光伏發電技術在地鐵車輛段中的應用研究

徐海東

【摘 要】本文對光伏發電技術在地鐵車輛段中的應用進行了研究。采用光伏發電技術不僅可以減少地鐵對市網電能的需求，同時能夠達到節能減排的目標。

【關鍵詞】車輛段；光伏發電；節能減排

Photovoltaic power generation technology in metro depot

XU Hai-dong

（China railway way siyuan group southwest survey and design co.，LTD.， Kunming Yunnan 650000， China）

【Abstract】Photovoltaic generation technology in metro depot is studied in this paper. Using photovoltaic power technology not only reduce the demand for electricity， but also achieve the goal of energy conservation and emission reduction.

【Key words】Metro depot； Photovoltaic power； Energy conservation and emission reduction

0 引言

隨著城市化進程的加速，軌道交通在城市交通中扮演重要角色。利用光伏發電技術為地鐵車輛段提供電能，不僅可以減少地鐵對市網電能的需求，節約運營成本；同時還可積極響應國家節能減排政策，有效推動我國可再生能源的發展。

地鐵車輛段運營時間長，光伏發電系統能夠得到充分的利用，產生的電能可以用來供車輛段的照明和動力設備使用。

1 光伏發電系統基本條件

1.1 氣象條件

地鐵車輛段所在當地需要日照條件充足，日照系數高，年日照時間長，一年中太陽能有效利用時間長，季節的總輻射量差異不大。該城市地鐵車輛段適合設置太陽能光伏發電系統。

1.2 環境條件

光伏發電系統設置的位置應綜合考慮車輛段周邊環境，組件的布置需要避開或遠離遮蔭物。光伏組件的設計應與車輛段建筑單體相結合，綜合考慮發電效率、發電量、電氣和結構安全，并與建筑物屋頂形式相協調，滿足安裝、清潔、維護的要求。

2 光伏發電系統設計

太陽能光伏發電系統主要由太陽能光伏組件、光伏控制器和交流逆變器及相應的附屬設施組成。

2.1 光伏發電系統的形式

車輛段大型庫房（如停車庫、檢修庫等）房屋頂空間較大，而且比較開闊，適合設置光伏發電系統。根據大型庫房的屋頂結構，光伏發電系統選用頂棚形式。本系統光伏電站的按總額定功率為500kWp，分為兩個獨立運行的光伏子系統（表1）。

2.2 光伏組件選型

太陽能光伏組件是太陽能系統的核心部件之一。根據車輛段停車庫房屋頂的形式，光伏組件與屋頂的結合采用BAPV方式。BAPV結合方式，不需要改變建筑物本身，只需將光伏組件固定安裝在停車庫的屋頂上。光伏組件選用標準單晶硅組件（表2）。

2.3 光伏逆變器選型

根據各光伏子系統的容量選擇集中型并網光伏逆變器額定容量，光伏子系統1和光伏子系統2的逆變器均選擇250kW的逆變器（表3）。

2.4 光伏并網設計

并網發電系統是光伏陣列產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合車輛段用電要求的交流電之后直接接入車輛段供電系統。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產生電能或者產生的電能不能滿足負載需求時就由車輛段供電系統供電。

本系統中光伏子系統1逆變器經交流并網柜后接入車輛段變電所0.4kV低壓側I段母線，光伏子系統2逆變器經交流并網柜后接入車輛段變電所0.4kV低壓側II段母線。在變電所0.4kV并網接入點各設置一面防逆流控制箱，一但發現異常，會立即通過通訊控制逆變器降低輸出電流，減少光伏系統發電功率；當出現故障時，防逆流接控制箱控制觸器斷開，分離光伏發電系統與車輛段供電系統，避免故障的擴大。

3 主要設備安裝、線纜的選擇

3.1 光伏組件的安裝

光伏組件直接安裝在車輛段停車庫屋頂上，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防水型產品，直接安裝于車輛段停車庫屋頂上。（下轉第19頁）

（上接第17頁）2）直流柜、逆變器及并網柜安裝于車輛段光伏設備室。

3）光伏監控主機選擇壁掛式主機，安裝于光伏設備室的墻壁上。

4）光伏防逆流控制箱安裝于車輛段變電所0.4kV開關柜室的墻壁上。

3.3 線纜的選擇

1）直流側電纜選用雙絕緣防紫外線阻燃銅芯電纜；交流側采用銅芯耐火、阻燃電纜。

2）直流側的電纜與光伏組件的連接采用工業防水快速接插件，線纜及連接附件具有防水、抗老化的功能。

3）配線槽采用不銹鋼金屬線槽，配線線槽的布置考慮隱蔽布線方案，并與建筑結構協調一致。

4 經濟效益和社會效益分析

4.1 經濟效益分析

根據目前了解的情況，太陽能光伏發電系統的造價約為20元/W，車輛段新建500kW的太陽能光伏發電系統的造價約為1000萬元。目前，國家在太陽能光伏發電系統應用方面也有相關的補貼政策。考慮該因素，則系統投資會進一步降低。據近最近幾年太陽能的發展形勢來看，太陽能光伏發電系統的造價將會越來越低。

車輛段一個500kW的太陽能光伏發電系統每年可發電估計約500000kW·h，平均電網電價按0.8元/kW·h，一年節約外網電費約40萬元，預計25年可收回成本。光伏發電系統的使用年限按20年計算，其發電成本約為1.0元/kW·h。隨著光伏發電技術的不斷發展，發電成本還會逐漸降低。

4.2 社會效益分析

太陽能光伏發電系統目前正處于推廣階段，在城軌交通中安裝太陽能光伏發電系統，其社會效益主要體現在以下幾個方面：

1）響應政府號召，積極配合完成節能減排指標。太陽能是一種清潔、可再生能源，一個500kW的太陽能電池板每年相當于每年節省約150噸標準煤，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，客流量相當大，在城軌交通中使用太陽能光伏發電系統可以起到較好的示范，對以后太陽能光伏發電系統的推廣有積極作用。

5 結語

本文針對車輛段建立了光伏發電系統，并對光伏發電系統的發電量、節能減排及經濟和社會效益進行了分析。文中只考慮了車輛段小塊面積，而實際車輛段可利用的面積大至幾萬平米，若能充分利用，蘊含的能量還是比較大的。國家為了促進光伏產業的發展，提供了很多的優惠政策。因此，推廣光伏發電技術在車輛段的應用具有很強的可行性。

【參考文獻】

[1]楊金煥，于化叢，葛亮.太陽能光伏發電應用技術（第二版）[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]周超.地鐵高架車站太陽能光伏發電系統設計[J].北京：都市快軌交通，2014.

[責任編輯：王楠]