光伏发电技术在地铁车辆段中的应用研究

徐海东

【摘 要】本文对光伏发电技术在地铁车辆段中的应用进行了研究。采用光伏发电技术不仅可以减少地铁对市网电能的需求，同时能够达到节能减排的目标。

【关键词】车辆段；光伏发电；节能减排

Photovoltaic power generation technology in metro depot

XU Hai-dong

（China railway way siyuan group southwest survey and design co.，LTD.， Kunming Yunnan 650000， China）

【Abstract】Photovoltaic generation technology in metro depot is studied in this paper. Using photovoltaic power technology not only reduce the demand for electricity， but also achieve the goal of energy conservation and emission reduction.

【Key words】Metro depot； Photovoltaic power； Energy conservation and emission reduction

0 引言

随着城市化进程的加速，轨道交通在城市交通中扮演重要角色。利用光伏发电技术为地铁车辆段提供电能，不仅可以减少地铁对市网电能的需求，节约运营成本；同时还可积极响应国家节能减排政策，有效推动我国可再生能源的发展。

地铁车辆段运营时间长，光伏发电系统能够得到充分的利用，产生的电能可以用来供车辆段的照明和动力设备使用。

1 光伏发电系统基本条件

1.1 气象条件

地铁车辆段所在当地需要日照条件充足，日照系数高，年日照时间长，一年中太阳能有效利用时间长，季节的总辐射量差异不大。该城市地铁车辆段适合设置太阳能光伏发电系统。

1.2 环境条件

光伏发电系统设置的位置应综合考虑车辆段周边环境，组件的布置需要避开或远离遮荫物。光伏组件的设计应与车辆段建筑单体相结合，综合考虑发电效率、发电量、电气和结构安全，并与建筑物屋顶形式相协调，满足安装、清洁、维护的要求。

2 光伏发电系统设计

太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏组件、光伏控制器和交流逆变器及相应的附属设施组成。

2.1 光伏发电系统的形式

车辆段大型库房（如停车库、检修库等）房屋顶空间较大，而且比较开阔，适合设置光伏发电系统。根据大型库房的屋顶结构，光伏发电系统选用顶棚形式。本系统光伏电站的按总额定功率为500kWp，分为两个独立运行的光伏子系统（表1）。

2.2 光伏组件选型

太阳能光伏组件是太阳能系统的核心部件之一。根据车辆段停车库房屋顶的形式，光伏组件与屋顶的结合采用BAPV方式。BAPV结合方式，不需要改变建筑物本身，只需将光伏组件固定安装在停车库的屋顶上。光伏组件选用标准单晶硅组件（表2）。

2.3 光伏逆变器选型

根据各光伏子系统的容量选择集中型并网光伏逆变器额定容量，光伏子系统1和光伏子系统2的逆变器均选择250kW的逆变器（表3）。

2.4 光伏并网设计

并网发电系统是光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合车辆段用电要求的交流电之后直接接入车辆段供电系统。在阴雨天或夜晚，光伏阵列没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由车辆段供电系统供电。

本系统中光伏子系统1逆变器经交流并网柜后接入车辆段变电所0.4kV低压侧I段母线，光伏子系统2逆变器经交流并网柜后接入车辆段变电所0.4kV低压侧II段母线。在变电所0.4kV并网接入点各设置一面防逆流控制箱，一但发现异常，会立即通过通讯控制逆变器降低输出电流，减少光伏系统发电功率；当出现故障时，防逆流接控制箱控制触器断开，分离光伏发电系统与车辆段供电系统，避免故障的扩大。

3 主要设备安装、线缆的选择

3.1 光伏组件的安装

光伏组件直接安装在车辆段停车库屋顶上，组件的安装倾角与屋面保持一致或与屋面形成一个较小的安装倾角，便于排水。

3.2 汇流箱、直流柜、逆变器及交流柜的安装

1）光伏汇流箱选用IP66防水型产品，直接安装于车辆段停车库屋顶上。（下转第19页）

（上接第17页）2）直流柜、逆变器及并网柜安装于车辆段光伏设备室。

3）光伏监控主机选择壁挂式主机，安装于光伏设备室的墙壁上。

4）光伏防逆流控制箱安装于车辆段变电所0.4kV开关柜室的墙壁上。

3.3 线缆的选择

1）直流侧电缆选用双绝缘防紫外线阻燃铜芯电缆；交流侧采用铜芯耐火、阻燃电缆。

2）直流侧的电缆与光伏组件的连接采用工业防水快速接插件，线缆及连接附件具有防水、抗老化的功能。

3）配线槽采用不锈钢金属线槽，配线线槽的布置考虑隐蔽布线方案，并与建筑结构协调一致。

4 经济效益和社会效益分析

4.1 经济效益分析

根据目前了解的情况，太阳能光伏发电系统的造价约为20元/W，车辆段新建500kW的太阳能光伏发电系统的造价约为1000万元。目前，国家在太阳能光伏发电系统应用方面也有相关的补贴政策。考虑该因素，则系统投资会进一步降低。据近最近几年太阳能的发展形势来看，太阳能光伏发电系统的造价将会越来越低。

车辆段一个500kW的太阳能光伏发电系统每年可发电估计约500000kW·h，平均电网电价按0.8元/kW·h，一年节约外网电费约40万元，预计25年可收回成本。光伏发电系统的使用年限按20年计算，其发电成本约为1.0元/kW·h。随着光伏发电技术的不断发展，发电成本还会逐渐降低。

4.2 社会效益分析

太阳能光伏发电系统目前正处于推广阶段，在城轨交通中安装太阳能光伏发电系统，其社会效益主要体现在以下几个方面：

1）响应政府号召，积极配合完成节能减排指标。太阳能是一种清洁、可再生能源，一个500kW的太阳能电池板每年相当于每年节省约150吨标准煤，减少二氧化碳排放约400吨。

2）城轨交通是一种公共交通工程，客流量相当大，在城轨交通中使用太阳能光伏发电系统可以起到较好的示范，对以后太阳能光伏发电系统的推广有积极作用。

5 结语

本文针对车辆段建立了光伏发电系统，并对光伏发电系统的发电量、节能减排及经济和社会效益进行了分析。文中只考虑了车辆段小块面积，而实际车辆段可利用的面积大至几万平米，若能充分利用，蕴含的能量还是比较大的。国家为了促进光伏产业的发展，提供了很多的优惠政策。因此，推广光伏发电技术在车辆段的应用具有很强的可行性。

【参考文献】

[1]杨金焕，于化丛，葛亮.太阳能光伏发电应用技术（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]周超.地铁高架车站太阳能光伏发电系统设计[J].北京：都市快轨交通，2014.

[责任编辑：王楠]