庫房屋頂分布式光伏發電工程應用前景的探討與思考

樊紅濤　邵文彬　丁　巍　上海鐵路局上海機車檢修段

1　引　言

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術，利用光伏技術而產生的電能屬于可再生的清潔能源，符合國家的能源政策和產業政策，可以減少溫室氣體排放，減少成本支出，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

2　概況

上海機車檢修段（以下簡稱“檢修段”）于2014年12月29日正式成立,是鐵路總公司在全國規劃布局新建的七大和諧型大功率機車檢修基地之一，也是全國鐵路和諧型大功率機車運用維修網之一。主要負責和諧大功率電力機車C4、C5修。目前，已經具備 HXD2B、HXD3C、HXD3、HXD1B 和 HXD1D 等5種和諧型機型、7種修程的“多機型、多修程”檢修能力。2016年，檢修段年用電量為382.2萬kWh，折合成標準煤占用能總量的58.3%。從用能結構而言，檢修段電能消耗是單位用能主體，如實施分布式光伏發電（自發自用，余量上網）項目，不僅可以大幅降低電能消耗，節約電費支出，而且還可以享受國家及地方政府的政策性補貼收入，對于企業經營的“增收節支，提質增效”方面具有一定的實際意義。

3　光伏發電項目實施的必要性

3.1　積極響應國家新興產業經濟政策

太陽能光伏發電是一種清潔可再生能源，符合國家的能源政策和產業政策，具有產品運行周期長（壽命周期25y），系統建成后自動運行安全可靠、保養維護簡單方便，光電轉換的過程中不向環境排放任何污染物，國家、地方政府根據光伏發電量多少進行補貼，余電可回供電網出售，投資回收期適中等特點，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益，而且有利于提升企業形象。

3.2　節能環保效益顯著

檢修段年用電一直居高不下，隨著檢修工作量的不斷增加，電力消耗有不斷增長的趨勢；而另一方面，大量的屋頂資源卻被閑置（上海機車檢修段轉向架庫屋面面積19781m2，二年檢庫屋面面積26907m2。開發檢修段太陽能光伏發電項目正是利用既有的屋頂資源，建設太陽能光伏發電系統，所發電量自發自用，余電上網，從而減少檢修段每年的電費支出，達到節能降耗的目的。

根據國際能源署 (IEA)研究，我國的CO2排放指數為：0.814kg/kwh，同時，我國火電廠每發電上網1kWh，需消耗標準煤305g，排放6.2g的硫氧化物(SOx)（脫硫前統計數據）和2.1g的氮氧化物(NOx)（脫硝前統計數據）。如檢修段光伏發電每年平均發電260×104kwh，可以節約標準煤793t，減排硫氧化物(SOx)16.1t，減排氮氧化物(NOx)5.5t(按火電廠同等發電量所消耗的能耗及污染物排放測算)。

4　光伏發電項目實施的可行性

4.1　工程實施技術分析

4.1.1空間條件

圖1　庫房屋面現狀圖

檢修段擁有大面積的機車檢修庫房（如圖1所示），在光伏發電技術應用方面具有一定的先天條件，轉向架庫屋面面積19781m2，二年檢庫屋面面積 26907m2，總面積 46688m2，去除采光帶、通風口、女兒墻等地方后，實際可安裝光伏面積在20000m2左右，可安裝總裝機容量：2215.84kWp，采用南北向安裝的智能雙組件光伏系統、7.2kW微型逆變器組，通過10kV高壓并網。光伏發電項目效果圖詳見圖2。

圖2　智能雙組件光伏系統設置效果圖

表1　檢修段光伏發電能力測算表

4.1.2發電利用率

檢修工作時間主要在上午8：00到下午16：00，光伏發電時間在上午7：00到下午17：00，與段用電時間基本吻合，光伏發電系統發電量90%可以被段生產、辦公及時利用（自發自用經濟效益最好），10%電力上網外送。因此機車檢修段光伏發電項目從段自身利用率較高來看，適合實施光伏發電項目。

4.2　工程經濟效益分析

4.2.1政策性補貼

國家補貼：每發一度電，補貼0.3元，補貼時間為建成并網后20y。

地方政府補貼：上海市每度補貼0.25元，補貼時間5y；江蘇省每度0.15元，補貼時間5y，省內各市還有各自補貼標準；浙江省每度0.1元，補貼時間5y，省內各市還有各自補貼標準；安徽省目前沒有省級補貼，省內各市有各自補貼標準，如合肥市每度0.25元，補貼時間5y等。

4.2.2發電效益分析

檢修段二年檢、轉向架庫2處共可安裝5036塊440Wp多晶硅電池組件，總裝機容量為2215.84kWp，設備壽命周期平均為25y，投資估算為2156.2萬元。根據測算，年發電量平均約260萬度，項目竣工后的前5y，每年可取得340萬收益，第6y～20y，每年可取得271萬元收益，按照國家和上海市補貼標準和時間，第21y～25y，因國家財政補貼取消，每年收益為190萬元，投資回收期約7y。具體詳見表1。

上海全年平均輻射量1391kWh/m2，傾斜面上輻射為1491kWh/m2，系統效率約 82%，檢修段將安裝容量共2215.84 kW。因此，首年估算年發電量為：1491×82%×2215.84×97.5%=264.26萬kWh。

綜上所述，檢修段庫屋頂光伏電站工程，充分合理的利用既有資源，積極響應國家新能源戰略，符合環保綠色發展的方向，充分體現了上海鐵路局作為央企回報社會的責任感。同時，利用既有檢修庫的閑置屋面設置光伏發電系統，可以產生明顯的經濟效益。因此，本工程有著非常重要的現實意義，具備實施條件。

5　光伏項目實施時注意事項

5.1　對既有庫房建筑核算結構安全

光伏發電工程是利用既有機車檢修庫房屋頂，因此需要原工程設計單位在考慮到不同廠家的設備重量及房屋結構安全富余的情況下，以光伏發電荷載20kg/m2為核算結構安全，對既有轉向架庫和二年檢庫檁條、屋面桁架、柱子以及樁基礎進行了核算，確保結構構件滿足現行規范的要求。

5.2　抗風掀試驗印證

由于增設的光伏發電系統與屋面為柔性連接，光伏發電系統自身及與屋面的連接的防風掀性能需進行試驗驗證。

5.3　對既有庫房屋面漏雨情況進行整治

檢修段二年檢、轉向架庫頂有部分區域有漏雨、滲水現象，在實施屋頂分布式光伏發電工程之前需要進行屋面整體整治，全面布設防水卷材，徹底解決漏水問題，避免實施光伏發電工程后無法再進行防水漏雨整治工作的尷尬局面。

5.4　研制并網方案，并報當地電力部門審批

由于檢修段擬采用90%光伏發電量自用，10%的發電量上網。因此，對于光伏發電產生的短路電流、電壓波動、電能質量、網點處功率因素、異常響應等方面對于地方電網的影響均有所要求和考慮，需要研究光伏發電并網方案，并報當地電力管理部門進行審批。

6　后續建議

6.1　推行試點，積極落實

光伏發電產業為國家重點支持的新興戰略產業之一，且局內可以開發用于光伏發電的屋頂資源非常廣闊，具有較大的光伏發電產業發展前景，但一次性投入較大，建議由路局統籌安排，或者由路外單位以合同能源管理合作方式進行參與。

6.2　強化運維，統一標準

項目建成后，建議由多經專業公司負責對用電費用、政府補貼進行清算落實，并制定和完善養護維修計劃，監督計劃的落實。也可由該單位承擔運維工作，在局內按地區建立屬地化的維保隊伍，統一標準，摸索出一套集設計施工、運維、多元創效的樣板工程管理模式，為路局創造更大的效益。

[1]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.《上海機車檢修段屋頂光伏發電可行性研究》.2016.06.