太陽能光伏發(fā)電停車棚節(jié)能減排方案研究——以上海海事大學(xué)為例

王偉

太陽能光伏發(fā)電停車棚節(jié)能減排方案研究——以上海海事大學(xué)為例

王偉

為了應(yīng)對時下能源緊缺、碳排放過度和空氣污染三個嚴(yán)峻的問題，文章采用調(diào)研方法創(chuàng)造性的提出太陽能光伏發(fā)電停車棚這一解決方案。太陽能光伏發(fā)電停車棚是利用太陽能電池板構(gòu)建棚頂，然后將該裝置所產(chǎn)生的電能供停在車棚下的新能源汽車使用的一種特制停車棚。通過分析發(fā)現(xiàn)這個方案在經(jīng)濟(jì)上是可行的，國家政策上也是支持的，現(xiàn)有技術(shù)條件也完全可以達(dá)到要求。該方案一方面推進(jìn)了光伏發(fā)電裝置的使用，有效利用光能；另一方面光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能可解決新能源汽車的充電問題，推進(jìn)新能源汽車的使用。

太陽能光伏發(fā)電停車棚；新能源汽車；節(jié)能；減排

一、太陽能光伏發(fā)電停車棚概述

當(dāng)下環(huán)境問題十分突出，人們消耗資源量與日俱增，同時很多不可再生能源并不能為人們長期使用?，F(xiàn)在越來越多的人將目光放在了新能源上，太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)在很多地方得到使用，它可以很有效的將光能轉(zhuǎn)化為電能從而緩解能源缺乏問題。另一方面現(xiàn)在也大力提倡減少碳排放，汽車尾氣排放是碳排放的主要來源之一，這種局面下以電能為主的新能源汽車得到了迅速地發(fā)展。但由于時下充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施條件不完善，及時充電問題在很大程度上遏制了新能源汽車的推廣。

綜上，本文提出一種解決方案——構(gòu)建太陽能光伏發(fā)電停車棚。太陽能光伏發(fā)電停車棚是利用太陽能電池板構(gòu)建棚頂，然后將該裝置所產(chǎn)生的電能供停在車棚下的新能源汽車使用的一種特制停車棚。當(dāng)然可以直接用太陽能電板構(gòu)建其棚頂，也可以先構(gòu)建好傳統(tǒng)停車棚，再在停車棚上鋪置太陽能電板進(jìn)行發(fā)電（見圖1）。其主體與傳統(tǒng)停車棚并無大差別，關(guān)鍵在其棚頂安置了太陽能光伏發(fā)電電池板，并以此給停放的新能源汽車進(jìn)行充電。這一方面充分有效地利用了太陽能這一可再生的清潔能源并達(dá)到節(jié)能效果，另一方面有力地推廣了新能源汽車的使用達(dá)到減排的效果。

圖1　示意圖

二、調(diào)研案例——上海海事大學(xué)

（一）上海海事大學(xué)校內(nèi)具體交通情況介紹

2008年10月，上海海事大學(xué)臨港新城新校基本建成。校園占地面積133萬余平方米。目前校內(nèi)登記轎車數(shù)量為1409輛，車主是老師辦公人員，經(jīng)過實(shí)地考察統(tǒng)計，在校學(xué)生擁有轎車數(shù)量約為50輛，由此可見校內(nèi)大多數(shù)車輛還是教師辦公往返所用，這些車輛一旦進(jìn)入校區(qū)，基本就在校園停車位上停放一天。學(xué)校目前已建的標(biāo)準(zhǔn)停車位經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，其分布和數(shù)量情況如下表1所示。但需要指出的是，表1中的停車位是已經(jīng)修建的專門為小轎車停放的車位。學(xué)校中很多區(qū)域也經(jīng)常被小轎車停放，但并未做明確標(biāo)識，這種停車位并不包括在表1的數(shù)量統(tǒng)計之中。

表1　上海海事大學(xué)已建標(biāo)準(zhǔn)停車位分布表

從上表中可以看出我校的基礎(chǔ)建設(shè)情況十分良好，停車面積約為6225平方米。而且這僅僅是明確標(biāo)識的停車位。學(xué)校很多未明確標(biāo)明的區(qū)域也長期被用作汽車停放。

（二）太陽能光伏發(fā)電停車棚構(gòu)建方案

考慮到學(xué)校汽車使用主體為教師，其作用主要用于往返家庭住宅和辦公單位，停放區(qū)域集中在辦公單位附件的已標(biāo)明和未標(biāo)明的但可用來停放車輛的停車區(qū)域。所以從方便、經(jīng)濟(jì)的原則出發(fā)，本方案停車棚應(yīng)集中建設(shè)在學(xué)院辦公樓附近。我校辦公樓附近有很多空曠地帶，采光效果很好但未能有效利用，在這些區(qū)域構(gòu)建太陽能光伏發(fā)電充電棚既可以有效利用土地資源，又可以有效利用光能。

圖2　經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院辦公樓附近空地

以經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院辦公樓附近的空曠地帶為例（如圖2），這塊空曠地帶大小尺寸為60*70米，若建成太陽能光伏發(fā)電停車棚的話，可以有效服務(wù)約90輛新能源汽車，為增加車棚頂?shù)奶柲茈姲逦展饽苄Ч柲茈姲鍛?yīng)該傾斜安裝，而具體傾斜方向則應(yīng)該根據(jù)各個停車區(qū)域具體所在地理位置而定，但前提是這種傾斜朝向能讓停車棚頂端的太陽能電池板更好地吸收光能。經(jīng)估算，太陽能光伏發(fā)電停車棚的構(gòu)建面積約為3200平方米，裝機(jī)容量為500kw左右。

目前國家已經(jīng)出臺《分布式光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策》,每度電補(bǔ)貼0.42元，為期20年，各地方也出臺相應(yīng)措施來支持分布式光伏發(fā)電，上海民用電每度補(bǔ)貼0.40元，為期5年，上海商用每度電補(bǔ)貼0.25元，為期5年。目前國家這種補(bǔ)貼機(jī)制從后文的數(shù)值運(yùn)算中可看出，即使采用免費(fèi)機(jī)制該太陽能光伏發(fā)電停車棚系統(tǒng)也不會造成財務(wù)虧損使其難以運(yùn)行。

（三）太陽能光伏發(fā)電停車棚構(gòu)建可行性研究

搭建太陽能光伏發(fā)電停車棚需要滿足兩個條件。首先，要具備一定可停車區(qū)域。其次，這種停車區(qū)域必須處于露天或采光條件好的環(huán)境中。太陽能光伏發(fā)電停車棚想有效運(yùn)行就必須要讓棚頂?shù)奶柲茈姲灞M可能接觸陽光，這樣才能讓其吸收和轉(zhuǎn)化光能。

目前上海海事大學(xué)停車區(qū)域全部在露天環(huán)境中，采光條件良好。老師駕駛車輛多往返于辦公單位和家庭住宅之間，我校處在臨港新城，距離市區(qū)約70公里左右，經(jīng)過隨機(jī)抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)老師每天往返行駛距離約110公里，相對來說行駛距離還是比較長的，但正是由于這種長距離行駛，使得在我校建設(shè)太陽能光伏充電停車棚更具有效率。

經(jīng)過觀察統(tǒng)計和電話咨詢，絕大部分老師開車都是往返于辦公單位和家庭住宅，車輛一旦停入辦公處停車位基本就會停放在停車位不再進(jìn)行行駛，停放時間為7個小時左右。

以比亞迪秦這款油電混動新能源汽車來說，用充電樁充電一次需要3小時，充電量為13度，用非充電樁進(jìn)行充電約需要7小時，充滿電后，靠電力驅(qū)動可以持續(xù)駕駛70公里。

安裝太陽能光伏發(fā)電停車棚，其成本主要由安裝支出、組件支出、支架輔助支出構(gòu)成。經(jīng)過詳細(xì)咨詢調(diào)研，由于蓄電池組成本高，且在高校這個范圍內(nèi)工程量并不巨大，所以出于經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，不建議安裝專門的蓄電池組進(jìn)行蓄電。目前太陽能光伏發(fā)電收費(fèi)依據(jù)是根據(jù)裝機(jī)容量來計算，3200平方米安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為500kw左右，成本支出如表2所示：

表2　3200平方米區(qū)域安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本表

據(jù)預(yù)測，該系統(tǒng)生命周期內(nèi)總發(fā)電量約為1210.5萬度，年平均發(fā)電量為48.42萬度。目前該系統(tǒng)每發(fā)出一度電，國家補(bǔ)貼0.42元，為期20年，上海地方民用補(bǔ)貼0.4元，為期5年，見表3。

表3　國家/上海補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)表

而該系統(tǒng)裝機(jī)容量為500kw、上海地區(qū)平均每天日照峰值小時數(shù)為3.69小時，該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率為80%，所以該系統(tǒng)一天的發(fā)電量為500*3.69*80%=1476度，年發(fā)電量為538740度。但該系統(tǒng)發(fā)電效率首年衰減率2.5%，其后每年衰減率為0.7%。具體預(yù)測如圖3所示：

圖3　發(fā)電量預(yù)測圖

每一個充電樁成本約為3700元，充電樁安裝成本約為90000元，以該區(qū)域服務(wù)90輛新能源汽車計算，充電樁總成本為423000元，補(bǔ)貼總額彌補(bǔ)該系統(tǒng)成本后節(jié)余1581258元。需要指出的是該系統(tǒng)后期維護(hù)成本并不高，每周清除下太陽能光板上灰塵即可，剩余資金也可用來在電力緊張時上網(wǎng)購電。

（四）太陽能光伏發(fā)電停車棚系統(tǒng)的節(jié)能減排效果

由上文計算可知，該系統(tǒng)在其使用周期內(nèi)的發(fā)電總額為1210.5萬度。當(dāng)前情況下汽車每一百公里油耗約為6.7升，如果構(gòu)建該太陽能光伏發(fā)電停車棚后其所用電量全用在新能源汽車蓄電上，在該太陽能光伏發(fā)電停車棚生命周期內(nèi)可以節(jié)省汽油4367111升。而目前一升汽油排放2.254kg二氧化碳，該太陽能光伏發(fā)電停車棚在其使用期間內(nèi)能減少約9843.5噸的二氧化碳排放。其減排效果是十分可觀的，如表4所示。

表4　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)生命周期內(nèi)的效益表

（五）太陽能光伏發(fā)電停車棚發(fā)展前景展望

就短期來看，如果本方案所提出的太陽能在全校范圍內(nèi)得到實(shí)施，根據(jù)估計，可構(gòu)建太陽能停車棚約4萬平方米，裝機(jī)總量為62500kw，系統(tǒng)生命周期內(nèi)發(fā)電總量為15131.25萬度，年發(fā)電量約為605.25萬度。生命周期內(nèi)可節(jié)省汽油54588887.5升，相應(yīng)減少約123043.4噸二氧化碳排放。從數(shù)據(jù)計算可見，如果在我校全校范圍內(nèi)實(shí)行這個方案，帶來的節(jié)能減排效果十分驚人，見表5。

從中期來看，如果本方案所提出的太陽能發(fā)電停車棚在上海地區(qū)實(shí)行的話，2013年，上海地區(qū)私人小型汽車擁有量為157.92萬輛，一個停車位面積約為15平方米，如果這些汽車在中期內(nèi)有50%更新成新能源汽車并由太陽能光伏發(fā)電停車棚進(jìn)行充電的話，僅僅考慮在停車位上方搭建太陽能停車棚的話，該太陽能光伏發(fā)電停車棚在其生命周期內(nèi)發(fā)電量為4480363.13萬度，年發(fā)電量為179214.50萬度?？晒?jié)省汽油約162億升。相應(yīng)減少約3643萬噸二氧化碳排放量，見表5。而且這僅僅是考慮在停車位上方進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)際情況下可構(gòu)建區(qū)域更大。

從長遠(yuǎn)來看，若本方案所提出的太陽能發(fā)電停車棚方案能在全國范圍內(nèi)實(shí)行的話。2013年，全國地區(qū)私人小型汽車擁有量為8810.51萬輛，如果長遠(yuǎn)內(nèi)這些汽車有80%能更換成新能源汽車并由太陽能光伏發(fā)電停車棚進(jìn)行充電的話，僅僅考慮在停車位上方搭建太陽能停車棚的話，該太陽能光伏發(fā)電停車棚在其生命周期內(nèi)發(fā)電量為40000億度，每年發(fā)電量為1599億度,生命周期內(nèi)節(jié)省燃油14400億升，相應(yīng)減少約32.5億噸二氧化碳排放，見表5。而一升汽油約為0.72kg，本方案生命周期內(nèi)節(jié)省汽油103886.36萬噸，每年節(jié)省汽油4155.45萬噸，而我國2012年石油生產(chǎn)總量為20747.8萬噸，該方案每年節(jié)省的汽油占我國年石油生產(chǎn)總量的20.02%，由此可見實(shí)行該方案對我國來說還意味著能源戰(zhàn)略的調(diào)整。

表5　太陽能光伏發(fā)電停車棚實(shí)施后預(yù)期減排效果表

三、結(jié)論

由上文介紹可知，構(gòu)建太陽能光伏發(fā)電停車棚在經(jīng)濟(jì)上是可行的，其帶來的好處不僅是節(jié)能，也能很大程度地推廣新能源汽車的使用從而達(dá)到減排的效果，可以說是一舉兩得。

另外本文調(diào)研對象是上海海事大學(xué)臨港校區(qū)，其能很好的滿足構(gòu)建該太陽能光伏發(fā)電停車棚所需的硬件條件，存在適合停車且采光效果良好的區(qū)域即可。所以本文所提出的構(gòu)建太陽能光伏發(fā)電停車棚這一理念不拘束于上海海事大學(xué)臨港校區(qū)，在全國滿足以上兩條件的高校都能推廣。

最后需要指出的是，目前構(gòu)建太陽能光伏發(fā)電停車棚雖然可能并不會對新能源汽車推廣起到立竿見影的作用，但即使在初期不用于新能源汽車充電，該太陽能光伏發(fā)電停車棚產(chǎn)生的電能也可以用作其他用途，但其在推廣新能源汽車使用方面的效果是可想而知的。

[1]陳昌松,段善旭,殷進(jìn)軍,蔡濤.基于發(fā)電預(yù)測的分布式發(fā)電能量管理系統(tǒng)[J].電工技術(shù)學(xué)報,2010,(03).

[2]趙春江,洪崇恩,劉永生.家庭太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[J].上海節(jié)能,2013,(04).

[3]于雪梅.談太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2013,(04).

[4]太陽能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題簡述[J].中國電業(yè)技術(shù), 2012,（12).

[5]馬寧.太陽能光伏發(fā)電概述及發(fā)展前景[J].智能建筑電氣技術(shù), 2011,(02).

[6]李眾宜.低碳經(jīng)濟(jì)背景下新能源汽車的市場推廣策略研究[J].山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報,2012,(06).

[7]李建.新能源汽車推廣和現(xiàn)行問題分析[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013, (08).

[8]嚴(yán)浩云.上海居民購買新能源汽車經(jīng)濟(jì)性比較研究[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報,2013,(02).

[9]Lixian Qian.Didier Soopramanien Incorporating heterogeneity to forecast the demand of new products in emerging markets:Green cars in China,Technological Forecasting&Social Change.2014 TFS-17936;14

[10]周蘇.新能源汽車解析[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2012.

[11]石川憲二.新能源汽車技術(shù)及未來[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

[12]呂志堅,孟捷.國際科技動態(tài)跟蹤[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2013.

王偉，上海海事大學(xué)經(jīng)管學(xué)院管理科學(xué)與工程研究生。

F49

B

1008-4428（2015）08-39-03