太陽能路燈在城市照明中的應(yīng)用模式分析

劉 穎，李琳琳，唐吉川

(岳池縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，四川岳池 638373)

引言

隨著分布式能源的發(fā)展和節(jié)能減排的需求，太陽能路燈作為一種節(jié)能有效的新型照明工具，開始在城市照明系統(tǒng)中大量應(yīng)用。太陽能路燈作為照明工具接入城市照明供電系統(tǒng)，現(xiàn)階段的應(yīng)用模式是各組路燈獨立運行，這在太陽能的高效利用以及保障城市照明方面存在缺陷。

本文在分析城市照明中太陽能路燈應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，選擇基于區(qū)間的電網(wǎng)可靠性計算模型，分析了太陽能路燈接入對城市照明供電系統(tǒng)可靠性的影響，對太陽能路燈的應(yīng)用新模式進(jìn)行了論證。

1 太陽能路燈在城市照明中的應(yīng)用模式分析

1.1 城市照明現(xiàn)狀

隨著社會的發(fā)展和人類的進(jìn)步，對于能源的需求日益增加，面對有限的能源儲備，節(jié)能已經(jīng)成為人類的一大課題。隨著城市規(guī)模的不斷擴大，用于城市照明的電能消耗不斷增加，據(jù)統(tǒng)計，目前我國城市照明的年用電量約占全國總發(fā)電量的4%～5%［1－3］。因此，針對城市照明的節(jié)能有必要，也勢在必行。

太陽能路燈是采用晶體硅太陽能電池供電，免維護閥控式密封蓄電池儲藏電能，超高亮LED燈具作為光源，并由智能化充放電控制器控制，可有效實現(xiàn)城市照明節(jié)能的路燈?；谔柲苈窡艄?jié)能有效、能源清潔的特點，使用太陽能路燈已經(jīng)成為未來城市照明的趨勢，已有部分光照充足的城市實現(xiàn)了利用太陽能路燈代替常規(guī)路燈實現(xiàn)道路照明。

1.2 太陽能路燈應(yīng)用模式分析

已存在的太陽能路燈應(yīng)用模式是每一組路燈獨立運行，不與公用交流供電系統(tǒng)并網(wǎng)。在光照不充足的城市，轉(zhuǎn)換的電能不能維持路燈照明功能，因此該模式不能完全實現(xiàn)太陽能路燈的照明功能，不能有效的利用太陽能;而在光照充足的城市，轉(zhuǎn)換的電能充足，獨立運行的模式使得多余的電能不能輸送出去進(jìn)行有效利用，不利于能源的有效分配與利用。因此最優(yōu)的運行模式是實現(xiàn)太陽能路燈與交流供電網(wǎng)絡(luò)的并網(wǎng)，這可彌補光照不充足城市光能不足以完成照明的缺點，利用光能與交流供電網(wǎng)絡(luò)同時供能，實現(xiàn)節(jié)能與可靠照明的需求，對于光照充足城市可將多余轉(zhuǎn)換電能傳輸至其他用戶側(cè)，實現(xiàn)能源利用的最大化。

假設(shè)太陽能路燈的電池板可靠供電的概率為0.95，交流供電網(wǎng)絡(luò)可靠供電的概率為0.99，則在二者同時供電的情況下城市照明的可靠度見表1所示。

表1 各供電模式下的城市照明可靠度Table 1 City lighting reliability under various power mode

由表1可以看出，二者并網(wǎng)運行條件下，可有效提高城市照明的可靠度。在經(jīng)濟技術(shù)條件以及自然環(huán)境的約束下，要實現(xiàn)城市全太陽能路燈照明，不接入交流供電網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段還不能實現(xiàn)，而在太陽能路燈與交流電網(wǎng)并網(wǎng)運行的應(yīng)用模式下，由于分布式電源的接入，在節(jié)能的同時，亦可提高城市照明以及供電系統(tǒng)的可靠性。因此兩者并網(wǎng)運行是現(xiàn)有條件下解決節(jié)能與城市可靠照明的最佳模式，同時這也是智能電網(wǎng)的發(fā)展要求。

2 對可靠性影響分析

當(dāng)城市照明系統(tǒng)中部分或全部接入太陽能路燈時，由于太陽能路燈具有分布式電源的特性，因此，對于太陽能路燈接入城市照明供電系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性的影響與分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響相似。

對于光照不充足的城市，太陽能路燈與交流供電系統(tǒng)并網(wǎng)，在照明過程中是作為負(fù)荷，電網(wǎng)向路燈輸送電能，在這種情況下，提高了城市照明可靠性，而對于照明供電系統(tǒng)可靠性影響不大;對于光照充足的城市，太陽能路燈可作為分布式電源，向供電系統(tǒng)輸送電能，太陽能路燈的接入會改變照明供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，影響整個供電網(wǎng)絡(luò)的可靠性，本文選擇該情況作為研究對象。

系統(tǒng)正常工作時，若太陽能路燈與照明供電網(wǎng)配合良好，可緩解電網(wǎng)的過負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)堵塞，增加其輸電裕度，緩解電壓驟降，增加對電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)能力，減少損耗，同時太陽能路燈作為后備電源，在系統(tǒng)停電時仍可為電網(wǎng)提供電源以減少其停電時間［4－8］。

由于城市照明供電系統(tǒng)相對簡單，選擇一小型縣城，其照明配電系統(tǒng)的示意圖見圖1。

圖1 照明配電系統(tǒng)示意圖Fig.1 Lighting power supply system

該系統(tǒng)一共9條線路、7個負(fù)荷點、7個熔斷器、6個隔離開關(guān)、7個用戶變壓器、1個斷路器，其中負(fù)荷6、7處裝有太陽能路燈，可等效為在饋線6、8處有分布式電源。選擇基于區(qū)間的電網(wǎng)可靠性評估算法，其中主要的可靠性指標(biāo)如下［9］:

系統(tǒng)平均斷電率 (單位:次/戶·a):

系統(tǒng)平均斷電持續(xù)時間 (單位:h/戶·a):

用戶平均斷電持續(xù)時間 (單位:h/次):

平均供電可用率:

平均停電不可用率:

計算過程中假設(shè)斷路器和熔斷器的故障率為0，因其故障率非常小，對可靠性的計算結(jié)果影響不大，可以忽略;隔離開關(guān)操作時間為0.5h，其區(qū)間值為［0.4，0.6］;用戶變壓器故障率為0.015次/臺·a，平均修復(fù)時間為25h，其區(qū)間值按誤差20%計算;太陽能路燈電池板故障率為5次/a，平均修復(fù)時間為50h，其區(qū)間值按誤差10%計算。計算結(jié)果見表2、表3。

表2 無太陽能路燈接入的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)Table 2 Reliability of power supply network without solar lights

表3 太陽能路燈接入的電網(wǎng)可靠性指標(biāo)Table 3 Reliability of power supply network with solar lights

由表2、表3可以看出，當(dāng)有太陽能路燈接入城市照明供電系統(tǒng)后，供電系統(tǒng)的可靠性明顯有所提高，有效保障了城市照明供電系統(tǒng)的供能，提高了城市照明的可靠度。

3 結(jié)論

太陽能路燈能實現(xiàn)城市照明的有效節(jié)能，分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽能路燈與交流供電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，可提高節(jié)能效率、保障城市照明的可靠度、提升城市照明供電系統(tǒng)的可靠性，是實現(xiàn)節(jié)能與踐行智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的有效手段。

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