風(fēng)光互補充電樁在內(nèi)蒙古草原公路的應(yīng)用分析

陳松利 萬大千

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010018）

隨著日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，世界各個國家都制訂了非常嚴(yán)格的排放法規(guī)，所以不少國家的能源戰(zhàn)略都有一個明顯的政策導(dǎo)向- 鼓勵發(fā)展電動汽車[1]。在國務(wù)院出臺減免購置稅優(yōu)惠政策的支持下，新能源汽車行業(yè)大規(guī)模增長，新能源汽車發(fā)展現(xiàn)階段最突出的問題就是續(xù)航能力不足，充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)相對滯后，因此，充電樁等配套設(shè)施的建設(shè)就顯得尤為重要。

而隨著人們對環(huán)境保護意識的增強，應(yīng)用可再生能源已成為全球趨勢。在眾多的可再生能源中，風(fēng)能和太陽能利用技術(shù)是最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)。但由于風(fēng)能和太陽能存在著地理、氣候條件差異較大特點，單獨利用太陽能或者風(fēng)能無法保證持續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，而風(fēng)光互補混合發(fā)電系統(tǒng)就很好地解決了這一難題，彼此互補，提高了可再生能源的利用率[2]。內(nèi)蒙古具有得天獨厚的風(fēng)能和太陽能資源，是國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)得以落實的重要地區(qū)，因此，為推動草原公路應(yīng)用綠色能源，在草原公路沿線的停車區(qū)、服務(wù)區(qū)安裝風(fēng)、光互補發(fā)電系統(tǒng)組成微電網(wǎng)為新能源汽車充電裝置提供穩(wěn)定的電力輸出，具有重要的應(yīng)用前景，是未來作為充電裝置綠色能源來源的重點之一[1-2]。

1 風(fēng)光互補充電系統(tǒng)設(shè)備組成

圖1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

系統(tǒng)設(shè)備組成如圖1 所示，主要由太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機組、智能控制器，充電- 逆變器、儲能鋰電池、充電樁等構(gòu)成。風(fēng)電機組和光伏電池發(fā)出的電通過智能控制器經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換電壓后作為充電樁電源為電動汽車充電，當(dāng)發(fā)電量富足時除了為充電樁和其它用電設(shè)備供電外，還向儲能鋰電池充電；發(fā)電不足時由儲能鋰電池通過智能控制器經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換電壓后協(xié)助向充電樁和其它照明、生活生產(chǎn)用電設(shè)備供電。

2 內(nèi)蒙古草原公路風(fēng)光互補充電樁可行性分析

2.1 內(nèi)蒙古風(fēng)能與太陽能資源情況

內(nèi)蒙古位于我國的北部，橫跨東北、華北、西北三個地區(qū)，東西長2400km，南北寬1700km，總面積占全國總面積的12.3%左右，大部分地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。內(nèi)蒙古的理論可開發(fā)風(fēng)能儲量為78690 萬kW，可開發(fā)風(fēng)能儲量為6178 萬kW，占全國風(fēng)能總儲量的24.4%[3-4]，風(fēng)資源占有量在全國排第一位，內(nèi)蒙古各盟市風(fēng)能資源年平均風(fēng)速分布如圖2 所示。

內(nèi)蒙古的太陽能資源也非常豐富，僅次于青藏高原，內(nèi)蒙古光照充足，太陽能輻射較強，年均輻射總量在4840～7020MJ/m2左右。大部分盟市年日照時數(shù)都超過了2800h，阿拉善盟西部沙漠地區(qū)更是高達3450h[3-4]以上，內(nèi)蒙古太陽能資源年分布如圖3 所示。

圖2 內(nèi)蒙古風(fēng)能資源年平均風(fēng)速分布圖

圖3 內(nèi)蒙古太陽能資源年分布圖

2.2 內(nèi)蒙古草原公路風(fēng)光互補充電樁可行性分析

近年來隨著內(nèi)蒙古自治區(qū)能源的開發(fā)、輸送和旅游業(yè)的快速發(fā)展，國家及自治區(qū)政府對自治區(qū)交通建設(shè)投資力度逐年加大，據(jù)內(nèi)蒙古正北方網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2019 年底，內(nèi)蒙古公路總里程達20.6 萬km，其中高速公路6633km、一級公路8443km，全區(qū)農(nóng)村牧區(qū)公路通車總里程16.5 萬km，國道和省道的主干線路網(wǎng)已經(jīng)覆蓋內(nèi)蒙古85%以上盟市，達到了縣（旗）縣（旗）通油路，連通了70%以上的蘇木鄉(xiāng)鎮(zhèn)[5-7]。內(nèi)蒙古自治區(qū)具有8666.7 萬hm2的天然草場，草原面積占土地總面積的73.3%[6]，內(nèi)蒙古草原公路如S105 省級大通道具有路域地形地貌變化較小、線路長、橫跨內(nèi)蒙古中西部和東北地區(qū)，沿途的風(fēng)能和太陽能資源非常豐富，且內(nèi)蒙古每年的春、秋、冬大風(fēng)季節(jié)是太陽關(guān)照最弱的時候，而炎熱的夏季正好是風(fēng)能最差的時候，因此在內(nèi)蒙古草原公路沿線非常適合安裝風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。隨著世界各國對環(huán)境保護的重視，推廣應(yīng)用新能源和清潔能源汽車已成為全球趨勢。據(jù)公安部統(tǒng)計，截至2019 年底，全國新能源汽車保有量達381 萬輛，內(nèi)蒙古全區(qū)LNG 與電動出租車達到了51.5%，LNG 與電動公交車達到了63.3%[6]。若按照這一數(shù)據(jù)計算，目前的車樁比約為3：1。與《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020）》[9]規(guī)劃車樁比1：1 還有巨大的缺口。因此，在內(nèi)蒙古草原公路沿線的停車區(qū)、服務(wù)區(qū)安裝風(fēng)光互補系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)組成微電網(wǎng)，建設(shè)和安裝一定數(shù)量的充電樁，保證新能源汽車有足夠的行駛里程，是完全可行的。草原公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施如圖4 所示。

圖4 草原公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施布局

3 結(jié)論

節(jié)能與環(huán)保是未來汽車發(fā)展的重要方向，新能源汽車是我國汽車產(chǎn)業(yè)趕超世界的重要發(fā)展機遇，提前規(guī)劃好新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)才能促進我國新能源汽車的發(fā)展，而內(nèi)蒙古具有得天獨厚的可再生能源，必須結(jié)合內(nèi)蒙古區(qū)域特色，加快發(fā)展風(fēng)力和光伏發(fā)電，在內(nèi)蒙古草原公路沿線建設(shè)和安裝風(fēng)光互補系統(tǒng)充電樁不僅可以減少傳統(tǒng)能源的消耗，而且可以很好地保護當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，為新能源汽車充電樁的建設(shè)明確了新的研究方向[10]。同時，也為無電網(wǎng)覆蓋的偏遠地區(qū)使用新能源汽車提供了新的參考和方向。