引言

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

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

1農(nóng)光互補電站發(fā)展趨勢

農(nóng)光互補電站在國內(nèi)的發(fā)展經(jīng)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(yīng)用模式,再到第三階段將農(nóng)光光伏與其他產(chǎn)業(yè)結(jié)合,不只重視其發(fā)電屬性。在農(nóng)業(yè)大棚間距內(nèi)設(shè)計電站,降低了農(nóng)光互補電站對喜陰農(nóng)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。可以看出,農(nóng)光互補電站正隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和社會生產(chǎn)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(nóng)作物產(chǎn)量,到豐富農(nóng)光種類、結(jié)合其他產(chǎn)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(wǎng)發(fā)電農(nóng)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(guān)科學(xué)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(nóng)光互補電站工程危險點辨識及分析

2.1工程建設(shè)階段

農(nóng)光互補電站在可研設(shè)計初期,需避免的安全風(fēng)險主要是選址方面,應(yīng)盡量避免因地質(zhì)災(zāi)害和高影響天氣造成人員傷亡、建(構(gòu))筑物坍塌、重要設(shè)備設(shè)施損壞等。農(nóng)光互補電站的選址一般要考慮地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)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(gòu))筑物應(yīng)避開地基松軟和濕陷性黃土發(fā)育地段。此外,暴風(fēng)雪、洪水、沙塵暴、破壞性地面大風(fēng)等高影響天氣會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)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(nóng)光互補電站選址時,應(yīng)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(shè)工程的,可采用智能網(wǎng)格預(yù)報、及時根據(jù)檢修計劃清潔光伏組件、加強設(shè)備溫度監(jiān)測和防雷檢測等方式進行防范。

按照工程建設(shè)的一般順序,農(nóng)光互補電站建設(shè)工序一般包括土方工程、支架基礎(chǔ)、地下設(shè)施和建筑物施工、設(shè)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(shè)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(zé)任落實不到位、人員資質(zhì)和培訓(xùn)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(chǎn)事故。

常見的事故類型主要有:

(1)土建基坑作業(yè)和地下設(shè)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(zāi)等人身傷亡和設(shè)備損壞事故。

對山地農(nóng)光互補建設(shè)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(fēng)對光伏組件及其他電氣元件存在連接質(zhì)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(chǎn)質(zhì)量把控的難度較高,在前述一般農(nóng)光互補建設(shè)期危險點辨識方面應(yīng)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(nóng)光互補工程建設(shè)的土建部分一般是以專業(yè)分包方式由具備土建資質(zhì)的施工企業(yè)在多個作業(yè)面同步開展作業(yè),建設(shè)單位對其管理難度較大。

2.2電站運行階段

農(nóng)光互補電站在運行維護期間,需主要避免的安全風(fēng)險是火災(zāi)、觸電和配電網(wǎng)波動造成的電力設(shè)備設(shè)施損壞。

光伏電站火災(zāi)在廠區(qū)內(nèi)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(nóng)光互補電站的農(nóng)作物容易借助風(fēng)力迅速蔓延,燒毀組件、逆變器和匯流箱等電力設(shè)備設(shè)施。光伏電站直流側(cè)發(fā)生火災(zāi)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(nóng)光互補電站運維期間對于火災(zāi)防范主要存在以下幾項制約因素:

(1)農(nóng)光互補電站缺少特異性消防規(guī)范或針對特定應(yīng)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(nóng)光互補電站日常運維工作消防措施流于形式,消防應(yīng)急處置方案缺乏針對性:

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

光伏電站對配電網(wǎng)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(nóng)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(wǎng)系統(tǒng)時使配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動,配電網(wǎng)線路三相電流因逆變器并網(wǎng)的方式存在不平衡,負荷調(diào)整難度較大:

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

3農(nóng)光互補電站工程安全生產(chǎn)建議

3.1工程建設(shè)階段

3.1.1事故案例

案例1:2020年7月,安徽某村農(nóng)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(gòu))筑物。工程建設(shè)單位組織人員對現(xiàn)場塌方地段采取應(yīng)急處理,在塌方地段鋪蓋彩虹塑料布,緊急關(guān)閉電站內(nèi)電閘,保護逆變器、發(fā)電板等設(shè)備。

案例2:2022年6月下旬,廣東省清遠市某農(nóng)光互補項目,總裝機容量為80Mw,因暴雨淹沒設(shè)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(nóng)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(jīng)搶救無效后死亡。

3.1.2安全生產(chǎn)建議

(1)農(nóng)光互補電站選址應(yīng)充分考慮地質(zhì)災(zāi)害、高影響天氣可能造成的后果。建設(shè)單位應(yīng)委托具備地質(zhì)災(zāi)害評估資質(zhì)的單位和工程建設(shè)勘測單位進行項目可研的前期工作,設(shè)計單位應(yīng)充分收集工程建設(shè)所在地氣象資料、地質(zhì)災(zāi)害報告等資料,進行有針對性的設(shè)計和高質(zhì)量的方案審查,對地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域、惡劣天氣頻發(fā)區(qū)域重點關(guān)注,調(diào)整工程建設(shè)地點或做好事故(事件)風(fēng)險研判和安全防護措施,確保工程建設(shè)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(dǎo)致,工程建設(shè)和設(shè)計對惡劣天氣考慮不足,造成了較大的設(shè)備設(shè)施損壞和經(jīng)濟損失。

(2)農(nóng)光互補電站工程建設(shè)期應(yīng)增強安全生產(chǎn)事故應(yīng)急處置能力。工程建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)國家、行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)要求構(gòu)建應(yīng)急管理體系,建立事故應(yīng)急管理組織機構(gòu),將施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)備廠家等相關(guān)方納入突發(fā)事故應(yīng)急演練和應(yīng)急能力培訓(xùn)范圍,增強突發(fā)事故應(yīng)急處置能力和安全生產(chǎn)意識。

(3)農(nóng)光互補電站建設(shè)施工應(yīng)重視教育培訓(xùn)。農(nóng)光互補電站建設(shè)施工人員需至少經(jīng)過施工資質(zhì)培訓(xùn)、上崗培訓(xùn)、班前班后會等各類培訓(xùn),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(xùn)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(nóng)光互補光伏項目失火,火災(zāi)由周邊村民遺留火種造成?；馂?zāi)造成近1000片組件受損,另有部分電纜、匯流箱設(shè)備受損,農(nóng)業(yè)大棚及農(nóng)作物焚毀嚴重,直接經(jīng)濟損失超150萬元。

案例5:2017年12月,廣東省湛江市某縣農(nóng)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(cè)開關(guān)跳閘。王某未取得進網(wǎng)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(guān),發(fā)生觸電并倒向箱變內(nèi)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(nèi)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(yīng)保護失效造成孤島效應(yīng),設(shè)備損壞后短路引發(fā)火災(zāi)。

3.2.2安全生產(chǎn)建議

(1)農(nóng)光互補電站運行階段應(yīng)提升巡檢效能。農(nóng)光互補電站運維單位應(yīng)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(shè)置監(jiān)控和火災(zāi)自動報警裝置,部分重要區(qū)域可設(shè)置自動消防噴淋系統(tǒng)等設(shè)施。

(2)農(nóng)光互補電站運行階段應(yīng)做實現(xiàn)場安全管控。農(nóng)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(fēng)險,運維期間應(yīng)嚴格落實安全生產(chǎn)責(zé)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(zhì)施工、不設(shè)置監(jiān)護人員等行為進行嚴厲考核和追責(zé),同時要加強運維人員技術(shù)水平和安全責(zé)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(zhì)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(zé)任意識淡薄是發(fā)生事故的主要原因。

(3)農(nóng)光互補電站應(yīng)提高設(shè)備本質(zhì)安全水平。農(nóng)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(shè)備本質(zhì)安全水平可以減少其對配電網(wǎng)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(wǎng)逆變器需具備防孤島效應(yīng)保護功能,但在防孤島效應(yīng)保護方面的關(guān)鍵點是電網(wǎng)斷電的檢測,一旦發(fā)生逆變器損壞或檢測機構(gòu)出現(xiàn)功能缺陷,孤島區(qū)域內(nèi)則屬于防護盲區(qū)。因此,雖然逆變器具備孤島效應(yīng)保護功能,仍應(yīng)在并網(wǎng)點安裝孤島保護裝置,從而形成二次保護,提高設(shè)備的本質(zhì)安全水平。

4結(jié)語

農(nóng)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(shè)期和運行期的各類安全生產(chǎn)風(fēng)險隱患。辨識和防范各類安全風(fēng)險,降低事故發(fā)生概率,減少事故造成的人身傷害和經(jīng)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(shè)運維單位、施工設(shè)計監(jiān)理單位、設(shè)備廠商等相關(guān)領(lǐng)域團隊凝心聚力,不斷提升安全生產(chǎn)管理和技術(shù)水平,將成為確保農(nóng)光互補電站長期安全穩(wěn)定運行、創(chuàng)造經(jīng)濟價值的不竭動力。