引言

自2009年起,隨著第一個薄膜硅光伏農業(yè)大棚的建設和投產,農光互補技術開始在中國落地生根。農光互補技術能彌補不可再生能源的消耗,同時促進農業(yè)生產綠色化、發(fā)電成本節(jié)約化,是我國在光伏發(fā)電領域和農業(yè)發(fā)展領域均得到政策扶持的潛力產業(yè),其與旅游業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、科普教育業(yè)相結合可形成綜合性產業(yè)塊,具有廣闊的發(fā)展前景。

然而,高速發(fā)展的農光互補電站建設也會帶來安全生產相關隱患和問題。光伏電站建設和運維,具有電子元件多、帶電設備多、建設地形復雜等特點,而農光互補電站在常規(guī)光伏電站安全隱患基礎上還存在易引發(fā)叢林火災、活體植物導電性強等不利因素,加大了安全生產過程中的風險和事故嚴重性?；诖?本文將結合農光互補電站發(fā)展趨勢和危險點辨識及分析,提出農光互補電站在工程建設和運行維護過程中的安全生產建議,盡可能避免安全生產事故的發(fā)生,并降低事故損失。

1農光互補電站發(fā)展趨勢

農光互補電站在國內的發(fā)展經歷了三個階段,從第一階段的光伏組件配合間隔玻璃到第二階段增加光伏養(yǎng)殖、光伏種植,更新晶體硅光伏組件,發(fā)展陰陽棚和架高敞開式等應用模式,再到第三階段將農光光伏與其他產業(yè)結合,不只重視其發(fā)電屬性。在農業(yè)大棚間距內設計電站,降低了農光互補電站對喜陰農作物的限制,帶有追日系統(tǒng)的新型光伏電站可較一般光伏電站提高35%的發(fā)電效率?？梢钥闯?農光互補電站正隨著國民經濟發(fā)展和社會生產力的需要而不斷自我更新完善,整體發(fā)展方向從重視發(fā)電效率、提高農作物產量,到豐富農光種類、結合其他產業(yè)共同發(fā)展,是一個良性有序發(fā)展的進程。從具體數(shù)據(jù)上來講,我國新增并網發(fā)電農光項目數(shù)量在2016年和2017年最多,分別為78個和92個,2011年至2019年期間,我國新增的光伏養(yǎng)殖項目多于光伏種植項目,多于光伏溫室項目,分別為107個、92個和75個,總體裝機容量約為13.5Gw,但光伏養(yǎng)殖項目的相關科學研究較少,光資源的減少對水下生態(tài)系統(tǒng)影響的研究相對比較空白。

2農光互補電站工程危險點辨識及分析

2.1工程建設階段

農光互補電站在可研設計初期,需避免的安全風險主要是選址方面,應盡量避免因地質災害和高影響天氣造成人員傷亡、建(構)筑物坍塌、重要設備設施損壞等。農光互補電站的選址一般要考慮地形地貌、地層巖性、地質構造、氣象水文和人類工程活動等因素,升壓站、光伏支架等建(構)筑物應避開地基松軟和濕陷性黃土發(fā)育地段。此外,暴風雪、洪水、沙塵暴、破壞性地面大風等高影響天氣會導致光電轉換效率降低、光伏組件壽命縮短、運維和工作人員安全作業(yè)受影響等,因此,在農光互補電站選址時,應避免選擇易發(fā)生雷暴、沙塵暴、高溫、寒潮、連陰雨、強對流天氣的地點。若已建設工程的,可采用智能網格預報、及時根據(jù)檢修計劃清潔光伏組件、加強設備溫度監(jiān)測和防雷檢測等方式進行防范。

按照工程建設的一般順序,農光互補電站建設工序一般包括土方工程、支架基礎、地下設施和建筑物施工、設備運輸、支架安裝、光伏組件安裝、匯流箱及逆變器安裝、電氣系統(tǒng)安裝這幾個部分。無論是在土建施工還是電氣設備安裝施工時,高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、爆炸中毒都是重點防范的危險點,若存在安全責任落實不到位、人員資質和培訓不足、外包管理不到位或違章作業(yè)等任何情況,均容易引發(fā)安全生產事故。

常見的事故類型主要有:

(1)土建基坑作業(yè)和地下設施施工過程中發(fā)生的高處墜落、物體打擊、中毒窒息:

(2)起重吊裝、支架安裝和光伏組件安裝施工過程中發(fā)生的物體打擊、支架垮塌、光伏組件損壞:

(3)焊接切割等施工臨時用電不規(guī)范造成的觸電、火災等人身傷亡和設備損壞事故。

對山地農光互補建設工程而言,因存在山地光伏支架較高、支架垂直度控制難度大、山地粉塵和橫風對光伏組件及其他電氣元件存在連接質量影響,其作業(yè)面較為分散且跨度大,進行安全施工組織和安全生產質量把控的難度較高,在前述一般農光互補建設期危險點辨識方面應更注重支架垮塌、高處墜落、物體打擊和觸電事故。目前,山地農光互補工程建設的土建部分一般是以專業(yè)分包方式由具備土建資質的施工企業(yè)在多個作業(yè)面同步開展作業(yè),建設單位對其管理難度較大。

2.2電站運行階段

農光互補電站在運行維護期間,需主要避免的安全風險是火災、觸電和配電網波動造成的電力設備設施損壞。

光伏電站火災在廠區(qū)內主要是由電纜線路、光伏組件、匯流箱、組件接頭、連接器等老化發(fā)熱而引發(fā),在廠區(qū)外主要是祭祀活動和焚燒秸桿等行為引發(fā),農光互補電站的農作物容易借助風力迅速蔓延,燒毀組件、逆變器和匯流箱等電力設備設施。光伏電站直流側發(fā)生火災后光伏組件繼續(xù)工作,如果直流電纜絕緣失效或電纜斷線后接地,則會引發(fā)跨步電壓的觸電事故。

農光互補電站運維期間對于火災防范主要存在以下幾項制約因素:

(1)農光互補電站缺少特異性消防規(guī)范或針對特定應用場景的安全防火要求,僅有針對傳統(tǒng)電站的消防條款:

(2)農光互補電站日常運維工作消防措施流于形式,消防應急處置方案缺乏針對性:

(3)行業(yè)缺少針對性培訓機制,如針對農光互補電站及其儲能場的火災防控專項培訓,造成運維人員的資質和能力均存在不足。

光伏電站對配電網的安全穩(wěn)定運行存在直接影響,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)線路負載率和電壓的波動方面,農光互補電站的輸出功率受季節(jié)、天氣因素的變化影響較大,電能輸送無法保證實時穩(wěn)態(tài),在并入或退出配電網系統(tǒng)時使配電網電壓產生波動,配電網線路三相電流因逆變器并網的方式存在不平衡,負荷調整難度較大:

(2)配電網系統(tǒng)故障停電時,光伏電站容易發(fā)生孤島效應,即光伏電站孤島內電壓和頻率突然降低,在配電網系統(tǒng)恢復供電時,因頻率和相位等匹配問題造成電網送電不暢,沖擊配電網的安全穩(wěn)定運行。

3農光互補電站工程安全生產建議

3.1工程建設階段

3.1.1事故案例

案例1:2020年7月,安徽某村農光互補電站光伏組件安裝階段,因遭遇長時間降雨,電站周邊缺乏綠色植被保護土壤,出現(xiàn)了大面積塌方險情,嚴重危及電站的建(構)筑物。工程建設單位組織人員對現(xiàn)場塌方地段采取應急處理,在塌方地段鋪蓋彩虹塑料布,緊急關閉電站內電閘,保護逆變器、發(fā)電板等設備。

案例2:2022年6月下旬,廣東省清遠市某農光互補項目,總裝機容量為80Mw,因暴雨淹沒設備造成重大損失。

案例3:2022年11月,廣東省某新能源公司100Mw農光互補光伏電站發(fā)生一起人身傷亡事故,系打樁機#5光伏陣施工過程中,一名扶樁作業(yè)人員違規(guī)進入打樁作業(yè)半徑造成頭部、胸部機械傷害和物體打擊,經搶救無效后死亡。

3.1.2安全生產建議

(1)農光互補電站選址應充分考慮地質災害、高影響天氣可能造成的后果。建設單位應委托具備地質災害評估資質的單位和工程建設勘測單位進行項目可研的前期工作,設計單位應充分收集工程建設所在地氣象資料、地質災害報告等資料,進行有針對性的設計和高質量的方案審查,對地質災害高發(fā)區(qū)域、惡劣天氣頻發(fā)區(qū)域重點關注,調整工程建設地點或做好事故(事件)風險研判和安全防護措施,確保工程建設合規(guī)。上述案例1和案例2均是高密度和長時間降雨造成施工環(huán)境發(fā)生改變導致,工程建設和設計對惡劣天氣考慮不足,造成了較大的設備設施損壞和經濟損失。

(2)農光互補電站工程建設期應增強安全生產事故應急處置能力。工程建設單位應根據(jù)國家、行業(yè)相關法律法規(guī)要求構建應急管理體系,建立事故應急管理組織機構,將施工單位、監(jiān)理單位、設備廠家等相關方納入突發(fā)事故應急演練和應急能力培訓范圍,增強突發(fā)事故應急處置能力和安全生產意識。

(3)農光互補電站建設施工應重視教育培訓。農光互補電站建設施工人員需至少經過施工資質培訓、上崗培訓、班前班后會等各類培訓,且完成符合規(guī)定的施工方案交底及作業(yè)計劃管控才能進場施工。上述案例3,扶樁作業(yè)人員進入打樁作業(yè)半徑造成的機械傷害和物體打擊事故,反映出施工人員培訓不到位、作業(yè)計劃的落實和管控存在較大安全隱患。

3.2電站運行階段

3.2.1事故案例

案例4:2017年12月,浙江南部某20Mw農光互補光伏項目失火,火災由周邊村民遺留火種造成?；馂脑斐山?000片組件受損,另有部分電纜、匯流箱設備受損,農業(yè)大棚及農作物焚毀嚴重,直接經濟損失超150萬元。

案例5:2017年12月,廣東省湛江市某縣農光互補項目電站運行維護人員王某因#12箱變的逆變器報警燈全亮,對逆變器進行檢查,發(fā)現(xiàn)逆變器箱變的高壓側開關跳閘。王某未取得進網作業(yè)許可證、未辦理任何手續(xù)即開展作業(yè),胳膊肘誤碰35kV箱變開關,發(fā)生觸電并倒向箱變內造成人員觸電死亡。

案例6:新疆某地區(qū)光伏電站六區(qū)2號逆變起火,造成逆變器、直流斷路器、柜內部分元器件和電纜全部燒毀,事故發(fā)生原因為逆變孤島效應保護失效造成孤島效應,設備損壞后短路引發(fā)火災。

3.2.2安全生產建議

(1)農光互補電站運行階段應提升巡檢效能。農光互補電站運維單位應加強站點附近巡檢力度,提升巡檢數(shù)字化、可視化水平,如:增加巡檢頻次和人力資源,在重點防火區(qū)域設置監(jiān)控和火災自動報警裝置,部分重要區(qū)域可設置自動消防噴淋系統(tǒng)等設施。

(2)農光互補電站運行階段應做實現(xiàn)場安全管控。農光互補電站存在高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、爆炸中毒等各類安全風險,運維期間應嚴格落實安全生產責任制,做實現(xiàn)場安全管控工作,堅決杜絕各類惡性違章,對不辦理作業(yè)票、擅自擴大工作范圍、無資質施工、不設置監(jiān)護人員等行為進行嚴厲考核和追責,同時要加強運維人員技術水平和安全責任意識。上述案例4的事故屬于不辦理工作手續(xù)的無資質作業(yè)人員惡性違章,現(xiàn)場安全管控力度不足和人員安全責任意識淡薄是發(fā)生事故的主要原因。

(3)農光互補電站應提高設備本質安全水平。農光互補電站輸出功率受日照強度、晝夜和季節(jié)影響較大,提升設備本質安全水平可以減少其對配電網的電壓波動和閃變。根據(jù)行業(yè)標準規(guī)范的要求,光伏并網逆變器需具備防孤島效應保護功能,但在防孤島效應保護方面的關鍵點是電網斷電的檢測,一旦發(fā)生逆變器損壞或檢測機構出現(xiàn)功能缺陷,孤島區(qū)域內則屬于防護盲區(qū)。因此,雖然逆變器具備孤島效應保護功能,仍應在并網點安裝孤島保護裝置,從而形成二次保護,提高設備的本質安全水平。

4結語

農光互補電站在具備廣闊發(fā)展前景的同時,也存在工程建設期和運行期的各類安全生產風險隱患。辨識和防范各類安全風險,降低事故發(fā)生概率,減少事故造成的人身傷害和經濟損失,從而保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定健康運行,既是安全工作者的使命,也是廣大人民群眾最基本的生活需求。工程建設運維單位、施工設計監(jiān)理單位、設備廠商等相關領域團隊凝心聚力,不斷提升安全生產管理和技術水平,將成為確保農光互補電站長期安全穩(wěn)定運行、創(chuàng)造經濟價值的不竭動力。