光伏發(fā)電在城市軌道交通中的應(yīng)用研究（下）

4.光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用 　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前常見和應(yīng)用較多的是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要是邊遠(yuǎn)地區(qū)送電困難且用電需求并不是特別高的負(fù)荷，如西藏、甘肅、新疆等地區(qū)的一些家庭照明及家用電器負(fù)荷。 　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)目前投入應(yīng)用的有國家體育場鳥巢太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、深圳園博會光伏發(fā)電系統(tǒng)，鐵路上海虹橋火車站、天津西站、南京南站等并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的這些工程案例為軌道交通的應(yīng)用提供了很好的借鑒。 　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有3種，分別為有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)、無逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)、切換型并網(wǎng)系統(tǒng)。 　?。?）有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不僅能夠向負(fù)載提供電能，還能將富裕的電能輸向電網(wǎng)，且光伏系統(tǒng)電源不足時，可直接從電力系統(tǒng)獲得電能。該類發(fā)電系統(tǒng)主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量大，剩余電能較多的場所，該種系統(tǒng)能效比較高，國內(nèi)外采用的大部分光伏發(fā)電系統(tǒng)就是這種有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（圖1）。 　?。?）無逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)只向負(fù)載供電，富裕電能不能輸向電網(wǎng)，當(dāng)太陽能光伏系統(tǒng)不能滿足負(fù)載用電需求時，則從電力系統(tǒng)電網(wǎng)獲得電能以滿足負(fù)載要求。該種系統(tǒng)對負(fù)載的計算精確度要求較高，否則產(chǎn)生的電能既不能儲存也不能輸入電網(wǎng)，不僅不利于設(shè)備運行，還是一種能源浪費（圖2）。 　?。?）切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是增加了蓄電池儲能裝置，正常情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)直接向負(fù)載供電，當(dāng)日照或連續(xù)陰雨天時，由切換器直接切換至電力系統(tǒng)電源向負(fù)載供電，儲能裝置進行光伏電源儲能。該種系統(tǒng)主要應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)容量較小、負(fù)載容量及蓄電池容量較小的系統(tǒng)（圖3）。 　　隨著光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟和穩(wěn)定，今后光伏發(fā)電系統(tǒng)會在各類工程中應(yīng)用，城市軌道交通工程的應(yīng)用也會越來越普及，范圍也會越來越廣泛。 　　5.光伏發(fā)電系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用方案 　　5.1高架車站應(yīng)用方案 　　高架車站一般分2層，站廳層為地上一層，站臺層為地上2層，部分車站還有3層或單獨的設(shè)備層，主要是一些較大的換乘站，整體建筑面積在5000～6500m2不等。由于站廳層、設(shè)備層均與太陽光照不接觸，所以該部分面積不能作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效利用面積，只有車站屋頂及周圍的圍墻可考慮使用，這部分面積一般在1000～1500m2左右。 　　考慮車站的位置，太陽光照射方向以及所處地區(qū)，能有效利用的面積也就在800～1200m2之間。以245Wp的多晶電池板和1000m2有效面積并結(jié)合上海地區(qū)太陽光年輻射量計算，每年的發(fā)電量為W=面積×Σ(月平均日輻照量×當(dāng)月天數(shù))×功率輸出因數(shù)=1000×5550.1×0.66=3663066（MJ）=1025658.48（kW·h）即平均每天可輸出電能約2810kW.h，這些電能完全能夠滿足高架車站的照明及三級負(fù)荷用電。 　　高架車站因考慮到白天還需將太陽光引入建筑內(nèi)進行自然光照明，故利用車站四周墻面的面積不多，最合適的還是利用車站屋頂放置太陽能電池板，在設(shè)備房間內(nèi)設(shè)置蓄電池儲能裝置，將整體光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計成切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)比較理想，電力系統(tǒng)作為光伏電源系統(tǒng)的補充和備用，在負(fù)載進線處設(shè)置電源切換裝置，不僅能夠達到利用光伏電源節(jié)能的目的，還能保證供電的可靠性。 　　5.2車輛段停車場應(yīng)用方案 　　車輛段停車場主要建筑是列檢庫、運用庫、物資庫、綜合辦公樓等，這些建筑普遍面積大、屋頂開闊，非常適合設(shè)置太陽能電池板。據(jù)統(tǒng)計，一座車輛段或停車場的占地面積在15萬～25萬m2左右，能有效利用太陽能發(fā)電的建筑屋頂面積在6萬～10萬m2左右。這么大的有效面積可完全參照鐵路火車站的模式設(shè)置成有逆流型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅向車輛段停車場內(nèi)用電負(fù)荷供電，還可將富裕能量完全輸入軌道交通供電系統(tǒng)中壓電網(wǎng)，向其他負(fù)荷提供光伏電源。 　　此外，車輛段及停車場內(nèi)道路較多，道路照明一般采用燈桿照明，該部分燈桿照明完全可采用獨立光伏電源系統(tǒng)的燈桿照明，燈桿和太陽能電池板、逆變器、蓄電池等整體設(shè)計，并設(shè)置時間或亮度控制模式，根據(jù)需要完成燈桿的照明。目前市政工程已普遍采用該種照明方案，軌道交通工程中北京地鐵15號線馬泉營車輛段室外路燈已采用該方案，目前已成功運行，效果良好。 　　5.3高架區(qū)間應(yīng)用方案 　　軌道交通線路在市區(qū)內(nèi)一般為地下走線，在郊區(qū)及進出車場的區(qū)段為地面及高架走線。地面及高架區(qū)間內(nèi)一般主要有區(qū)間照明和區(qū)間檢修負(fù)荷，這2種負(fù)荷均在線路故障或者平時檢修時使用，負(fù)荷容量不大。對于高架區(qū)間照明負(fù)荷，完全可采用燈具和光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)合的模式進行設(shè)計，燈具各自獨立成一套系統(tǒng)，互不影響。 　　對于采用三軌供電的線路，完全可以將燈具、電池板安裝在高架橋梁梁翼上方頂部，對于采用架空接觸網(wǎng)供電的線路，燈具、太陽能電池板等均可結(jié)合接觸網(wǎng)支柱一體安裝，即方便安裝又充分利用了接觸網(wǎng)支柱。 　　另外，由于高架區(qū)間梁翼外側(cè)面積寬闊，如圖4所示，且基本垂直地面，完全可以懸掛太陽能電池板。因此，利用該部分空間設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也值得研究和探討。 　　5.4地下站出入口集散廣場應(yīng)用方案 　　軌道交通地下站出入口一般包括地面廳室外建筑、室外集散廣場，部分車站有自行車停車場及汽車停車位。出入口主要用電負(fù)荷是地面廳照明、軌道交通地徽導(dǎo)向照明、自行車停車場及汽車停車位照明。上述照明均為一般負(fù)荷，完全可由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電源。利用地面廳建筑頂部設(shè)置太陽能電池板，采用獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)向地面廳照明及地徽進行供電；集散廣場、自行車停車場及汽車停車位可完全采用設(shè)置光伏電源照明燈桿的模式，由光伏電源燈桿向上述場所提供電能。 　　6.結(jié)語 　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)近年來在國內(nèi)飛速發(fā)展，并已經(jīng)形成了研發(fā)、生產(chǎn)、加工和集散的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并有多家知名企業(yè)上市。光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的日趨先進和發(fā)展為其在國內(nèi)工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 　　軌道交通近年來也迅速發(fā)展，與以往工程相比，未來項目更注重節(jié)能減排和降耗，利用新技術(shù)新能源是重點研究與發(fā)展的目標(biāo)。將光伏發(fā)電系統(tǒng)與軌道交通工程結(jié)合起來，在新技術(shù)應(yīng)用、建筑設(shè)計、控制保護技術(shù)方面有重大意義，更重要的是能夠節(jié)約能源，減少污染物排放，保護環(huán)境，值得推廣應(yīng)用。