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解析CNDS| 隆基绿能刘碧芸:数智赋能光伏新质生产力的探索与实践
发布时间:2024-10-21阅读次数:285

各位来宾上午好。我是来自隆基绿能的数智产品总监刘碧芸,很高兴和今天在座的各位一起探讨新能源领域的数智化进程。在此分析一下隆基在数智赋能、光伏新质生产力方面的探索和实践。

行业背景

首先看大的行业背景,国际能源署组织在2023年世界能源展望报告中提到,全球的能源危机虽然得到了暂时的缓解,但风险依然存在,一方面中东的战事、俄乌冲突地缘政治的因素,依然会因为我们化石能源的供给,另一方面全球的经济是持续下行的,其实对我们能源的生产和消费也产生了消极影响。在这两大背景之下,全球的生态环境也是在持续恶化,在世界气象组织刚刚发布的一份报告中提到,2023年是地球自有记录以来的温度最高的一年,全球地表温度已经超过了工业化之前1.2度,按照今年的观测数据来看,2024年的全球气温可能比2023年还要高。面对这样化石能源的危机和我们持续恶化的温室效应,我们到底怎样去应用,我们也很高兴地看到全球和世界各国都在大力推进和发展新能源。

在国际能源署的这份报告中也提到,全球世界各国的电动汽车的大力推广普及,以及风电光伏新能源的装机增长,已经远远超过了它在2021年的预测。当中也提到,我们有机会在2030年前看到碳达峰,他也预测在2030年这个时间点上新能源提供的新增发电装机可能会达到80%以上,当中有一半会来自光伏。综合前面的结论我基本上可以判断,光伏是未来能源结构的主力之一。

即使光伏发展如此迅速,另一方面又看到光伏新增的装机两只维持在光伏组件产能的40%左右,这份报告也预测,未来几年它可能仍然持续在40%左右。一方面我们可以想像,这个数字仍然会给光伏的组件产业带来极大的竞争压力,另一方面反过来看这也为光伏新增装机的发展提供了非常大的潜力和加速的空间。在光伏领域,中国也一直以来是受到世界的瞩目,在2023年中国的新增装机达到216GW,超过全球48%,光伏组件的产能和产量超过了全球80%。清洁能源看光伏,世界光伏看中国。

什么是“新质生产力”?

我们也可以看到巨大的机遇伴随巨大的挑战,过去的一年多,包括隆基在内的光伏组件行业经历了组件高度产能扩张之后的严酷的价格战,面对这个严酷的价格战我们到底怎样实现破局。习总书记去年9月黑龙江考察期间,第一次提到新质生产力的概念,我们认为面对光伏产业的当下困境,如何去发展具有高科技、高效能、高质量特征的具有符合新发展锂电的先进生产力才是破局的关键。隆基到底如何打造光伏领域的新质生产力,我们做了几个方向的探索。

刚刚过去的二季度,隆基先后打破了被接触晶硅异质结电池和晶硅钙钛矿叠层电池效率的两项目世界纪录,同时发布了最新的HIMO-9的组件,它的发布和量产,就标志着我们BC技术的推广应用。

第二个方面就是在生产要素的创新性配置方面,隆基已经不仅仅只局限于电池和组件的产品,我们也在探索业务当中的第二曲线。在很多客户交流的过程中,他们也提到,他们需要额外的服务,包括数字化的产品,隆基通过提供组件+服务的业务模式,来扩展我们的业务版图。

同样在我们推进组件+服务的模式的过程中,我们是应用到了很多的新模式,比如说我们会进行跨领域的人才融合,会进行ID、OT领域的人才融合,同时推广数字化的能力、数字化系统赋能创新人才。

第三个方面是产业的深度转型升级,不管是对于电池组件的这一类产品,还是对于我们的服务类产品,我们都去投入了大量的研发资源去进行数字化智能化转型升级,比如在组件生产的领域,我们也通过很多数字化的系统实践了智慧工厂的新型开始。同样的在服务过程当中,当然这个服务包括了我们光伏电站前期的设计的咨询服务,包括了大运维的服务。在提供服务的过程中,我们也通过一些数智化的系统、产品提高服务效能和质量。

组件+服务产品升级,数字化平台全面赋能

基于刚才说的隆基组件+服务产品形态的大度,我们通过覆盖光伏的全生命周期打包提供了三大解决方案,包括智慧设计、智慧工程、智慧运维。在不同的阶段,我们都会提供对应的硬件产品,对应服务以及对应的数字化产品。我们在智慧设计的阶段,提供的服务包括了像场景化的光伏设计咨询,平地的、山地的、漂浮的不同的场景怎么设计。光伏+的设计咨询,农光互补、渔光互补,光储结合的如何设计。还有可以为客户提供已有设计方案的优化,以及评估,施工阶段我们可以面向客户提供我们的工程咨询服务,EPC的总包服务,在运营阶段,我们可以面向客户提供代运维服务,运维咨询以及增值服务,比如说设备的检测,设备的技改等等。基于这一系列服务之上,我们又通过一些数字化产品进行这个服务的赋能,一方面它可以帮助我们提升服务效率和质量,另一方面我们在看到这些数字化产品成熟之后,也是思考要把这一系列产品推向市场去帮助我们的客户直接实现他们内部的这样一些工作过程的数字化转型。在前期的光伏电站开发期我们是有一个光能查的小工具,可以在手机移动端快速进行资源的检索和投资的筛评。前期的规划阶段,我们通过前期评估的系统,可以在网页端去进行一站式的快速的光伏电站设计,同时我们也可以在线上进行发电量模拟和经济性测算,也可以进行方案的对比和参数的优化,最终进行3D展示,输出项目建议书等相关的文档。

详细设计阶段我们可以提供一个CAD的插件,通过这个插件可以进行快速的高效的精细化的总图设计。设计期我们可以提供工程管理的软件,帮助我们进行施工阶段全方位的进度跟踪,包括去进行一些安全和质量的风险把控。在运营期,我们两个办理,司南守护者,这是一个智能运维的平台,可以帮助我们进行多点站的集中监视和运维管理,也可以提供相关的无人机智能安防的高级应用,提高效率,规避火灾风险。运维期还提供增值的软件,就是司南挑战者,性能分析软件,主要是帮我们解决电站性能评估,提质增效的一些痛点,它可以帮助我们去评估电站潜在的发电潜能有多少,帮助我们提供具体的运维建议,实现发电量的提升。

上面这一套软件绝大部分都已经完成了从0到1的孵化,也在我们自己的电站上,也在部分客户的电站上完成了一些试点,后续我们也想做一个市场化的推广。当中可能就除了司南领光者这样一个详细设计的插件和司南筑梦者施工管理产品,目前是在孵化阶段,其他的都已经正式发布了。

司南先行者一站式平台赋能电站开发设计

接下来针对重点研发的数字化产品去做详细介绍,首先是司南先行者一站式光伏电站前期开发设计评估的软件。这个软件分几个大的模块,首先是光伏电站的一站式设计。在这个一站式设计的过程中,我们只需要用户上传或者手动绘制厂区信息,然后调用系统里面集成好的气象数据源和地缘数据源,绘制障碍物变电站,进而就可以进行光伏电站的组件排布的设计,电气设计,道路的设计、结构设计等等,然后我们可以在系统中进行发电量模拟、经济性测算、输出工程量的清单、项目经营书、一站式的报告等等。

接下来我就大概演示一下这个流程,可能比较快。这是一个网页端的系统登录界面,登录了之后,我们可以进行快速的选址,可以在卫星地图上点选,或者直接输入经纬度,或者详细地址进行查询。接下来就可以训练一个方案类型,现在可以支持平地、山地、漂浮,不同场景的光伏电站设计。现在是选择山地场景为例,接下来上传地形图,可以支持KML和DWG格式的。上传完之后,可以看到整个光伏厂区的信息已经生成了,接下来就可以进行地形分析,在这个模块中,我们自己研发了一个三角剖分的算法,基于每个三角区域可以进行坡度、坡向的分析,帮助我们去识别符合施工条件的这样一些区域。此外还可以进行山体阴影的分析,通过这个可以筛除那些在东至日早上9点到15点之间没有被遮挡的区块,这样的区块是符合光伏设计开发需求的。

通过右上角的切换我们可以查看用不同的颜色对不同的朝向和角度进行一个渲染的效果去分析它的坡度坡向情况,进行完地形分析之后,我们就可以进行快速的排布方式是对齐还是自适应它的边缘。然后排布数据生成了之后,我们可以一键点击生成道路,这根据我们的智能算法自动生成的。也可以进行手动的调整,接下来就是进行电气设计,在电气设计模块,这边我们也是集成了大量的不同的设备厂家的信号、参数。接下来结构设计,也可以一键生成。结构设计完了之后,就可以点击系统生成一站式的报告,如果点选了财务信息,也会生成相关的财务数据,生成之前还可以进行参数的微调,这是最终生成的报告的效果,这是报告的一部分。

接下来我们就可以点击生成一个3D的视图,这个预览是我们自研的相对来说比较具有差异性的功能,传统的3D仿真当中,主要是两种模式,一种是基于无人机拍摄的实景建模,对于大规模的集中式光伏电站不是那么可行,另外是基于高成数据进行比较模糊的3D建模,看起来没有表面纹理,我们在第二种模式上进行了优化,基于高成数据再去叠加了卫星地图的纹理,这样实现了高度仿真3D模拟效果,同时我们也可以去基于右边时间轴的拖动,模拟不同的时间下,不同的日期、不同的时间下它的山体阴影的遮挡效果,帮助我们进行山体遮挡的分析。

接下来用这长图去描述我们这个产品开发过程当中,到底解决了什么问题。首先第一个它是解决了一站式的问题,这个在我们前期的开发过程当中,其实发现到,我们的设计者需要在多个不同的专业软件之间来回切换,去做不同的专业设计,如在PKPM里面做结构设计,CAD里面做排布,在PVSyst里面做发电量模拟,当中很多软件甚至还不是国产化的,那怎样去解决我在不同的设计软件之间跳转,我想一站式地去完成并且希望这是一个国产化的软件。这个问题是可以被我们司南先行者软件解决的。

第二个问题就是多场景,现在很多的设计软件并不能支持不同的场景的比如说平地的、山地的,漂浮的,这种电站设计的需求,在我们的系统里是一站式集成了。

第三个就是高精度的问题,当我们想说要推行国产化的时候,大家一定会问用这个产品替代PVSyst偏差到底有多大,我们也是找到TUV南德和鉴衡我们也做了实验和验证,我们也是验证了在平地场景下不同的组件类型,不管是单面还是在双面,不同多个地点,不管是国内,还是国外,最终的发电量仿真的精度和PVSyst的对比偏差是在1%以内。后期我们也会针对方针的颗粒度去进行进一步的优化,现在其实PVSyst它只支持针对八组的智驾区域进行模拟,后面我们在年底版本当中会支持针对每一组支架进行发电量的模拟,这样子可以充分考虑不同的支架在不同位置倾角和朝向的差异。

同样在设计标准这块我们也是充分参考了各类的国标、行标、团标以及国际的IEC标准、美标等等,这样子能够使我们设计标准是充分符合行业规范的。内部集成的数据源也可以保证设计过程的标准化。比如说气象数据库这种,就是已经内置了两个气象数据源,地形库也是内置了Solargis和meteonorm两个数据源,地形库这块也是内置了ALOS和Aster GDEM两个数据源,ALOS是用于国内可以提供12.5米的高精度地形数据。Aster可以面向海外提供30米的高精度地形数据。另外我们也内置了很多的库,造价库、财务模型库等等。如在电价库这里就创新性地跟国内的市场化交易进行了接轨,因为之前也有很多客户提到说,我们现在做收益测算的时候是基于单一电价的,但实际上电站运行的过程中是有市场化交易的,这个过程中我们也收集了各个省的一些市场化交易的政策,把他们的保障性发电小时数和分时上网的信息都集成到系统内部,做收益测算先基于小时级的气象数据生成了小时级的发电量模拟,再基于我们刚才提到的小时级电价信息生成我们精细化到小时级的收益,最终聚合成光伏电站全生命周期的收益,这样一个高精度的收益是能够充分地提高我们收益模拟的精确度的。

司南先行者项目应用案例

下面是两个案例,第一个案例就是我们有一个客户要做地块筛选,传统的要做15个地块的筛选,需要进行非常多的现场踏勘工作,通过刚才地形分析的功能,可以快速识别每个地块的可排布区域,可以快速识别到1号地块是最具有投资价值的地块。

第二个案例还有一个客户的项目,它的六个地块比较分散,当时那个地块是农田原来,所以清赔费比较高,为了提高内部收益率,降低土地的占地面积,最终是通过固定支架的前角寻优的方式缩小了它的行间距,提高了支架排布的密度,最终整体上提高了我们的项目收益率。

司南挑战者赋能电站精细化运维和发电量提升

接下来我再简单介绍另外一款产品,性能分析产品。这个产品主要解决的是光伏电站运营期间的提质增效的问题。光伏它其实不像风机一样有风功率曲线,光伏电站应该发多少电,能发多少电量是需要基于历史数据进行学习的。我们实际发电量对照应发电量当中的差异,到底是有多少个类别的原因造成的,怎么去进行修复,怎么去进行运维提升,这也是我们系统会去解决的问题。

这个系统我们主要也是基于了20多类的高精度的自研算法,可以提供10类不同原因的损失分解,特别针对直流侧的像组串低性能问题,可以把它识别出来10亿种不同问题的根因。

司南挑战者项目应用案例

下面是两个案例,第一个项目是我们在南方,在广东那边的一个项目案例,这个厂站上部署了我们的新能分析系统之后,刚上线时发现一个比较明显的AGC的系统功能损失,经过我们现场确认之后发现它是参数错误,经过调整之后也提升了2.6的年度发电量。

第二个案例是东北辽宁省的电站,因为纬度比较高,行间遮挡比较厉害,当时因为用的是UZ接线,所以上排没有遮挡的组件,跟下排有遮挡的组件串接在一起之后,产生比较严重的性能劣化,经过我们系统识别出来我们对涉及到有这个问题的500多串组串进行了细改,一种方式是在最下排的电池片贴胶布,最后选择了第二种方案,改接线不用在不同的时间定再撕胶布、贴胶布,一次性的,这样把上排好的组件串接成一串,下排有遮挡的组件串接到一串,最终发电性能恢复了50%。总体技改之后我们的年度发电量提升预计是达到2.7%,这是我们性能分析的案例。

今天我就介绍这么多,谢谢。

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