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浅谈无人机在光伏电站的应用现状与前景

2018-03-12 13:42:28来源:点击次数:425次字号:|
目前应用在光伏电站的无人机多集中在电站运维方面。

近年来随着无人机(无人飞行器,下同技术的迅猛发展,无人机全球消费领域掀起了应用热潮尤其是一些体积无人机产品的出现,更是给无人机贴上生活必备品”的标签,使很多消费者认为无人机更多的是作为消费级玩具而忽略了强大的工业属性在一定程度上影响了对无人机的全面认识。实际上随着无人机工业化的推进,无人机已经广泛的应用在安防,农业影视,电力,能源等领域但是由于行业间信息和技术的不对称一方面造成需求端对无人机作用过度要求,超出现有行业技术能力,另一方面无人机没有精准切入应用领域导致供产品与需求出现严重偏差,产生无用论”,本该行业协同互助发展,却出现“水土不服”的怪象。

光伏电站为例,光伏电站传统维护方式主要以人力为主,辅助监控系统,一般可以在后台监控系统中实现对主要发电参数气象数据的监控,而主要的现场巡查还是以人力为主。由于光伏电站设备多,分布广,防范环境因素和设备故障导致的事故,日常性巡检光伏电站运维管理重要的环节,也是运维管理活动中最耗时耗力的工作

目前应用在光伏电站的无人机集中在电站运维方面。无人机立体化高程作业的方式有效适应了光伏电站分布广应用类型多样的特点在一定程度上节省了人力提高了运维效率。同时也存在解决方案单一,功能针对性不强,数据处理能力有限等问题,仅能解决问题表象,没有系统性的方案输出,没有真正的解决光伏行业痛点

为获得光伏行业对无人机真实认识,2017年中检集团南方电子产品测试深圳股份有限公司对国内13主要光伏电站开发企业进行问卷调查发现65%的受访企业认为性价比太低是造成无人机应用障碍的主要原因70%受访企业认为无人机功能达不到要求。在调查中也发现,很多光伏电站企业对无人机提出了超现实的技术要求,说明无人机行业与光伏行业间的技术不对称非常明显。

根据光伏行业的背景和技术特点,无人机完全可以凭借自身技术特点,深度融入光伏行业中,贴合光伏发展路线,解决光伏电站面临的行业性难题,实现光伏行业与无人机行业的协同发展。据国家能源局统计截至2017年底,中国光伏发电装机总量130GW,同比增长68.7%,新增装机和累计装机规模均位居于世界第一.根据“十三五规划”,预计在2020年我国装机总量有望达到250GW。从光伏电站体量来看,在可预见的未来,光伏市场将继续释放巨大的机遇,催发行业的外生动力。

随着光伏应用经验日益成熟和装机规模的显著提升,光伏行业逐渐呈现存量”特性意味着更多的资源将投放在精致化建设和运行维护上。近年来,从国家能源主管部门到地方政府更加重视光伏电站的建设质量和维护能力在一些国家能源示范基地和地方扶贫项目上,明确提出了建设和维护定量化指标。光伏电站本身的资产属性,也要求对资产进行增值保质。而实现光伏电站最大化收益的前提就是要保证光伏电站在其生命周期内的高效精准的运维。因此需要结合更多的精准化设备参与光伏电站的运维活动,这也是行业内生逻辑所决定的。

结合光伏电站的生命阶段,无人机还可以在更多的领域发挥效应。一般认为光伏电站的生命期至少为25年,按照其主要的历程可以分为设计阶段,建设阶段和运维阶段,以一个20MW规模的地面电站为例,一般其设计阶段和建设阶段需要6个月左右,运维阶段基本覆盖整个生命周期。

1. 设计阶段

光伏电站的设计阶段主要是对项目进行可行性研究,项目勘查、测绘,设备选型,系统设计,外送线路规划等。目前主要的现场工作还是靠人力进行。因多数场区初期基本不具备通行条件,大部分的勘查和测绘工作只能靠人员徒步进行,效率非常受限。特别是在地貌情况复杂的电站中,仅是场区内通行就需要花费很大的精力。像大同领跑者基地,该基地是在挖煤沉陷区上实施的规划。由于沉陷区分布的无序性,很多电站被分隔成十几个小区域,最远区域相隔达十几公里,区域内由于地势险恶,车辆无法通行。按照传统人力勘探作业,每天用于通行的时长占据了绝大部分的工作时间,显著增加工作周期,而且地势的复杂性也容易造成作业的失误。

无人机具备的高程作业方式,就可以规避此类影响。且大部分的无人机具备航迹规划的功能,配合3D建模的数据处理软件,完全可以实现精准化测绘。不仅可以大幅度提高测绘效率,还可以提高精度,建立立体化的测绘模型。精准化的模型不仅有助于实现科学的设计,还可以更加精确的规划场区线路,建立更为可靠的发电量预测模型,在提高系统发电效率的同时,也可以降低成本的投入。

2. 建设阶段

建设期是光伏电站生命周期中重要的阶段,在建设期内,不仅要实现设计意图,还要保证建设成果可以满足光伏电站的长期运行需要,要求建设单位投入更多的时间和资源用于光伏电站的建设期。但因我国实行的度电补贴的政策,即上网电价与当年度补贴政策挂钩,一般是逐年递减,且为避免出现项目延期的现象,一般年度的结点设置为当年度的630日,1230日等。这就要求建设单位必须在规定时间内实现并网。而一般的光伏电站项目从立项,设计,设备选型、采购等前期性工作都需要接近3~4个月,挤压了建设时间。出现行业性赶工现象,产生了赶工期建设性问题。

为最大限度的降低赶工造成的不规范现象,需要项目管理人员加强对现场施工的管理,及时对不合规现象进行纠正。但一般的光伏项目所配置人员非常有限,在管理职责外还成承担其他工作,并不能实时对场区施工情况进行监控。无人机所拥有的高效监控方式,可以有效的对现场实时施工情况进行反馈。一些无人机具有长距离实时图像能力,可以让管理人员足不出户就实现对现场建设情况的监控,且可以通过无人机随时对现场不规范现象进行取证,有利于后期问题的解决。

3.运维阶段

运维工作贯穿于整个光伏电站生命周期,是保证光伏电站达到预期效益的重要手段。随着光伏电站的发展,运维工作呈现出“无人化,智能化,集中化”的特点,在运维活动中引入无人化,智能化设备正成为光伏电站的必要选择。

国内光伏电站对于无人机的应用还处于起步阶段,在欧洲和日本应用相对成熟。目前主要在替代或提高人工巡检效率方面发挥作用,并没有完全发挥无人机的全部效应。无人机具有飞行平台固定,负载多样的特点,可以在有限投入的情况下增加无人机的多项功能。

如目前大多数的无人机在光伏电站中执行可视化缺陷和红外热成像排查,一般是在飞行中采集数据再反馈至后台,由人工处理。而光伏电站的很多缺陷现象是一个系统性,动态的结果,与当时的辐照,环境温度,发电设备的工作状态密切相关,一个参数的变动可能会改变最终的成像结果。如果无法实时进行缺陷识别,很有可能造成结果的滞后,或者出现现场复核结果的不一致,给运维人员错误信号,导致误判。因此需要无人机具备在线缺陷识别和缺陷定位的能力,及时准确的将故障现象和坐标反馈至运维人员,实现发现问题与处理问题的无缝连接。

除加强故障识别能力外,还可以结合光伏电站的运行特点,扩展无人机在光伏电站中处理能力。可以通过软件算法实现无人机对于故障的预判如对光伏组件存在的局部遮挡表面累积的灰尘量超限进行预警。还可以融入电站的安防体系,利用无人机机动性,快速的驱赶非法闯入者

无人机还可以扩大兼容性,能够在不干预的情况下,自主与电站监控系统进行通信,在系统发出故障诊断信号后能够自主飞行,自主查证故障。

旋翼类无人机可以尝试进行在线隐裂检测(EL测试),光伏组件的隐裂检测是光伏电站质量控制的不可或缺环节也是光伏电站必要的检测项目。现行的隐裂检测主要依靠传统的相机三脚架形式进行,测量范围受电站类型限制特别是水上电站,农业大棚电站,山地型电站,因地貌特殊,很难实现在线测量,这也是光伏行业性难题。而如果采用无人机高空作业的方式则可以有效客服地貌的障碍,不仅可以解决测试难的问题,也可以大幅度的提高检测效率降低检测成本。

传统成熟能源行业相比,光伏还是个年轻的行业,在发展中许多问题亟待解决。光伏持续爆发式的增长的背后蕴藏着巨大的商业机遇。如何撬开这个行业的大门,需要无人机行业人员改变思路,深度的了解光伏行业把握光伏行业发展路线,切合实际需求,提供针对光伏电站的无人机解决方案这样才能实现光伏行业与无人机行业的协调健康发展

关键词:无人机 光伏电站 光伏应用