低空架空索道在集中式光伏場站運維檢修中的應(yīng)用探索

永登縣弘陽新能源發(fā)電有限公司 劉東東

1 引言

架空索道具有對自然地形適應(yīng)性強、爬坡能力大、占地面積少、受氣象影響小，以及設(shè)備簡單、建設(shè)速度快、管理費用低等優(yōu)點，大幅度地減少對地表植被生態(tài)和景觀的影響，在光伏領(lǐng)域應(yīng)用有極大的探索意義。

目前索道主要應(yīng)用在整個旅游行業(yè)，全國的索道數(shù)量已經(jīng)達將近1200條，光伏領(lǐng)域應(yīng)用處于空白階段。我國戈壁、沙漠、荒灘區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面附著物較少自然條件差，生態(tài)環(huán)境脆弱，大多屬于國有荒灘地，開發(fā)利用條件優(yōu)越；滿足建設(shè)用地要求，適合建設(shè)大型光伏并網(wǎng)發(fā)電項目。

2 光伏電站使用架空索道的背景

我國戈壁、沙漠、荒灘土質(zhì)含粉土、含礫砂層，結(jié)構(gòu)疏松，干燥，土層凝結(jié)度低，區(qū)內(nèi)天然植被稀少，地勢開闊，該層工程地質(zhì)條件差。光伏電站檢修頻繁，光伏場區(qū)道路縱橫交錯，道路密度高，車輛行駛極易引起地表原始凝結(jié)狀態(tài)破壞，大風天氣引起揚塵，且車輛行駛中揚塵較大，不利于戈壁、沙漠、荒灘區(qū)域內(nèi)防風固沙，與我國在戈壁、沙漠、荒灘區(qū)域內(nèi)環(huán)保政策背道而馳。

目前光伏場區(qū)主干道路多采用人工鋪砂石道路，雖對揚塵有抑制作用，但對砂石需求量大，砂石的采集、粉碎、運輸都有不同程度的環(huán)境污染和對自然資源的破壞、能源的消耗，且砂石道路不利于植被恢復。

3 光伏電站使用索道的必要性

光伏場區(qū)建成后，日常巡視、檢修、維護主要以匯流箱、逆變器為主，攜帶工具大多以萬用表、鉗表、螺絲刀、手鉗等輕型工具為主。攜帶備件以保險、板件等輕型耗材為主。大型機械進入頻率低，重型備品如變壓器油概率頻次1次/年，工具、備件、人重量低空索道足可以承重，用索道空中優(yōu)勢代替車輛頻繁對土壤的碾壓。光伏組件具有雨水匯流作用，雨水沖刷光伏組件后落地形成一條濕潤地帶，逐漸對土壤進行改良，日積月累、減少人為活動有利于植被的恢復，最終達到有光伏的地方就有綠色，有綠色的地方就有野生動物，達到人與自然的和諧共生。

沙漠地帶安裝光伏對沙土環(huán)境改善已經(jīng)有很多成功的經(jīng)驗，如陜西大荔某光伏，光伏下沙漠草長茂密。然西部地區(qū)戈壁、沙漠、荒灘大多數(shù)地方降雨量不及陜西，但是光伏具有遮光作用，匯集雨水對沙漠土壤改善作用，耐旱性植物如紅柳、駱駝刺在間歇性的雨水滋潤下也有頑強的生命力，人類要做的就是在這些植物成長的過程中足下留情，因此低空架空索道空中交通系統(tǒng)的建設(shè)就很有必要。

生態(tài)研究表明，索道是最環(huán)保的交通解決方案?！翱瓦\索道點對點運輸，運距最短，電力驅(qū)動，同等運能情況下能耗更少，產(chǎn)生的二氧化碳當量最小。假設(shè)使用壽命為 30年，索道產(chǎn)生的二氧化碳當量不到其他運輸工具的四分之一”，

近年來，隨著科技的不斷進步，人工干預(yù)天氣對自然環(huán)境進一步惡化狀況的改善起了巨大的作用，如人工降雨、人工降雪。但是人類工業(yè)化進程不斷加快，人類涉足的地域越來越廣，破壞的范圍也越來越廣，有必要對人類生產(chǎn)活動區(qū)域脆弱的生態(tài)保護提出一種可靠的解決辦法。索道成為一種新型的綠色交通工具，真正踐行了綠色低碳環(huán)保新理念。近年來光伏+農(nóng)業(yè)，光伏+充電樁、光伏+畜牧、光伏+漁業(yè)，光伏+交通等，光伏+已經(jīng)變成無限可能，隨著光伏+技術(shù)應(yīng)用潮流風靡盛行，光伏+索道交通在光伏領(lǐng)域也有必要展開具有前瞻性的探索。

4 目前光伏電站交通成本分析

4.1 道路施工成本分析

以某戈壁、沙漠50MW 光伏電站修路成本為例，道路維修合計成本1127048.5萬元，戈壁、沙漠、荒灘地勢平坦，具備基本的通行，沙礫石開挖101343元和沙礫石回填51485.5元，兩項合計152828.5元作為初步道路維修費用滿足通行條件，結(jié)余974220元。

4.2 車輛使用維護成本分析

以光伏配20萬元車輛計算，每天平均30km，每年行駛10950km，25年行駛273750km，油耗以9L/100km 計算，共計需24637.5L，以每升8.5元共計209418.75元，車輛維修、保養(yǎng)保險每年預(yù)計1萬元，全生命周期預(yù)計25萬元。全生命周期每輛車合計費用659418.75元，且不包括中途更換車輛及配置雙車輛的費用。

4.3 車輛使用導致組件遮擋電量損失分析

光伏場站檢修人員每日場區(qū)進入頻繁，車輛所經(jīng)之處揚起沙塵，沙塵落在光伏組件之上，阻擋陽光照射組件，影響組件發(fā)電，光伏場區(qū)道路縱橫交錯，影響面積占總?cè)萘康?%，以50MW為例，全年發(fā)電量目標7500萬kWh，減去每年組件清洗4次40d 無影響時間，不考慮全生命組件衰減，發(fā)電量減少20%計算，預(yù)計影響電量達13.358萬kWh，25年生命周期影響電量333.95萬，以每kWh0.4元計算，損失合計133.58萬元。

5 使用低空架空索道技術(shù)要求

5.1 重載高速

重載高速即索道的承重既要滿足人員、轎廂、還有可能攜帶的工器具，備品備件的重量，還要滿足風力等外力作用的合力效果下安全系數(shù)，同時速度較常規(guī)速度有較快的提升，滿足運檢人員對于處理事故及缺陷的緊迫性要求，減少運檢人員交通耗費時間，提升檢修效率。

5.2 智能控制

智能控制是基于大數(shù)據(jù)的安全監(jiān)控故障診斷，以及遠程安全監(jiān)控故障診斷系統(tǒng)。充分利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高索道智能控制等領(lǐng)域的技術(shù)實力，從高速度大運量向高安全性、可靠性、乘坐舒適性發(fā)展，確保在光伏行業(yè)領(lǐng)域低空架空索道的應(yīng)用處于領(lǐng)先龍頭地位。

5.3 架空索道的構(gòu)成

一是鋼索：供轎廂行走、牽引轎廂運行；二是絞盤機：索道的動力設(shè)備；三是索道塔架、平臺；鋼支架等，起支撐承載索保持懸空狀態(tài)；四是電梯、旋梯；電梯從塔架平臺至地面塔架內(nèi)部垂直升降，旋梯繞塔架外圍焊接的樓梯呈螺旋狀攀爬上至或下至塔架平臺或地面；五是鞍座(直線或拐彎鞍座)：承托承載索且減少其撓度；六是止動器：固定在承載索上，使轎廂在預(yù)定位置停止；七是滑車：承托、轉(zhuǎn)向、拉緊鋼索等作用；八是轎廂：用于承載人和貨物的可以密閉的空間。

6 建設(shè)低空架空索道交通成本分析

按照目前的道路交通成本、車輛成本、電量損失成本分析都是一筆不小的費用，將此費用計入索道安裝施工，以50MW光伏容量為例計算，采用箱逆變一體機，箱變?nèi)萘坎捎?250kVA，預(yù)計共計需要15臺，每臺箱逆變間距按100m計算，合計1500m，加上邊界距離及裕度距離，在箱變及升壓站選址、設(shè)計時做好規(guī)劃，使邊界距離最短，陣列排布整齊。預(yù)留最大裕度，取最大裕度系數(shù)1.5，合計距離2.25km。

索道按照施工難易程度造價成本在20萬～200萬元/km，光伏場站戈壁、沙漠、荒灘區(qū)內(nèi)具有地勢平坦，機械易于安裝，索道高度低，施工周期短等優(yōu)點。按照最易于施工的費用計算合計45萬元，按照溢價1.5系數(shù)，合計67.5萬元，具體費用根據(jù)業(yè)主的配置要求適當增減，如索道平臺至地面采用爬梯、繞鐵塔旋轉(zhuǎn)樓梯或是電梯、16臺塔架平臺費用等，但是總體價格低于目前交通分析成本。索道應(yīng)用的全貌如圖1所示。

7 使用低空架空索道效果愿景

7.1 減少土地表層破壞

減少對光伏場區(qū)生態(tài)的侵擾，光伏場區(qū)無車輛對土壤表層的碾壓，光伏場區(qū)箱變（逆變器）與箱變（逆變器）之間的距離使用低空架空索道交通，某一子陣匯流箱之間故障處理徒步進行。積年累月，土壤逐漸改善，人為種植耐旱性植被，逐漸恢復草綠最終達到天藍草綠、動物成群人與自然和諧共生的狀態(tài)。

7.2 提升運輸效率

檢修人員接到檢修任務(wù)，準備工具、備品備件，從辦公區(qū)域乘坐電梯至樓頂轎廂?？刻帲蜷_轎廂箱門，人員進入關(guān)好門窗，按下要檢修的子陣編號，如7（號子陣），索道系統(tǒng)自動識別定位到該子陣塔架平臺處，索道系統(tǒng)開始行走，途經(jīng)的每個子陣都有語音播報系統(tǒng)，且報站下一個子陣編號，提醒乘坐人員間隔距離遠近。到預(yù)定檢修子陣后，轎廂自動?？吭谒芷脚_，人員走出轎廂，關(guān)好轎廂門。人員走至平臺電梯按鈕處，按下1按鍵，乘坐電梯至地面在當前7號子陣開展檢修任務(wù)，轎廂一直?？吭?號塔架平臺。

當人員檢修人員活動范圍較廣，超出當前子陣區(qū)域，人員可以前往最近的一個塔架平臺按下所在的子陣編號，此時轎廂將自動前往該子陣塔架平臺停靠，接送檢修人員前往下一個子陣或返回辦公場所。同時轎廂具有完整的控制系統(tǒng)，在行進中具有控制停止和啟動的功能，使人員在任何地方、任何場景都具有完全控制轎廂的能力。同時具有一鍵報警求生的功能，該功能和光伏主控室電話聯(lián)通，確保任何情況下都有和外界信息暢通的保障。

7.3 提升乘駕體驗

在乘坐的過程中視野開闊、較車輛比較不同的乘坐體驗感，人員身心放松，心情舒暢，相比較戈壁、沙漠干旱乏味的自然大環(huán)境，有利于檢修人員的身心健康。

7.4 增加經(jīng)濟效益

近年來隨著網(wǎng)紅打卡地的興起，打卡地所在的區(qū)域經(jīng)濟借助人口流量貢獻不少經(jīng)濟增長值。光伏與低空索道的結(jié)合就是工業(yè)與旅游業(yè)的結(jié)合，目前光伏加農(nóng)業(yè)、光伏加牧業(yè)模式已經(jīng)成熟。光伏加旅游也是在光伏場區(qū)修建觀光平臺的靜態(tài)階段，光伏加低空架空索道實現(xiàn)了人在光伏游，處處都是景，開創(chuàng)了光伏俯視動態(tài)旅游的先河，使之逐漸興起工業(yè)旅游熱、網(wǎng)紅打卡地。

8 使用低空架空索道注意事項

一是戈壁、沙漠、荒灘全年多風，以酒泉為例全年平均風速2.4m/s，8級大風平均17.1d，最多達40d，3、4、5月平均8.9d，最多達25d，6、7月多干熱風，建設(shè)低空架空索道應(yīng)注意防風及應(yīng)對極端天氣情況下突發(fā)狀況，索道轎廂行駛在低空中，如何防止擺動，可以借鑒高壓電力架空線路的經(jīng)驗，高壓電力架空線路具有架設(shè)高度高，鐵塔之間跨距大，架空導線加高耐壓值絕緣子噸位重，線路運行中隨時有隨大風擺動的安全隱患，但是設(shè)計人員巧妙運用防震錘化解了此種風險，同樣索道轎廂的防震放擺可以借鑒此經(jīng)驗。低空索道相比景區(qū)索道具有高度低，檔距小，擺幅小，安全可靠性高特點，具有實施的可行性。

二是轎廂內(nèi)應(yīng)配備安全衣，安全帶、緩降繩，急救醫(yī)藥箱等，乘坐轎廂人員應(yīng)經(jīng)過培訓合格，確保在轎廂突發(fā)故障緊急情況下或不能可靠?？吭谒芷脚_能按照應(yīng)急預(yù)案逃生自救，每年應(yīng)開展應(yīng)急演練，開展演練總結(jié)評價，針對演練中存在的不足及時制定相關(guān)的對策。

三是索道維保人員應(yīng)定期開展索道安全隱患排查，定期巡檢，維護保養(yǎng)，并做好相關(guān)記錄。

四是索道、轎廂應(yīng)有良好的避雷措施，人員所接觸到的金屬可導電部分應(yīng)與大地具有等電位，防止雷雨天氣人員遭受雷電侵害。同時轎廂應(yīng)與動力系統(tǒng)的電力電纜應(yīng)有良好的絕緣，防止乘坐過程中人員發(fā)生觸電危險。