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軌道交通太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用研究

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軌道交通太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用研究

摘要:介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用條件、原理、組成及結(jié)合軌道交通的特點,提出適合軌道交通光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方案,并進行了能源、經(jīng)濟、社會、環(huán)境的效益分析。

關(guān)鍵詞:軌道交通;太陽能;光伏發(fā)電;光伏組件

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展,能源和環(huán)境問題逐漸引起社會的關(guān)注,對可再生能源的利用與開發(fā)越來越迫切。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國面臨著電力、煤炭、石油等傳統(tǒng)能源急劇消耗導(dǎo)致供應(yīng)緊張的局面,經(jīng)濟社會發(fā)展的主要制約因素是能源消耗與環(huán)境保護。因此,合理開發(fā)和利用可再生能源是改善能源結(jié)構(gòu)、增強能源持續(xù)供給能力、保障能源安全、恢復(fù)自然環(huán)境的有效措施。太陽能光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式,已是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)之一。各發(fā)達國家都投入了巨大的人力物力進行這方面的技術(shù)研發(fā),并投入巨額資金積極推進產(chǎn)業(yè)化進程,大力開拓和培育光伏產(chǎn)業(yè)市場。利用太陽能主要有兩種方式,一種是光熱轉(zhuǎn)換,另一種就是光電轉(zhuǎn)換(即通常所說的光伏發(fā)電),其中重點是后者。城市軌道交通的能源消耗量巨大,已成為重點用能單位,利用太陽能光伏發(fā)電為軌道交通沿線用電負(fù)荷供電,不僅可以減少軌道交通對市電的需求,降低運營的成本;同時還可積極響應(yīng)節(jié)能減排目標(biāo),有效推動新能源的發(fā)展。

1利用光伏發(fā)電技術(shù)的主要條件

1.1光照資源

太陽能資源的分布與各地的海拔高度、緯度、氣候條件和地理狀況有關(guān),我國有著豐富的陽能資源,全國總面積2/3以上地區(qū)全年日照時數(shù)大于2200h。光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置的位置需要有富集的太陽光照資源,以保證系統(tǒng)較穩(wěn)定的發(fā)電量。為了便于太陽能資源的開發(fā)與利用,我國把年輻射量大于9260MJ/m2的西藏西部地區(qū)除外的地區(qū)分為五類,太陽能資源地區(qū)分類如表1所示。

1.2場地條件

軌道交通工程項目中光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置需要充分考慮建筑物形式和周邊環(huán)境。(1)為地面上的建筑物,能有足夠的面積安裝滿足用電容量需求的太陽能電池板、蓄電池等發(fā)電設(shè)施;(2)光伏組件的布置要避開或遠(yuǎn)離遮陰物;(3)靠近主干電網(wǎng),以減少新增輸電線路的投資。

2軌道交通光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)軌道交通工程建筑形式,有條件設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要有高架站(地面站)頂棚、車站出入口頂棚、車輛段頂棚等地方;由于車輛段庫房屋頂空間較大,而且比較開闊,適合設(shè)置較大型的光伏發(fā)電系統(tǒng),本文主要以車輛段為例,介紹太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在軌道交通工程中的設(shè)計方案。

2.1太陽能電池選擇

太能能電池(片)是光伏組件的基本元件,主要類型有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。單晶硅與多晶硅電池是現(xiàn)在市場的主流產(chǎn)品;光電轉(zhuǎn)換率最高的是單晶硅電池,其商業(yè)化電池的轉(zhuǎn)換效率可以達到在15%~19%,且性能穩(wěn)定,相同容量太陽能電池組件所需安裝面積小,相對成本較高;多晶硅電池生產(chǎn)效率高,光電轉(zhuǎn)換效率相較單晶硅略低,其商業(yè)化電池的轉(zhuǎn)換效率在13%~16%,產(chǎn)品使用期內(nèi)轉(zhuǎn)換效率有一定衰減,相對成本較低;單晶硅與多晶硅電池的使用壽命都可以達到25年,使用期內(nèi)功率衰減均能小于20%。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷推進與發(fā)展,材料技術(shù)的不斷提升,其綜合生產(chǎn)成本也會逐漸降低,在此本文選擇光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟的單晶硅太陽能電池組件來進行方案介紹。

2.2光伏組件與建筑結(jié)合方式選擇

光伏組件與建筑結(jié)合方式分為兩類:一類是建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合,也稱為光伏附著設(shè)計,即BAPV(BuildingAttachedPhotovoltaic)結(jié)合方式,不需要改變建筑物本身,只需將組件固定在建筑物上,即在建筑物上鋪一層光伏組件,另一類是通過專門的設(shè)計,實現(xiàn)建筑與光伏組件的良好結(jié)合,也稱為光伏和建筑的一體化集成設(shè)計,即BIPV(BuildingIntegratedPhotovoltaic)結(jié)合方式。車輛段庫房頂棚一般采用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架形式,設(shè)計時要考慮采光、隔熱、遮陽等因素,因此車輛段可采用BAPV與BIPV相結(jié)合的方案,頂棚采光帶部分采用BIPV方案,非采光部分的頂棚采用BAPV方案;本方案把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計,把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體,太陽能設(shè)施成為建筑的一部分,相互間有機結(jié)合,減少對建筑的外形影響;利用太陽能設(shè)施取代部分屋頂覆蓋層,可減少成本,提高效益。

3光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)設(shè)計

針對軌道交通工程并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有低壓并網(wǎng)及中壓并網(wǎng)兩種方案。

3.1低壓并網(wǎng)方案

低壓并網(wǎng)系統(tǒng)通常應(yīng)用在系統(tǒng)裝機容量較小或光伏組件安裝場地面積有限的地方,在軌道交通工程中高架站(地面站)宜采用低壓并網(wǎng)方式;光伏發(fā)電系統(tǒng)分別接入變電所低壓側(cè)兩段母線上,并設(shè)置防逆流裝置,避免對高壓側(cè)保護裝置造成干擾。根據(jù)軌道交通低壓負(fù)荷容量及等級要求,本方案建議低壓并網(wǎng)系統(tǒng)主要給車站二、三級負(fù)荷供電,如正常照明、路燈照明、廣告照明和一般動力等負(fù)荷。

3.2中壓并網(wǎng)方案

中壓并網(wǎng)系統(tǒng)通常用在系統(tǒng)裝機容量較大或有足夠場地安裝光伏組件的地方,在軌道交通工程中車輛段、停車場宜采用中壓并網(wǎng)方式,該并網(wǎng)方式和逆變器的匹配更佳,可提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率。并網(wǎng)系統(tǒng)通過升壓變壓器接入35kV中壓環(huán)網(wǎng),光伏發(fā)電系統(tǒng)分別接入車輛段變電所35kV側(cè)兩段母線。

4效益分析

4.1能源及經(jīng)濟效益

本文太陽能資源在四類區(qū),以杭州市的軌道交通某車輛段工程為例進行分析,車輛段庫房屋頂一般可提供安裝場地的面積約50000m2,屋頂利用率按50%計算;該地區(qū)平均年輻射總量取4800MJ/m2。按現(xiàn)有光伏組件市場的常用參數(shù),選取額定功率為285Wp,尺寸為2100mm×1130mm的組件參數(shù)來計算分析。由于安裝傾角、陽光遮擋、灰塵、逆變器效率、輸電線損等因素對光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率會產(chǎn)生影響,因此計算系統(tǒng)效率時應(yīng)綜合考慮以上因素,本文系統(tǒng)綜合效率取75%,系統(tǒng)年上網(wǎng)電量和節(jié)能減排測算如表2所示。根據(jù)以上測算數(shù)據(jù),可實現(xiàn)系統(tǒng)裝機容量為3002.5kWp。整個系統(tǒng)按照25年運營周期考慮,組件年衰減按照0.8%計算,系統(tǒng)運行25年預(yù)計發(fā)電總量約85277MWh,節(jié)約總標(biāo)煤約33258t,減排二氧化碳總量約119388t。目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的市場綜合造價指標(biāo)為16元/W,按此指標(biāo)計算本工程造價約為4804萬元;按目前杭州地鐵運營電價0.75元,且每年上漲2%測算,本工程投資回收期約為16年,25年內(nèi)經(jīng)濟收益約為3323萬元;若考慮政策補貼,工程投資的回收期會更短經(jīng)濟收益也會更高。

4.2社會及環(huán)境效益

太陽能光伏發(fā)電是一種清潔、可再生能源,既不會產(chǎn)生污染物,也不會產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境等問題,從節(jié)約煤炭和減排二氧化碳量可以看出環(huán)境效益是明顯的,該系統(tǒng)的應(yīng)用可以響應(yīng)節(jié)能號召,積極配合完成節(jié)能減排指標(biāo);充分利用可再生的清潔能源,即可減少化石能源的需求,同時也可減少環(huán)境污染、保護人類的生態(tài)環(huán)境,其社會效益較為明顯。

5結(jié)語

隨著我國城市化進程不斷加快,軌道交通的建設(shè)也得到了大力推進,其場地上的優(yōu)勢為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用提供了可能。軌道交通作為覆蓋范圍廣、客流量大的公共建筑,采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),可起到良好的節(jié)能減排宣傳和示范作用。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ203—2010,民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]李鐘實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計施工與應(yīng)用[M].2版.北京:人民郵電出版社,2019.

[3]周超.太陽能光伏發(fā)電在城市軌道交通中的應(yīng)用[J].城市快軌交通,2013,26(2):77-80.

[4]曹濤,張雷.光伏建筑一體化設(shè)計探討[J].智能建筑電氣技術(shù),2011,5(2):40-43.

[5]張曄.光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(17):150.

作者:李淼 單位:中鐵上海設(shè)計院集團有限公司