第一个，当时号称亚洲最大的光伏电站昆明石林166MW项目，到2009年5月参与了中国第一个敦煌10MW光伏电站特许权招标，到目前为止我们主要在云南、广东、西藏等省区参与光伏项目。这是几个典型项目，大家看看，刚才点到的昆明石林166MW项目，还有敦煌特许权，包括西藏山南、大理西村等项目。

到目前为止，我们云南院在光伏走了这么多年，大概积累了什么成果?第一个是我们在支架上面有了两项专利，这是专门针对山地所开发的产品技术，已经在大理西村、昆明石林很多地方用了这个技术。第二个成果是我们开发了光伏方阵施工图设计软件，最大的好处是人工成本大幅度降低，电缆的精准性和控制性非常好，已经获得国家软件著作权。第三个成果是我们针对山地提出了光伏支架二次设计方法，这是唯一的方法，目前在全国范围内我知道的，只有我们院用这种方法。这种方法最大的特点是重新做方阵高度设计。第四个成果是我们配合农业、牧业发展的需要，开发了很多光伏支架结构形式。

下面来说问题。

第一个问题。我们在云南山地地区建设光伏电站，那我们的设计要关心什么?大家看一看，这就是地形，我们不能看见这种情况的出现，但是又不能避免它的存在，我们该怎么办?对于山地地区，我们讲建设光伏，第一个研究太阳能资源，太阳能资源跟风能一样是自然的变化，我们要去研究规律，确定它的设计值。

在这个问题上，是设计院非常重要的一个工作，但是我们经常发现的难点是这样的，在同一个县，相隔一公里，同时设一个测光站，有趣的现象是测出来的数据不一样，而且差距还比较大，有些差到10%到20%。第二个测量数据出来以后怎么办，一般都要订正，但是在一个县里没有参证站的方法，我们就有很多的难题。在云南一个县，测下来的光不到六千，另外一个地方六千七，到底用什么数字?我们怎么选择?无论是用什么方法和途径，你拿到的数据，有一种是实测，有一种是从网上找的，把这些数据放在软件里，就可以很容易算出来发电量和倾角。对不对?但我们前几年算出来的直接值，我们发现不对，最佳倾角不等于设计倾角?我们该怎么选择?

我们的方法是要研究全年规律关系，研究完之后要分析，分析完之后有经验在里面，其中经验就是经常跟甲方说，我们给你们设计出来的数字，我跟你打赌应该是多少，这是中国设计的常规一种做法。

在云南，风电和光伏是一样的，它的经验对于资源的判断是非常重要和有支撑的，为什么?同样一个太阳能资源，因为我靠实测一个点，真的控制不住它，但是我周边相邻邻县或者周边地区实际运行的项目，还有很多实际测量数据，我们多花时间和精力做分析，我们找出规律的数据，这是对资源的精准分析。

第二个问题是光伏电站在山地上，我感觉这是最难的事，我们感受到地形起伏我称之为微地形起伏，第二个微地块坡向变化，这块西向，那块北向，坡度还不一样，还有地块属性矛盾。

这些场地的特征出来以后，我们设计怎么做?微地块坡度控制，东西向坡要控制到多少才可以用?方阵之间的阴影遮挡到了山地，变的非常复杂。平原地区一算出数据来，就容易做出来，但是山地不一样。高山或者坡地的遮挡控制，方阵支架平整控制，还有尖角遮挡控制，组件安装完了，会有一个角有阴影遮挡，我们经常称之为尖角遮挡，在图纸上设计过程中要控制这些事。我经常感觉在图面上画上图画简单，但真正把图上的东西变为现实，这个过程很难，就引出了下面的话题，施工安装。支架要有基础，我们在图上很容易，XY坐标一给，给了之后我们还告诉他，应该离地多少或者顶标高Z是多少的，在山地这样做非常的困难。我们允许他有多大的误差?真正施工基础全部完了之后，X、Y、Z数字出来之后，我们到底觉得准确度怎样?和我施工图相比准确度怎样?如果施工完之后就这样，我们固定支架剩下的动作就可以想像，靠安装人员施工过程中，如果施工很准确，放上去应该比较平整，如果稍微差一点，支架会出现不平整，会造成阴影遮挡问题，我们在现场施工过程中很困难，图纸上的事好做，施工现场要保证安装精度和施工精度。

第三个问题如何保证组件安装倾角及平整，到底太阳能支架的组件是市场产品还是设计产品?我个人认为没有标准的，是市场的产品，就是很多成熟企业研发生产有标准产品有参数性能指标有全套的东西，这是市场产品。如果不是市场产品，就应该是设计产品，但是我们在工程执行过程中，是很难确定的。而大家最愿意看见的，我们经常有一个指标，每兆瓦支架的耗钢量是多少?设计院包括工程都要考核这个数据，是否可以控制在最小，我想在这个问题上大家低估了产品的组件支架产品的属性，所以谁把这个问题控制的好了，实际上整个方阵安装平整度，也不是说非常平整就比较顺一点，顺一点会带来什么好处?

我想说可能对发电效率的贡献是非常大的，我们要追求在这个方面的努力。那么组件支架到了要安装，我们经常说用万数量来计量，我们一般采用的方法是人工量，人工量巨大了以后会产生问题。一个是人工施工经验水平的问题，第二个是支架安装实际上是一个三维立体空间问题，我们要具有想象力，才可以调整的很好，因此在组件支架安装过程中对安装人员要求是非常高的，因此在工程中我们感受到这是非常困难的，很难做到。怎么办?我们院这几年一开始就想，1比5000比例不行，1比1000比例不行，最后做到1比500，是否可以做1比100地形图?不可以，我们坚持1比500。最后采用二次设计的办法，支架二次设计，我觉得这是非常推崇的办法，我把施工图给大家了，XY坐标一定，你就给我交基础，当天把坐标复测XYZ重新给我，会发现和原来的图有误差的，这时候我们调支架，调的之后再用这种方式到工厂施工支架，这样到了现场施工人员就比较顺利的安装好，这样的组件安装平整度和控制水平就比较好，所以我们用二次设计方法，这是一个控制一次安装精度的一种控制手段。第二采用二次安装精度，至少可以在局部控制支架安装平整度。所以山地上把这几个特别是后两个问题做好，另外如何把组件构建的平整。

除了这些以外，大家都知道在光伏电站建设过程中，还有设备选型，过去是集中式逆变器或者是组串式逆变器，还有组件产品的价格。主要方案中，组件与逆变器容量配置比问题，组件横排与竖排配置问题，第三个一个固定支架布置N串，1串、板串或更少。集中逆变器布置在方阵的什么位置?你的设计真的做到了直流电缆长度最短吗?电缆沟与电缆桥架怎么用?支架结构和支架基础有太多形式。在平原地区不是问题的事，在山地上就显得尤为困难，也需要大家高度去关注。

总之，我们光伏电站的规模是不断地扩大，很小的一个设计改进就可以带来较大的经济效益，这是在这么多年的工作过程中切身感受到的。光伏从一开始搞设计觉得是简单活，到了今天我们说技术上不复杂，用的是精细，所以说只要精细了，会带来较大的经济效益，而且现在的电站的类型越来越多，前面很多嘉宾谈到各种形式都有，请记住不同的项目是有不同的电站特点，它的需求也是不一样的。面对日益下调的电价，这和我们今天的主题就挂钩了，努力降低度电投资，实现平价上网，这是我们今天开会及今后要努力做的事。

精细化设计，这个题目就叫度电投资，有两个算法。一个是生命周期总成本/生命周期总发电量。度电投资的东西，我想成本的问题，在座很多人以及所有企业家最容易看到以及最容易触及到，可以设计、计算、分析、对标，所以成本问题现在用完全市场化的行为，这已经是完全市场化，是大家动脑筋可以努力做到的事，注意不要把它变成我们工程建设的唯一努力方向。第二个是发电量，请大家记住我们真的不能做到发电量对标，同样一个工程为什么是1300设计给出这个值，到底是1400还是1200，我们没有办法对标到现在。那么哪种设计的发电量最高?这就是我们精细化设计要努力的方向，我们要问一句话，系统的综合效率，我记得从我接手做的第一次是77%，后来79%，到现在持续的稳定在80.4%，我经常问我的同事为什么是80.4%?现在有人说81%、84%，真的系统效率是设计出来的吗?怎么算出来的?我想要给出证明，这是很难的。在精细化设计中，第一个是方阵容量的选择，这是技术和市场发展的总的方向问题，有人说逆变器大型化加上单元大型化，这跟发电趋势是一致的，具有优势，我认为一定是大型化的方向市场占有率是最大的。第二个光伏单元组串化，也就是组串逆变器配置问题，这是分布式光伏项目的优选技术，规模小，但是我想组串化和大型化在未来应用中必将相互渗透相互促进。下面的问题是最佳间距设计，节省土地成本。大型地面电站，综合评估系统成本举发电量之间的关系，寻找平衡点，尤其是山丘电站，根据坡度大小的坡向不同，采用有限非固定间距设计是必须的。第二个最优经济倾角或者次优倾角设计，最重要是看曲线，大家一算发电量就出来了，前几年很容易找到顶点数字就是最佳角度，后来慢慢开始关注细节了，发现怎么办?我们比比土地占地的问题，电缆长度是要比的，钢材耗量是要比的，几个东西一比，比完之后我们因为没有选择最高的顶点，我们是选择了次高点，就一定减少了发电量，减少了多少?电量减少了，占地面积减少，电缆长度减少，钢材耗量减少。组件布局，主要是看这块板干什么，现在大家都推崇横向摆，土地利用率、电缆成本、支架成本比较，横向排布略有优势。精细化设计工具，三维设计可以做效果用，还有二次设计和专用软件，我们需要更多的自动化东西，提高功效。组件与逆变器容量最佳比例设计，我们云南做的很少，光伏逆变器容量比是1.0还是大于1.0?大家都会比较是1.1还是1.2，只要把这件事做过了，我就觉得选择是对的，但是我想我的结论是这样，在当前投资效率下，可能你做这个比较是对的。我们其中有一个比较，你们注意看这几个图，最大的感受是如果说当我们发电效率超过85%时，这个线变了，没有意义了，效益越来越高了，就要丢掉一点，逆变器只能达到什么水平，最后就丢掉一些，这是不行的。在当前这种投资和电站效率水平下，提高容量比是好处的，反之没有认真做，当你觉得效率达到85%了，当这个电站投资跌到什么程度，再算这个曲线全部变了，不要抱着今天用到的技术用到以后去，这是动态的数据不是经验。

逆变器选型，就是选大的还是选小的，到处都可以看到这张对比表，我觉得这个对比表是非常正确的，也是非常客观的，根据工程特点性质甚至根据项目的需求，可以去做，当然在山地复杂了特别是我见过云南光伏电站，一块不到一兆瓦，两个相差之间几百米，就是因为土地属性约束它，很难做。下面是组件逆变器，有很多说法，刚才我在前面问的价格是多少?有很多文章，我就不解释了，请大家注意，如果只解决当前的问题，你有很多很简单的办法，如果解决长期光伏健康发展，请大家多用心。

电缆优化设计，我今天在这说不是为了给项目投资节省电缆，主要目的是降低损耗，后来发现认证做好电缆优化设计可以将现场电缆介绍一半左右，如何做到这件事?一定要做方阵区的直流电缆辐射图，我们云南院坚持到现在一兆瓦给了一个电缆辐射图。第二要有专用软件，因为人分散性太大，采用专用软件控制设计人员的随意性。我们的效率80.4%，贡献一个点就到81.4%，对我们未来设计发展要求也是这样的。

支架优化设计，前面铺垫了很多，我们院大概是这样做的，最核心是下面的红字，我们是把支架设计产品用工厂化方式保证了，把现场要安装的控制放在工厂去做，解决了在房间里没有阳光非常舒适环境里做，这是最好的一种方式。这是各种跟踪系统应用，技术理念是先进的，实际上是土地或者场地矛盾突出，土地就是占地太大了，场地要求太平了，大概是这个矛盾，因为这些矛盾，市场不成熟，带来的问题就是产品进步不快，大概是这样的一个过程。

光伏+互联网，实现光伏电站数字化，我就不细说了。还有组件安全的问题，包括PPT上说到的人生安全，防火等很多问题，是在电站寿命期中研究和关心的事，我们经常在工程建设初期阶段，刚才很多人都感觉到西村项目为什么好，中华电力企业对产品品质对项目25年寿命期，每一天关注程度超过了很多工程项目，所以它的项目就比较好，这都是他们要关心的事。

最后是结论，今天的题目叫精细化设计，精细化设计我们要达到的目的，所有人都想成本要低，这个非常容易做，市场会逼迫成本低。第二发电量要明显增加，这是不能对标的，市场也不能推动它，要靠什么?这就是我的观点，精细化设计不复杂，是一个态度，是一个良好，但需要所有市场认同和支持它，我们才能做好精细化设计，谢谢大家。