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【摘要】

本文對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)在地鐵車(chē)輛段中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。采用光伏發(fā)電技術(shù)不僅可以減少地鐵對(duì)市網(wǎng)電能的需求，同時(shí)能夠達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】

車(chē)輛段；光伏發(fā)電；節(jié)能減排

隨著城市化進(jìn)程的加速，軌道交通在城市交通中扮演重要角色。利用光伏發(fā)電技術(shù)為地鐵車(chē)輛段提供電能，不僅可以減少地鐵對(duì)市網(wǎng)電能的需求，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本；同時(shí)還可積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，有效推動(dòng)我國(guó)可再生能源的發(fā)展。地鐵車(chē)輛段運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠得到充分的利用，產(chǎn)生的電能可以用來(lái)供車(chē)輛段的照明和動(dòng)力設(shè)備使用。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)基本條件

1.1氣象條件地鐵車(chē)輛段所在當(dāng)?shù)匦枰照諚l件充足，日照系數(shù)高，年日照時(shí)間長(zhǎng)，一年中太陽(yáng)能有效利用時(shí)間長(zhǎng)，季節(jié)的總輻射量差異不大。該城市地鐵車(chē)輛段適合設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.2環(huán)境條件光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置的位置應(yīng)綜合考慮車(chē)輛段周邊環(huán)境，組件的布置需要避開(kāi)或遠(yuǎn)離遮蔭物。光伏組件的設(shè)計(jì)應(yīng)與車(chē)輛段建筑單體相結(jié)合，綜合考慮發(fā)電效率、發(fā)電量、電氣和結(jié)構(gòu)安全，并與建筑物屋頂形式相協(xié)調(diào)，滿(mǎn)足安裝、清潔、維護(hù)的要求。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能光伏組件、光伏控制器和交流逆變器及相應(yīng)的附屬設(shè)施組成。

2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式車(chē)輛段大型庫(kù)房（如停車(chē)庫(kù)、檢修庫(kù)等）房屋頂空間較大，而且比較開(kāi)闊，適合設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)大型庫(kù)房的屋頂結(jié)構(gòu)，光伏發(fā)電系統(tǒng)選用頂棚形式。本系統(tǒng)光伏電站的按總額定功率為500kWp，分為兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的光伏子系統(tǒng)（表1）。

2.2光伏組件選型太陽(yáng)能光伏組件是太陽(yáng)能系統(tǒng)的核心部件之一。根據(jù)車(chē)輛段停車(chē)庫(kù)房屋頂?shù)男问剑夥M件與屋頂?shù)慕Y(jié)合采用BAPV方式。BAPV結(jié)合方式，不需要改變建筑物本身，只需將光伏組件固定安裝在停車(chē)庫(kù)的屋頂上。光伏組件選用標(biāo)準(zhǔn)單晶硅組件（表2）。

2.3光伏逆變器選型根據(jù)各光伏子系統(tǒng)的容量選擇集中型并網(wǎng)光伏逆變器額定容量，光伏子系統(tǒng)1和光伏子系統(tǒng)2的逆變器均選擇250kW的逆變器（表3）。

2.4光伏并網(wǎng)設(shè)計(jì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合車(chē)輛段用電要求的交流電之后直接接入車(chē)輛段供電系統(tǒng)。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒(méi)有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿(mǎn)足負(fù)載需求時(shí)就由車(chē)輛段供電系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)中光伏子系統(tǒng)1逆變器經(jīng)交流并網(wǎng)柜后接入車(chē)輛段變電所0.4kV低壓側(cè)I段母線(xiàn)，光伏子系統(tǒng)2逆變器經(jīng)交流并網(wǎng)柜后接入車(chē)輛段變電所0.4kV低壓側(cè)II段母線(xiàn)。在變電所0.4kV并網(wǎng)接入點(diǎn)各設(shè)置一面防逆流控制箱，一但發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)立即通過(guò)通訊控制逆變器降低輸出電流，減少光伏系統(tǒng)發(fā)電功率；當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，防逆流接控制箱控制觸器斷開(kāi)，分離光伏發(fā)電系統(tǒng)與車(chē)輛段供電系統(tǒng)，避免故障的擴(kuò)大。

3主要設(shè)備安裝、線(xiàn)纜的選擇

3.1光伏組件的安裝光伏組件直接安裝在車(chē)輛段停車(chē)庫(kù)屋頂上，組件的安裝傾角與屋面保持一致或與屋面形成一個(gè)較小的安裝傾角，便于排水。

3.2匯流箱、直流柜、逆變器及交流柜的安裝1）光伏匯流箱選用IP66防水型產(chǎn)品，直接安裝于車(chē)輛段停車(chē)庫(kù)屋頂上。2）直流柜、逆變器及并網(wǎng)柜安裝于車(chē)輛段光伏設(shè)備室。3）光伏監(jiān)控主機(jī)選擇壁掛式主機(jī)，安裝于光伏設(shè)備室的墻壁上。4）光伏防逆流控制箱安裝于車(chē)輛段變電所0.4kV開(kāi)關(guān)柜室的墻壁上。

3.3線(xiàn)纜的選擇1）直流側(cè)電纜選用雙絕緣防紫外線(xiàn)阻燃銅芯電纜；交流側(cè)采用銅芯耐火、阻燃電纜。2）直流側(cè)的電纜與光伏組件的連接采用工業(yè)防水快速接插件，線(xiàn)纜及連接附件具有防水、抗老化的功能。3）配線(xiàn)槽采用不銹鋼金屬線(xiàn)槽，配線(xiàn)線(xiàn)槽的布置考慮隱蔽布線(xiàn)方案，并與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致。

4經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益分析根據(jù)目前了解的情況，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)約為20元/W，車(chē)輛段新建500kW的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)約為1000萬(wàn)元。目前，國(guó)家在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用方面也有相關(guān)的補(bǔ)貼政策。考慮該因素，則系統(tǒng)投資會(huì)進(jìn)一步降低。據(jù)近最近幾年太陽(yáng)能的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)將會(huì)越來(lái)越低。車(chē)輛段一個(gè)500kW的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年可發(fā)電估計(jì)約500000kW•h，平均電網(wǎng)電價(jià)按0.8元/kW•h，一年節(jié)約外網(wǎng)電費(fèi)約40萬(wàn)元，預(yù)計(jì)25年可收回成本。光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用年限按20年計(jì)算，其發(fā)電成本約為1.0元/kW•h。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)電成本還會(huì)逐漸降低。

4.2社會(huì)效益分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前正處于推廣階段，在城軌交通中安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其社會(huì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）響應(yīng)政府號(hào)召，積極配合完成節(jié)能減排指標(biāo)。太陽(yáng)能是一種清潔、可再生能源，一個(gè)500kW的太陽(yáng)能電池板每年相當(dāng)于每年節(jié)省約150噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放約400噸。2）城軌交通是一種公共交通工程，客流量相當(dāng)大，在城軌交通中使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以起到較好的示范，對(duì)以后太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣有積極作用。

5結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)車(chē)輛段建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)，并對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、節(jié)能減排及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益進(jìn)行了分析。文中只考慮了車(chē)輛段小塊面積，而實(shí)際車(chē)輛段可利用的面積大至幾萬(wàn)平米，若能充分利用，蘊(yùn)含的能量還是比較大的。國(guó)家為了促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供了很多的優(yōu)惠政策。因此，推廣光伏發(fā)電技術(shù)在車(chē)輛段的應(yīng)用具有很強(qiáng)的可行性。

【參考文獻(xiàn)】

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［2］周超.地鐵高架車(chē)站太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京:都市快軌交通，2014.

作者：徐海東 單位：中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計(jì)有限公司