农光互补电站建设与运维安全生产建议

引言

自2009年起,随着第一个薄膜硅光伏农业大棚的建设和投产,农光互补技术开始在中国落地生根。农光互补技术能弥补不可再生能源的消耗,同时促进农业生产绿色化、发电成本节约化,是我国在光伏发电领域和农业发展领域均得到政策扶持的潜力产业,其与旅游业、养殖业、科普教育业相结合可形成综合性产业块,具有广阔的发展前景。

然而,高速发展的农光互补电站建设也会带来安全生产相关隐患和问题。光伏电站建设和运维,具有电子元件多、带电设备多、建设地形复杂等特点,而农光互补电站在常规光伏电站安全隐患基础上还存在易引发丛林火灾、活体植物导电性强等不利因素,加大了安全生产过程中的风险和事故严重性。基于此,本文将结合农光互补电站发展趋势和危险点辨识及分析,提出农光互补电站在工程建设和运行维护过程中的安全生产建议,尽可能避免安全生产事故的发生,并降低事故损失。

1农光互补电站发展趋势

农光互补电站在国内的发展经历了三个阶段,从第一阶段的光伏组件配合间隔玻璃到第二阶段增加光伏养殖、光伏种植,更新晶体硅光伏组件,发展阴阳棚和架高敞开式等应用模式,再到第三阶段将农光光伏与其他产业结合,不只重视其发电属性。在农业大棚间距内设计电站,降低了农光互补电站对喜阴农作物的限制,带有追日系统的新型光伏电站可较一般光伏电站提高35%的发电效率。可以看出,农光互补电站正随着国民经济发展和社会生产力的需要而不断自我更新完善,整体发展方向从重视发电效率、提高农作物产量,到丰富农光种类、结合其他产业共同发展,是一个良性有序发展的进程。从具体数据上来讲,我国新增并网发电农光项目数量在2016年和2017年最多,分别为78个和92个,2011年至2019年期间,我国新增的光伏养殖项目多于光伏种植项目,多于光伏温室项目,分别为107个、92个和75个,总体装机容量约为13.5Gw,但光伏养殖项目的相关科学研究较少,光资源的减少对水下生态系统影响的研究相对比较空白。

2农光互补电站工程危险点辨识及分析

2.1工程建设阶段

农光互补电站在可研设计初期,需避免的安全风险主要是选址方面,应尽量避免因地质灾害和高影响天气造成人员伤亡、建(构)筑物坍塌、重要设备设施损坏等。农光互补电站的选址一般要考虑地形地貌、地层岩性、地质构造、气象水文和人类工程活动等因素,升压站、光伏支架等建(构)筑物应避开地基松软和湿陷性黄土发育地段。此外,暴风雪、洪水、沙尘暴、破坏性地面大风等高影响天气会导致光电转换效率降低、光伏组件寿命缩短、运维和工作人员安全作业受影响等,因此,在农光互补电站选址时,应避免选择易发生雷暴、沙尘暴、高温、寒潮、连阴雨、强对流天气的地点。若已建设工程的,可采用智能网格预报、及时根据检修计划清洁光伏组件、加强设备温度监测和防雷检测等方式进行防范。

按照工程建设的一般顺序,农光互补电站建设工序一般包括土方工程、支架基础、地下设施和建筑物施工、设备运输、支架安装、光伏组件安装、汇流箱及逆变器安装、电气系统安装这几个部分。无论是在土建施工还是电气设备安装施工时,高处坠落、物体打击、触电、机械伤害、爆炸中毒都是重点防范的危险点,若存在安全责任落实不到位、人员资质和培训不足、外包管理不到位或违章作业等任何情况,均容易引发安全生产事故。

常见的事故类型主要有:

(1)土建基坑作业和地下设施施工过程中发生的高处坠落、物体打击、中毒窒息:

(2)起重吊装、支架安装和光伏组件安装施工过程中发生的物体打击、支架垮塌、光伏组件损坏:

(3)焊接切割等施工临时用电不规范造成的触电、火灾等人身伤亡和设备损坏事故。

对山地农光互补建设工程而言,因存在山地光伏支架较高、支架垂直度控制难度大、山地粉尘和横风对光伏组件及其他电气元件存在连接质量影响,其作业面较为分散且跨度大,进行安全施工组织和安全生产质量把控的难度较高,在前述一般农光互补建设期危险点辨识方面应更注重支架垮塌、高处坠落、物体打击和触电事故。目前,山地农光互补工程建设的土建部分一般是以专业分包方式由具备土建资质的施工企业在多个作业面同步开展作业,建设单位对其管理难度较大。

2.2电站运行阶段

农光互补电站在运行维护期间,需主要避免的安全风险是火灾、触电和配电网波动造成的电力设备设施损坏。

光伏电站火灾在厂区内主要是由电缆线路、光伏组件、汇流箱、组件接头、连接器等老化发热而引发,在厂区外主要是祭祀活动和焚烧秸杆等行为引发,农光互补电站的农作物容易借助风力迅速蔓延,烧毁组件、逆变器和汇流箱等电力设备设施。光伏电站直流侧发生火灾后光伏组件继续工作,如果直流电缆绝缘失效或电缆断线后接地,则会引发跨步电压的触电事故。

农光互补电站运维期间对于火灾防范主要存在以下几项制约因素:

(1)农光互补电站缺少特异性消防规范或针对特定应用场景的安全防火要求,仅有针对传统电站的消防条款:

(2)农光互补电站日常运维工作消防措施流于形式,消防应急处置方案缺乏针对性:

(3)行业缺少针对性培训机制,如针对农光互补电站及其储能场的火灾防控专项培训,造成运维人员的资质和能力均存在不足。

光伏电站对配电网的安全稳定运行存在直接影响,主要体现在以下几个方面:

(1)线路负载率和电压的波动方面,农光互补电站的输出功率受季节、天气因素的变化影响较大,电能输送无法保证实时稳态,在并入或退出配电网系统时使配电网电压产生波动,配电网线路三相电流因逆变器并网的方式存在不平衡,负荷调整难度较大:

(2)配电网系统故障停电时,光伏电站容易发生孤岛效应,即光伏电站孤岛内电压和频率突然降低,在配电网系统恢复供电时,因频率和相位等匹配问题造成电网送电不畅,冲击配电网的安全稳定运行。

3农光互补电站工程安全生产建议

3.1工程建设阶段

3.1.1事故案例

案例1:2020年7月,安徽某村农光互补电站光伏组件安装阶段,因遭遇长时间降雨,电站周边缺乏绿色植被保护土壤,出现了大面积塌方险情,严重危及电站的建(构)筑物。工程建设单位组织人员对现场塌方地段采取应急处理,在塌方地段铺盖彩虹塑料布,紧急关闭电站内电闸,保护逆变器、发电板等设备。

案例2:2022年6月下旬,广东省清远市某农光互补项目,总装机容量为80Mw,因暴雨淹没设备造成重大损失。

案例3:2022年11月,广东省某新能源公司100Mw农光互补光伏电站发生一起人身伤亡事故,系打桩机#5光伏阵施工过程中,一名扶桩作业人员违规进入打桩作业半径造成头部、胸部机械伤害和物体打击,经抢救无效后死亡。

3.1.2安全生产建议

(1)农光互补电站选址应充分考虑地质灾害、高影响天气可能造成的后果。建设单位应委托具备地质灾害评估资质的单位和工程建设勘测单位进行项目可研的前期工作,设计单位应充分收集工程建设所在地气象资料、地质灾害报告等资料,进行有针对性的设计和高质量的方案审查,对地质灾害高发区域、恶劣天气频发区域重点关注,调整工程建设地点或做好事故(事件)风险研判和安全防护措施,确保工程建设合规。上述案例1和案例2均是高密度和长时间降雨造成施工环境发生改变导致,工程建设和设计对恶劣天气考虑不足,造成了较大的设备设施损坏和经济损失。

(2)农光互补电站工程建设期应增强安全生产事故应急处置能力。工程建设单位应根据国家、行业相关法律法规要求构建应急管理体系,建立事故应急管理组织机构,将施工单位、监理单位、设备厂家等相关方纳入突发事故应急演练和应急能力培训范围,增强突发事故应急处置能力和安全生产意识。

(3)农光互补电站建设施工应重视教育培训。农光互补电站建设施工人员需至少经过施工资质培训、上岗培训、班前班后会等各类培训,且完成符合规定的施工方案交底及作业计划管控才能进场施工。上述案例3,扶桩作业人员进入打桩作业半径造成的机械伤害和物体打击事故,反映出施工人员培训不到位、作业计划的落实和管控存在较大安全隐患。

3.2电站运行阶段

3.2.1事故案例

案例4:2017年12月,浙江南部某20Mw农光互补光伏项目失火,火灾由周边村民遗留火种造成。火灾造成近1000片组件受损,另有部分电缆、汇流箱设备受损,农业大棚及农作物焚毁严重,直接经济损失超150万元。

案例5:2017年12月,广东省湛江市某县农光互补项目电站运行维护人员王某因#12箱变的逆变器报警灯全亮,对逆变器进行检查,发现逆变器箱变的高压侧开关跳闸。王某未取得进网作业许可证、未办理任何手续即开展作业,胳膊肘误碰35kV箱变开关,发生触电并倒向箱变内造成人员触电死亡。

案例6:新疆某地区光伏电站六区2号逆变起火,造成逆变器、直流断路器、柜内部分元器件和电缆全部烧毁,事故发生原因为逆变孤岛效应保护失效造成孤岛效应,设备损坏后短路引发火灾。

3.2.2安全生产建议

(1)农光互补电站运行阶段应提升巡检效能。农光互补电站运维单位应加强站点附近巡检力度,提升巡检数字化、可视化水平,如:增加巡检频次和人力资源,在重点防火区域设置监控和火灾自动报警装置,部分重要区域可设置自动消防喷淋系统等设施。

(2)农光互补电站运行阶段应做实现场安全管控。农光互补电站存在高处坠落、物体打击、触电、机械伤害、爆炸中毒等各类安全风险,运维期间应严格落实安全生产责任制,做实现场安全管控工作,坚决杜绝各类恶性违章,对不办理作业票、擅自扩大工作范围、无资质施工、不设置监护人员等行为进行严厉考核和追责,同时要加强运维人员技术水平和安全责任意识。上述案例4的事故属于不办理工作手续的无资质作业人员恶性违章,现场安全管控力度不足和人员安全责任意识淡薄是发生事故的主要原因。

(3)农光互补电站应提高设备本质安全水平。农光互补电站输出功率受日照强度、昼夜和季节影响较大,提升设备本质安全水平可以减少其对配电网的电压波动和闪变。根据行业标准规范的要求,光伏并网逆变器需具备防孤岛效应保护功能,但在防孤岛效应保护方面的关键点是电网断电的检测,一旦发生逆变器损坏或检测机构出现功能缺陷,孤岛区域内则属于防护盲区。因此,虽然逆变器具备孤岛效应保护功能,仍应在并网点安装孤岛保护装置,从而形成二次保护,提高设备的本质安全水平。

4结语

农光互补电站在具备广阔发展前景的同时,也存在工程建设期和运行期的各类安全生产风险隐患。辨识和防范各类安全风险,降低事故发生概率,减少事故造成的人身伤害和经济损失,从而保障电力系统的稳定健康运行,既是安全工作者的使命,也是广大人民群众最基本的生活需求。工程建设运维单位、施工设计监理单位、设备厂商等相关领域团队凝心聚力,不断提升安全生产管理和技术水平,将成为确保农光互补电站长期安全稳定运行、创造经济价值的不竭动力。