太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用探討

李明霞

摘 ?要：通過分析太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以及我國高速公路網(wǎng)的現(xiàn)狀及規(guī)劃情況，提出了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)適合在我國高速公路領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的觀點(diǎn)，有利于推進(jìn)綠色公路的發(fā)展建設(shè)。

關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng);高速公路;清潔能源;綠色公路

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0177-03

Abstract： Based on the analysis of the application of solar photovoltaic system in the field of expressway， as well as the present situation and planning of expressway network in our country， this paper puts forward the viewpoint that solar photovoltaic power generation system is suitable for wide application in the field of expressway in our country， and therefore it is helpful to promote the development and construction of green highway.

Keywords： solar photovoltaic power generation system; highway; clean energy; green highway

引言

隨著我國高速公路的迅猛發(fā)展，交通運(yùn)輸部近期提出了綠色公路的標(biāo)準(zhǔn)要求。我國的高速公路工程建設(shè)正在發(fā)生著很大的變化，特別是高速公路服務(wù)設(shè)施提檔升極后，使得高速公路服務(wù)設(shè)施不斷擴(kuò)建與改造，致使其日常的用電量逐漸增多。為解決高速公路領(lǐng)域日益增加的用電需求和有效提高土地資源的利用率的問題，在高速公路領(lǐng)域推廣應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，是一種既具有保障能源供給、改善生態(tài)環(huán)境的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義，同時又具有節(jié)約自然資源、降低能耗成本的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義的方法。本文將結(jié)合太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)行研究探討。

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

太陽能光伏發(fā)電是利用“光生伏特效應(yīng)”，將接收到太陽輻射的光能，轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)兩種方式。

1.1 獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)是指不與電力系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)相連。該系統(tǒng)由光伏方陣（太陽能電池串并聯(lián)封裝而成）、控制器、蓄電池組和直流/交流逆變器等構(gòu)成，如圖1所示。

該系統(tǒng)由光伏組件產(chǎn)生的直流電，可以直接供給直流負(fù)荷使用或經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)成交流電供給交流負(fù)荷，還可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來，根據(jù)需要隨時釋放出來使用。

1.2 并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)方式根據(jù)裝機(jī)模式可分集中式和分布式兩種。目前我國高速公路領(lǐng)域采用的是分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)高速公路沿線服務(wù)設(shè)施的具體分布情況，設(shè)計布置不同規(guī)格和不同朝向的光伏陣列，然后將相同朝向、相同規(guī)格的光伏陣列分別通過單能逆變器匯流，再經(jīng)多臺逆變器集中后形成分布式并網(wǎng)發(fā)電方式。具體實(shí)施方案（如圖2）。

該系統(tǒng)所發(fā)電能除供給系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷外，多余電能還可以上匯到公共電網(wǎng);若電能不足時，也可以通過公共電網(wǎng)給負(fù)荷提供電能，供電靈活可靠，同時減少了對蓄電池的投資和維護(hù)費(fèi)用，是一種經(jīng)濟(jì)適用的方式。

經(jīng)過以上分析可知，和傳統(tǒng)供電模式相比，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)從設(shè)計理念到運(yùn)行模式等各方面都進(jìn)行了創(chuàng)新。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用的新理念、新技術(shù)、新材料更貼近國家對綠色節(jié)能的要求。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)外高速公路的應(yīng)用現(xiàn)狀

快速發(fā)展的光伏發(fā)電系統(tǒng)，已被廣泛地應(yīng)用于高速公路領(lǐng)域。下面就列舉幾個光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路的應(yīng)用實(shí)例：

2.1 意大利的太陽能光速公路

2011年1月1日世界上第一條使用太陽能電池高速公路對外開放。該高速公路為連接意大利卡塔尼亞-錫拉庫薩A18高速公路（西西里島600km西西里島高速公路網(wǎng)絡(luò)中新增的一段30km的高速公路），是世界上第一條完全由太陽能電池作為主要動力的電氣化高速公路（如圖3所示）。每年的發(fā)電量密度預(yù)計大約為1200萬kW·h，能夠完全滿足整段高速公路的用電力需求。

A18高速公路光伏發(fā)電系統(tǒng)

2.2 茶條嶺隧道光伏發(fā)電系統(tǒng)

2014年1月，陜西高速集團(tuán)在十天高速漢中東段茶條嶺隧道基礎(chǔ)上建設(shè)的110KWp分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)工程并網(wǎng)項(xiàng)目順利地完工，建成之后的效果圖設(shè)計如圖4所示。該光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)工程全部建成并網(wǎng)后，年平均發(fā)電量最高并網(wǎng)能力可達(dá)5.04萬kW·h，其所發(fā)的電力主要是應(yīng)用于茶條嶺隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)及日光燈照明。

2.3 榆社東高速收費(fèi)站光伏發(fā)電系統(tǒng)

2018年5月10日，山西省榆社至和順高速公路榆社東高速收費(fèi)站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)成功試運(yùn)行（見圖5）。該項(xiàng)目是山西省高速公路在該領(lǐng)域零的突破。該系統(tǒng)所發(fā)電量主要用于該站的辦公區(qū)和場區(qū)用電，該項(xiàng)目預(yù)計年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5.4萬噸。

以上案例可見，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的日趨完善，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)越來越適用在高速公路領(lǐng)域，主要可以應(yīng)用在以下方面：（1）緊急救援電話系統(tǒng);（2）道路檢測系統(tǒng);（3）監(jiān)控系統(tǒng);（4）交通標(biāo)志及警示設(shè)施;（5）主線、匝道、收費(fèi)廣場、立交隧道的照明;（6）公路廣告牌;（7）電子指示牌服務(wù)區(qū)等的供電系統(tǒng)。

3 太陽能光伏發(fā)電在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用前景

3.1 從我國的太陽能資源方面分析

根據(jù)《太陽能資源評估方法》（QXT 89-2008）確定的標(biāo)準(zhǔn)，我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家之一，年總輻射量在3000～7500MJ/m2之間，年日照時數(shù)在870～3570h 之間。豐富的太陽能資源有利于我們推廣應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3.2 從我國交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略層面分析

交通運(yùn)輸部提出了綠色公路的標(biāo)準(zhǔn)，要求高速公路發(fā)展領(lǐng)域進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和節(jié)能降耗，新能源的應(yīng)用勢在必行;智慧交通的發(fā)展，增加大量的設(shè)備智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備，以及高速服務(wù)區(qū)的檔次提升等對用電量需求會有明顯的增加;而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性決定了其更加適合應(yīng)用于在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.3 從我國高速公路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃層面分析

目前我國高速公路網(wǎng)絡(luò)已形成規(guī)模，用電需求基本趨于穩(wěn)定，服務(wù)設(shè)施和交通工程周圍有大量的閑置屋頂和土地資源，因此參考國內(nèi)外已有的經(jīng)驗(yàn)和做法，可在我國高速公路領(lǐng)域大力建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，由此來推動我國創(chuàng)建環(huán)保節(jié)約型公路的建設(shè)發(fā)展。

根據(jù)我國高速公路網(wǎng)規(guī)劃，今后相當(dāng)長的一段時期

內(nèi)，公路建設(shè)將重心轉(zhuǎn)向山嶺重丘區(qū)，項(xiàng)目沿線多為經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，社會供電資源匱乏，電源質(zhì)量較差，而將電力長途輸送到用電量需求的地方，電能損耗較大，需要增加輸電線路投資，因此應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)利用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源來滿足高速公路設(shè)施用電需求。

4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域應(yīng)用需要注意解決的技術(shù)問題

分析總結(jié)國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域應(yīng)用的情況得出，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)要更好地在高速公路領(lǐng)域推廣應(yīng)用，我們應(yīng)注意解決好以下技術(shù)問題：（1）不同朝向電池板發(fā)電的均衡匹配問題;（2）并網(wǎng)接入安全可靠性及多電源切換性;（3）建筑屋頂承重與太陽能電池板安裝穩(wěn)定需要兼顧;（4）現(xiàn)有斜屋頂面安裝太陽能電池要解決的固定和防水問題;（5）不同建筑物之間太陽能電池陣列之間串并聯(lián)連接的成本。

5 結(jié)束語

綜上所述，太陽能光伏發(fā)電是一種具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的很好的清潔能源，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，切合“交通+能源”“高速+光伏”的清潔低碳路域經(jīng)濟(jì)發(fā)展思路，必將對綠色公路的建設(shè)起很大的推進(jìn)作用。

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