光伏發(fā)電系統(tǒng)在重慶軌道交通中的應(yīng)用

張 釗

（重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶401122）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展十分迅速，大多數(shù)省會(huì)城市均在不同程度地發(fā)展軌道交通。由于各條軌道交通線路均設(shè)有車(chē)輛段或停車(chē)場(chǎng)，另外一些軌道交通線路還設(shè)有高架車(chē)站，這些都為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市軌道交通中應(yīng)用提供了外部條件。目前，為貫徹國(guó)家能源政策，軌道交通行業(yè)積極利用太陽(yáng)能等可再生能源，以探索應(yīng)對(duì)能源匱乏、緩解電力緊張、保障可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電能降低運(yùn)營(yíng)成本，為建設(shè)綠色軌道交通積累經(jīng)驗(yàn)。重慶軌道交通2、3號(hào)線以高架車(chē)站和高架區(qū)間為主，其場(chǎng)地上的優(yōu)勢(shì)為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用提供了可靠條件。

1 現(xiàn)場(chǎng)資源和環(huán)境條件

重慶位于北半球副熱帶內(nèi)陸地區(qū)，年均氣溫為18℃。1月份氣溫最低，月均氣溫為7℃；7～8月份氣溫最高，多在27～38℃之間，最高極限氣溫可達(dá)43.8℃。重慶年均日照時(shí)數(shù)為1 259.5h。7～8月份略高，月均日照時(shí)數(shù)為230h；其他月份在150h左右。重慶地區(qū)某年各月氣象狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 重慶地區(qū)某年各月氣象狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)方案

系統(tǒng)設(shè)在軌道交通2號(hào)線大堰車(chē)輛段綜合樓屋頂花架上，可利用面積約為35m2，該處周?chē)鸁o(wú)遮陽(yáng)建筑，視野開(kāi)闊。光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖如圖1所示，光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電，之后經(jīng)內(nèi)部配電網(wǎng)接入市電網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池組件方陣和并網(wǎng)逆變器組成，配之以接線盒、配電柜、電纜和電度表等輔助器材，并配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和數(shù)字顯示等設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2.1 光伏陣列安裝方式

為使組件陣列獲得最多太陽(yáng)輻射能，需要確定組件陣列的傾斜角度，并朝向正南。利用RETScreen軟件，選取建設(shè)地緯度值上下15°范圍內(nèi)的角度進(jìn)行計(jì)算，并比較對(duì)應(yīng)的輸出值，即可確定最佳傾斜角。由該軟件模擬計(jì)算出本項(xiàng)目太陽(yáng)能陣列的最佳傾角為20°。

2.2 系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能電池采用STP180S－24／Ad型單晶硅組件，其峰值功率為180W，峰值電壓為30V。系統(tǒng)中共采用該型號(hào)組件27塊，總裝機(jī)功率為4.86kWp。系統(tǒng)采用3個(gè)小型并網(wǎng)逆變器（SG1K5TL）實(shí)行逆變就近控制，靈活并入內(nèi)部配電網(wǎng)。

如圖2所示，全部27塊太陽(yáng)能電池組件每9塊串聯(lián)、共3個(gè)支路，每個(gè)支路接入1臺(tái)SG1K5TL逆變器的對(duì)應(yīng)輸入端。

圖2 光伏電池陣列

3 效益分析

根據(jù)RETScreen軟件計(jì)算出本項(xiàng)目太陽(yáng)能系統(tǒng)的全年發(fā)電量為4 298kW·h，月發(fā)電量數(shù)據(jù)如表2所示。該套光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一年運(yùn)行，統(tǒng)計(jì)發(fā)電量為3 156kW·h，具體月發(fā)電量數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)圖3和圖4對(duì)比理論計(jì)算與實(shí)際發(fā)電量，得出該套太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率為73.4%，達(dá)到同類型系統(tǒng)的平均水平，其社會(huì)效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)效果比較明顯，具有可操作性，為在重慶軌道交通高架車(chē)站、高架區(qū)間及停車(chē)場(chǎng)和控制中心大樓安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供了較為詳實(shí)的參考依據(jù)。太陽(yáng)能屬于清潔可再生能源，無(wú)論從能源角度還是從環(huán)境角度，其都是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，光伏并網(wǎng)發(fā)電的推廣應(yīng)用，無(wú)疑會(huì)帶來(lái)良好的環(huán)境效益。

可以粗略計(jì)算環(huán)境效益如下：本項(xiàng)目年發(fā)電量為3.156MW，年節(jié)約標(biāo)煤1 262kg，減排碳粉塵858.43kg，減排二氧化碳3 146.5kg，減排二氧化硫94.67kg，減排氮氧化合物47.3kg。

表2 理論計(jì)算預(yù)期月發(fā)電量 單位：kW·h

表3 本系統(tǒng)實(shí)際月發(fā)電量統(tǒng)計(jì) 單位：kW·h

圖3 月度發(fā)電量對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

為響應(yīng)政府政策，提倡使用潔凈能源，積極配合“兩型”社會(huì)建設(shè)，在重慶軌道交通3號(hào)線的四公里車(chē)站和金渝車(chē)站推廣應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)降低運(yùn)營(yíng)成本、節(jié)約能源有較為明顯的效果。軌道交通作為一種公共交通，客流量大，在城市軌道交通中使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)起到了較好的示范和宣傳作用。

圖4 年度發(fā)電量對(duì)比

［1］崔容強(qiáng)，趙春江，吳達(dá)成.并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

［2］孔娟.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究［D］.青島大學(xué)，2006

［3］曹祥，張斌.封周變電站屋頂太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)研究［J］.華東電力，2009（4）