不同的設(shè)備成本、勞動力短缺以及與性能、傳輸升級和可用土地相關(guān)的不確定性都妨礙了太陽能市場規(guī)模的擴大。這些挑戰(zhàn)再加上企業(yè)和公眾對實現(xiàn)氣候目標進度的期望使當前的光伏發(fā)展環(huán)境頗具挑戰(zhàn)。
如果我們要實現(xiàn)太陽能的大規(guī)模開發(fā)、滿足全球太陽能需求的承諾,那么太陽能開發(fā)商需要工具來解決這些稀缺性和不確定性障礙問題。
通過實現(xiàn)大量項目的自動化、優(yōu)化和精簡,用于完成早期開發(fā)任務(wù)的工具可以為太陽能開發(fā)商帶來巨大變化,這些工具能夠降低軟性成本,釋放工程資源,尤其是對面臨激烈競爭的項目而言。這些項目可能最終陷入漫長的并網(wǎng)等待隊列中,獲建機會渺茫。
同時,盡管速度和軟成本的下降至關(guān)重要,但為了適應(yīng)項目的本土要求,光伏設(shè)計人員仍需要在越來越具挑戰(zhàn)性的地形上靈活的為電站建模。
當條件允許時,先進的多學科太陽能軟件可自動執(zhí)行早期設(shè)計、優(yōu)化步驟,而不會限制設(shè)計。當擴張受到稀缺性或不確定性的阻礙時,這是一項強大的優(yōu)勢。
土地和輸電容量稀缺
我們建造的太陽能項目越多,土地和輸電容量就越稀缺,尤其是靠近有可用輸電容量線路的,具有合適的土壤條件、豐富的太陽能資源的平坦土地。
從加州到荷蘭,再到其他太陽能光伏市場快速擴張的地區(qū),光伏開發(fā)商往往要經(jīng)過相當長的時間才能進入電網(wǎng)(而在某些情況下根本無法進入),部分原因是電網(wǎng)擴建時間通常比太陽能施工所需時間要長的多。在美國,隨著等待時間的持續(xù)增長和完工率的下降,排隊等待并網(wǎng)的太陽能光伏發(fā)電項目超過了600GW。
我們迫切需要修訂法規(guī),改革并網(wǎng)。為了讓開發(fā)商根據(jù)不確定的信息做出明智的決定,問題依然是必須對所有的方案進行初步設(shè)計、優(yōu)化和建模。在工程資源有限、成本和時間壓力不斷增長的情況下,我們需要可將大部分手動流程轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合數(shù)字化流程的先進太陽能軟件。
目前,計算技術(shù)的進步使我們能夠自動處理地形和組件限制因素,用以評估不同的安裝方案,運行數(shù)以千計的參數(shù)以及比較不同的直流方案(交流比、地面覆蓋比、方位角和傾斜度的各種設(shè)計方案)。這么做可以最大限度的提升前期項目的經(jīng)濟性,生成可無縫集成到CAD軟件中的設(shè)計參數(shù),從而進行更詳細的地形分析,在幾分鐘內(nèi)完成最終設(shè)計和文件編制。
圖A:詳細的 3D 表面模型,根據(jù)設(shè)備規(guī)格顯示坡度和可施工面積
更深入的了解在何處建造項目、如何在不太理想的地形中設(shè)計項目有助于降低項目開發(fā)風險和不確定性。
例如,與在零散、多變的地形上建設(shè)光伏電站相比,借助快速的設(shè)計迭代和建模,太陽能設(shè)計軟件可以幫助開發(fā)人員評估建在遠離輸電線路的,有充足、空閑容量的矩形平坦土地上的太陽能電站的發(fā)電量。此外,還可以評估圍欄內(nèi)的項目經(jīng)濟性,例如緊貼農(nóng)民耕地的地塊,沿著山丘的輪廓,三葉草形狀公路的邊界,或者繞過濕地、水路和其他珍貴的自然資源的地塊,這些地塊緊挨著容量有限的輸電線路。
圖B:顯示 GCR 和 DC:AC 比率的 3D 圖形,這一比率令該項目的 LCoE 最低
對于圖A中的項目,一家開發(fā)商選擇將開發(fā)資源集中在這個靠近丘陵地帶可用電網(wǎng)并網(wǎng)點的25MW項目,而不是在地形更理想、太陽能條件更優(yōu)越的地塊上擴大電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。盡管產(chǎn)能(kWh/kWp)下降了3%,但對地形、地貌、產(chǎn)量、項目和并網(wǎng)成本的綜合分析表明,這一項目帶來了較低的最佳LCoE(見圖B),且完工概率較高。通過使用先進的太陽能軟件,分析和優(yōu)化可在幾個小時內(nèi)完成,而此前流程需要數(shù)日乃至數(shù)周的時間。
你可以看到先進的太陽能軟件如何幫我們做出明智的決定,同時提出可以更低成本獲得更大成功的更多項目方案。
不斷變化的成本結(jié)構(gòu)和供應(yīng)鏈困境
過去,光伏項目的特點是成本結(jié)構(gòu)以組件為主導(dǎo),電價固定或可預(yù)測。近年來,情況發(fā)生了巨大變化。
組件成本的下降速度明顯快于系統(tǒng)、安裝和其他成本的平衡,以至于在某些地區(qū),后者已成為大型地面光伏項目的主要成本驅(qū)動因素。
圖C:成本占比發(fā)展趨勢,來源:BNEF
如圖C所示,預(yù)計這一趨勢有望在固定傾角大型地面光伏系統(tǒng)中繼續(xù)。這種不斷變化的成本結(jié)構(gòu)帶來了更密集、更大型的(高直流/交流比)光伏項目。光伏設(shè)計人員難以繼續(xù)基于通用特定收益率來定義項目的最佳設(shè)計向量。
此外,與疫情相關(guān)的供應(yīng)鏈困境持續(xù)存在,美國關(guān)稅的不確定性影響揮之不去,這些因素都推遲了千兆瓦容量項目的開發(fā)。因此,開發(fā)商需要靈活使用施工期可獲得的組件,并根據(jù)這些組件的規(guī)格和限制因素迅速調(diào)整設(shè)計。
我們需要先進的太陽能軟件。這種先進軟件可以在各個項目的基礎(chǔ)上,快速運行完整設(shè)計向量,使光伏設(shè)計師和開發(fā)商獲得必要的洞察力和靈活度,使他們的設(shè)計適應(yīng)不斷變化的市場和當?shù)乇O(jiān)管條件。
即使在必須改變設(shè)備的情況下,有時,設(shè)備在場地建設(shè)之前就已變更數(shù)次,這種先進軟件仍可使項目保持在正軌上。
轉(zhuǎn)向多學科光伏設(shè)計與分析
與此前的多種行業(yè)一樣,太陽能行業(yè)已經(jīng)達到了這樣一種成熟度和復(fù)雜度——需要調(diào)整傳統(tǒng)的工程實踐以繼續(xù)擴大規(guī)模,達到凈零碳排放所需的水平。
一個大型地面光伏電站的開發(fā)流程通常需要數(shù)個學科團隊的專業(yè)知識,每個團隊都會制定特定的性能相關(guān)目標。地理信息系統(tǒng)團隊尋找最接近電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的合適地形,采購團隊尋找成本最低的優(yōu)質(zhì)設(shè)備,性能團隊在各種約束條件下優(yōu)化產(chǎn)能,土木和電氣團隊以成本為導(dǎo)向布局土木和電氣設(shè)計,財務(wù)團隊評估項目的經(jīng)濟性。
在傳統(tǒng)方法中,每個團隊都以連續(xù)和迭代的方式納入各自的見解與建議,直至實現(xiàn)可行設(shè)計。
先進的太陽能軟件正在開創(chuàng)一個多學科設(shè)計優(yōu)化(MDO)的新時代,所有相關(guān)學科和投入都被同時納入開發(fā)流程。隨著太陽能項目變得越來越復(fù)雜,軟件推動了信息共享,允許多學科團隊利用一個共享平臺作為 "真理的單一來源"。
由于得以了解具體設(shè)計活動對最終設(shè)計目標的影響,這種方法可以確保開發(fā)流程的每一步都能無縫吸收已執(zhí)行的分析,使所有團隊角色的效率和效益都變得更高。先進的集成工具組合和復(fù)雜的建模工具使團隊能夠以一種多學科的、精簡、靈活的方式為一個共同目標而工作。
克服稀缺性和不確定性影響
太陽能行業(yè)正面臨著一個非常現(xiàn)實的威脅,也就是由于稀缺性和不確定性,完工項目會變得更少。許多因素將繼續(xù)影響太陽能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?;?。
盡管如此,在降低軟成本、優(yōu)化設(shè)計資源、復(fù)雜性管理和更靈活的項目設(shè)計領(lǐng)域,先進的太陽能軟件為光伏開發(fā)商提供了強大的工具,使他們可以應(yīng)對稀缺性和不確定性問題,改善并優(yōu)化經(jīng)濟性,讓更多項目順利完工。
原標題:太瓦時代太陽能擴張:土地、并網(wǎng)與數(shù)字解決方案