鮑英豪

摘 要：碳達峰、碳中和是中國重大戰(zhàn)略決策，推進能源革命，加快綠色低碳發(fā)展是鐵路系統(tǒng)應(yīng)盡的責(zé)任，推動可再生能源在鐵路系統(tǒng)的應(yīng)用，盤活鐵路空閑用地資源，對于鐵路系統(tǒng)而言具有十分重要的經(jīng)濟效益和社會效益。針對鐵路沿線各個區(qū)域建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性進行了分析，研究了鐵路沿線分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)方案，并分析了供電可靠性；最后以山東地區(qū)3條鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，對其經(jīng)濟效益和社會效益進行了分析。研究結(jié)果表明：1）鐵路沿線能夠建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域主要包括：站房、站臺雨棚、鐵路停車場、路基邊坡、場坪邊坡、鐵路橋梁下方、生產(chǎn)生活房屋、料庫、車庫、其他空閑用地，以及其他空間等區(qū)域。2）鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)重點考慮接入鐵路電力供電系統(tǒng)和地方電力系統(tǒng)，不推薦接入牽引供電系統(tǒng)。3）經(jīng)測算，山東地區(qū)鐵路每百公里可建設(shè)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量約為17.0 MW，對應(yīng)的百公里年發(fā)電量約為1996萬kWh，每年每百公里可減少碳排放量1.9萬t；按“50%自發(fā)自用，50%余電上網(wǎng)”計算，每年每百公里可減少電費支出約1100萬元，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。研究結(jié)果可為鐵路沿線分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；鐵路沿線；建設(shè)區(qū)域；可再生能源；電力系統(tǒng)；經(jīng)濟效益；社會效益

中圖分類號：TK01+1/TM615 文獻標(biāo)志碼：A

0? 引言

碳達峰、碳中和是中國重大國策，也是中國今后很長一段時期內(nèi)的重要任務(wù)。加快發(fā)展可再生能源，以可再生能源替代化石能源，推進能源革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，探索可再生能源在各個行業(yè)的應(yīng)用，有助于中國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》指出，應(yīng)充分利用可再生能源，降低建筑化石能源消耗量。2022年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等9部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，鼓勵在高速鐵路沿線設(shè)施推動“光伏+”綜合利用，并鼓勵利用鐵路邊坡因地制宜開展光伏廊道示范項目建設(shè)；2021年12月9日，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，鼓勵在交通樞紐場站，以及公路、鐵路等沿線合理布局光伏發(fā)電及儲能設(shè)施，推動近零碳交通示范區(qū)建設(shè)。

從政策上看，國家正在逐步引導(dǎo)利用鐵路空閑用地資源，推進鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)已成為必然的發(fā)展趨勢。文獻[1-3]對鐵路領(lǐng)域建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了一些初步研究，但整體來講，鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仍處于起步階段。

本文針對鐵路沿線各個區(qū)域建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性進行分析，對鐵路沿線分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)方案進行研究，并對其供電可靠性進行分析；最后以山東地區(qū)3條鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，分析其經(jīng)濟效益和社會效益。

1? 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)區(qū)域分析

1.1? 鐵路沿線適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域

鐵路沿線適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域主要包括站房、站臺雨棚、鐵路停車場、路基邊坡、場坪邊坡、鐵路橋梁下方、生產(chǎn)生活房屋、料庫、車庫、其他空閑用地，以及其他空間等區(qū)域。

1.2? 各區(qū)域的適用性分析

1）站房。站房即車站主建筑，其屋面是目前鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的常用區(qū)域，由于目前站房多采用輕鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架金屬屋面，在進行站房設(shè)計時應(yīng)綜合考慮增加光伏組件等設(shè)備所增加的荷載，同時應(yīng)考慮安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后對站房整體視覺效果的影響，可采用光伏建筑一體化（BIPV）形式。

2）站臺雨棚。站臺雨棚也是目前鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的常用區(qū)域，由于站臺雨棚設(shè)置在臨近線路的位置，因此光伏組件的安裝需要考慮風(fēng)揭風(fēng)險，其與其他光伏發(fā)電設(shè)備應(yīng)采用緊貼站臺雨棚屋面固定的安裝方式，且應(yīng)在站臺雨棚設(shè)計時就做好光伏組件安裝所需的支架基礎(chǔ)預(yù)留工作。

3）鐵路停車場。鐵路停車場屬于鐵路自營場所，一般設(shè)置于鐵路站區(qū)地面1層，光伏組件可安裝在停車場車棚上，并可考慮與電動汽車充電樁結(jié)合，設(shè)置直流充電樁。同時，應(yīng)考慮停車場車棚的建設(shè)與站房整體視覺效果的搭配。安裝在鐵路停車場車棚上的光伏組件可考慮采用雙面光伏組件，既可增加分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，又可提高停車場車棚的使用性和美觀度。

4）路基邊坡。路基邊坡分為正線路基邊坡、動走線路基邊坡、牽出線路基邊坡等。高速鐵路正線的列車車速較快，若在正線路基邊坡安裝光伏組件，需要研究列車高速通過時產(chǎn)生的壓力和列車風(fēng)附加力產(chǎn)生的長期影響，光伏組件與路基邊坡的結(jié)合方式應(yīng)避免對路基邊坡的穩(wěn)固性構(gòu)成影響，因此現(xiàn)階段不建議在高速鐵路的正線路基邊坡上鋪設(shè)光伏組件。而高速鐵路動走線、牽出線，以及普速鐵路所有線路的列車車速較慢，路基邊坡安裝光伏組件時需要考慮的影響因素較少，因此比較適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。在路基邊坡設(shè)計時，可對安裝光伏組件所需的基礎(chǔ)預(yù)留工作與路基邊坡的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行統(tǒng)籌考慮，從而可減少后期安裝光伏組件對路基邊坡產(chǎn)生的影響。

5）場坪邊坡。由于車間、工區(qū)、四電工程等的場坪需要考慮排水問題，一般情況下這些區(qū)域的地面都比原始地面高，場坪邊坡的典型坡度為1.0：1.5，適用于光伏組件的安裝。在場坪邊坡設(shè)計之初，可考慮在其骨架預(yù)留光伏組件的安裝條件。

6）鐵路橋梁下方。一般在角度不大于30°的東西向的鐵路橋梁下方，周圍無其他遮擋且橋梁高度適合的情況下，可在橋梁下方柵欄內(nèi)部安裝光伏組件。

7）生產(chǎn)生活房屋、料庫、車庫等建筑。鐵路沿線設(shè)置有大量生產(chǎn)生活房屋、料庫、車庫、動車所等建筑，這些建筑屋面在滿足荷載的前提下可用于安裝光伏組件。在這些建筑設(shè)計時，屋面結(jié)構(gòu)應(yīng)與光伏組件的安裝條件進行統(tǒng)籌考慮并做出預(yù)留，以減少后期光伏組件安裝時的麻煩。

8）其他空閑用地。鐵路建設(shè)過程中，存在一定量的三角地、夾心地等空閑用地，可對其進行充分利用，在滿足行車安全的情況下，規(guī)劃安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

9）其他空間。文獻[4]提出在高速鐵路上空安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，為鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了很好的思路，但該方式是否適用尚需進一步分析，主要原因包括：①根據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)定，接觸網(wǎng)支柱上不允許安裝除接觸網(wǎng)系統(tǒng)外的其他設(shè)施。因此，利用接觸網(wǎng)支柱作為光伏支架以充分利用高速鐵路上方區(qū)域，從目前鐵路系統(tǒng)的管理體系來看是不允許的。②接觸網(wǎng)支柱上有大量導(dǎo)線，電壓等級為27.5 kV，根據(jù)TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》，鐵路帶電部分與建（構(gòu)）筑物邊沿之間的最小距離為2400 mm，利用接觸網(wǎng)支柱作為光伏支架時應(yīng)在接觸網(wǎng)支柱原設(shè)計基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的高度，為滿足荷載要求，需同步增加接觸網(wǎng)支柱截面面積，但如此將大幅增加投資。③接觸網(wǎng)支柱立于鐵路橋梁預(yù)留的基礎(chǔ)上，增加接觸網(wǎng)支柱荷載，需要同時增加預(yù)留基礎(chǔ)的尺寸，這就需要修改鐵路橋梁的通用圖紙。④接觸網(wǎng)支柱間隔一般為50 m，間距較大，因此只靠接觸網(wǎng)支柱作為光伏支架不能滿足分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)安全性的設(shè)計要求。⑤高速鐵路線路上方增加光伏支架等設(shè)施，需增加螺栓等零部件，這將對鐵路安全運營產(chǎn)生影響。綜合以上原因，本文認為在高速鐵路上空不適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2? 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方案

鐵路供電系統(tǒng)包括鐵路牽引供電系統(tǒng)和鐵路電力供電系統(tǒng)，其中，鐵路牽引供電系統(tǒng)為電力機車供電；鐵路電力供電系統(tǒng)為鐵路的通信設(shè)備、信號設(shè)備、站房、生產(chǎn)生活設(shè)施等供電。下文對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)分別接入這兩種供電系統(tǒng)的可行性進行分析。

2.1? 接入鐵路牽引供電系統(tǒng)的可行性

鐵路牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所、分區(qū)所、自耦變壓器（AT）所、開閉所、接觸網(wǎng)等組成。一般由地方電力系統(tǒng)引入兩路獨立的110 kV及以上電壓等級的電源為牽引變電所供電，高速鐵路進線電壓等級為220 kV及以上，牽引變電所將三相高壓電轉(zhuǎn)化為單相27.5 kV后通過接觸網(wǎng)為電力機車供電。

理論上講，鐵路沿線建設(shè)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可就近接入牽引變電所、分區(qū)所、AT所、開閉所等所（廳）為電力機車供電，原則上采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式；為最大化自發(fā)自用電量，計量點位于鐵路牽引供電系統(tǒng)高壓線路進線側(cè)。但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入鐵路牽引供電系統(tǒng)存在以下問題：

1）按照GB/T 33593—2017《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》，分布式電源一般接入35 kV及以下配電系統(tǒng)，不支持其接入110 kV及以上高壓系統(tǒng)。

2）鐵路牽引供電系統(tǒng)與國家電網(wǎng)結(jié)算均采用反向供電不計的方式，所以分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)未被利用的余電將不被計量。

3）鐵路每個供電臂的長度約為25 km，當(dāng)高速列車以300 km/h的速度運行時，列車在每個供電臂的運行時間約為5 min，因此當(dāng)發(fā)車間隔不大于5 min時，才能保證每個供電臂上均有列車運行，如此可保證分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用效率，否則其發(fā)出的電能只能返送到電網(wǎng)上。實際運營中，除京滬等繁忙干線鐵路外，其他鐵路線遠達不到5 min間隔的發(fā)車密度，因此在不增加儲能設(shè)施的情況下，光伏發(fā)電的自發(fā)自用利用率較低。

4）鐵路牽引供電系統(tǒng)的電壓等級為單相27.5 kV，電壓較高，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入成本相對較高，尤其對于鐵路沿線容量較小的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來講，經(jīng)濟效益很差。

綜上所述，由于鐵路牽引供電系統(tǒng)計費方式的特殊性，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式不適合接入該供電系統(tǒng)，且在不增加儲能設(shè)施的情況下光伏發(fā)電的自發(fā)自用利用率非常低，經(jīng)濟效益很差，所以不建議分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入鐵路牽引供電系統(tǒng)。

2.2? 接入鐵路電力供電系統(tǒng)的可行性

鐵路的每個車站基本都建有電力配電所，為鐵路站場、工區(qū)，以及通信設(shè)備、信號設(shè)備、生產(chǎn)生活設(shè)施供電，其一般由地方電力系統(tǒng)引入1路或兩路10 kV電源供電。鐵路沿線建設(shè)兩路電力貫通線，為鐵路沿線的牽引變電所、基站、中繼站等設(shè)施供電，電力貫通線接入電力配電所。

鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可就近接入電力配電所、牽引變電所、分區(qū)所、AT所、基站和中繼站等，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”，計量點可選擇在電力配電所進線側(cè)。

根據(jù)Q/GDW 1480—2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的要求，并網(wǎng)電壓可根據(jù)各并網(wǎng)點分布式電源的裝機容量進行初步選擇。裝機容量為8 kW及以下的分布式電源可接入220 V電力系統(tǒng)，裝機容量為8～400 kW的分布式電源可接入380 V電力系統(tǒng)；裝機容量為400～6000 kW 的分布式電源可接入10 kV電力系統(tǒng)，裝機容量為5000～30000 kW的分布式電源可接入35 kV電力系統(tǒng)。

對于鐵路站區(qū)、工區(qū)等區(qū)域，其可利用區(qū)域較多，安裝的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量較大，可接入10 kV中壓系統(tǒng)或多點接入380 V低壓系統(tǒng)。

對于鐵路區(qū)間區(qū)域，其可利用區(qū)域較少，安裝的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量不大，因此為節(jié)約投資，優(yōu)先選擇接入380 V低壓系統(tǒng)，并就近接入電力貫通線。

接入鐵路電力供電系統(tǒng)的主接線圖可根據(jù)并網(wǎng)點的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量，選擇由國家電網(wǎng)公司出版的《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計（2016版）》中的典型圖紙。

3? 供電可靠性分析

3.1? 通過饋線接入電力配電所和地方電力系統(tǒng)

鐵路站區(qū)附近分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)就近通過站饋線或新增饋線接入10 kV電力配電所，這是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)常規(guī)的接入方式，只要并網(wǎng)點容量可以滿足Q/GDW 1480—2015的要求、供電可靠性可以滿足地方電力系統(tǒng)的需要即可，這里不做贅述。

綜合考慮鐵路沿線可建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域大小、地方電力系統(tǒng)并網(wǎng)點的分布情況、地方電力系統(tǒng)的消納能力、鐵路電力貫通線的消納能力等因素，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)也可就近接入地方電力系統(tǒng)，此種接入方式對鐵路供電可靠性不會產(chǎn)生影響，同樣不再贅述。

3.2? 接入電力貫通線

由于鐵路區(qū)間建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用區(qū)域比較分散，因此從經(jīng)濟性的角度考慮，優(yōu)先將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入鐵路的電力貫通線。在其接入電力貫通線后，電力貫通線由單一的輻射式結(jié)構(gòu)變成多電源接入的有源系統(tǒng)；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置、接入容量和運行方式的變化，都會導(dǎo)致電力貫通線的有功潮流、無功潮流、電壓分布等發(fā)生較大變化，會對電力貫通線的穩(wěn)態(tài)運行造成影響。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力貫通線后，會改變配電線路的潮流分布，從而引起線路電流的變化。電力配電所母線電壓為V0，電力貫通線共有n個負荷點，第k個負荷點的功率為PL，k+jQL，k（k=1， 2， …， p， …， n）（其中，PL，k為第k個負荷點的有功功率；QL，k為第k個負荷點的無功功率）。第k-1個負荷點和第k個負荷點之間的線路Lk的阻抗為Rk+jXk（其中，Rk為第k個負荷點的電阻；Xk為第k個負荷點的阻抗），流經(jīng)Lk的電流為ik。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在第p個負荷點接入，其輸出電流為iPV，輸出功率為PPV+jQPV，（其中，PPV為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率；QPV為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的無功功率）。單個分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力貫通線的簡化示意圖如圖1所示。

根據(jù)文獻[5]的相關(guān)研究結(jié)論，當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力貫通線后，應(yīng)注意以下幾點問題：

1）接入后對電力貫通線有功潮流的影響。當(dāng)無分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時，線路電流的最大值出現(xiàn)在電力貫通線的首端；當(dāng)接入的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量較小時，線路電流的最大值仍出現(xiàn)在電力貫通線首端，且與無分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時相比有所減?。划?dāng)接入的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量較大時，線路電流的最大值可能出現(xiàn)在電力貫通線首端，也可能出現(xiàn)在光伏支路。因此，在無分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時電力貫通線電流屬于安全范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后應(yīng)關(guān)注其對電力貫通線電流的影響，主要關(guān)注光伏支路的載流量，確保光伏支路的電流不越限。

2）接入后對電力貫通線無功潮流的影響。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的無功功率大小與負荷所需無功功率密切相關(guān)，當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的無功功率大于負荷所需無功功率時，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)將向電力配電所倒送無功功率。

3）接入后對電力貫通線電壓分布的影響。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力貫通線后，節(jié)點處的電壓特性與分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入位置、接入容量和運行方式相關(guān)，但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入始終使電力貫通線節(jié)點處的電壓比無分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時有所抬升。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入位置越靠近電力貫通線的末端，對電力貫通線整體電壓的抬升作用越??；分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入容量越大，接入點電壓的抬升幅度越高；輸出的容性無功功率越多，接入點電壓的抬升越明顯。因此，在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力貫通線前，需根據(jù)實際情況進行計算，必要時應(yīng)通過仿真驗算等手段得到接入點處電壓值，防止接入點電壓超限，影響鐵路電力系統(tǒng)的安全。

4? 發(fā)電量分析

鐵路沿線分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量需要根據(jù)不同鐵路沿線的具體情況進行具體分析。本文以山東地區(qū)的萊榮高速鐵路、濰煙高速鐵路和鄭濟高速鐵路（山東段）3條鐵路沿線正處于建設(shè)階段的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，依據(jù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)前期的可行性研究報告中的數(shù)據(jù)，對其發(fā)電量進行測算。

4.1? 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可利用區(qū)域的有效面積估算

根據(jù)前文鐵路沿線適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)區(qū)域的分析，對這3條鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用區(qū)域的有效面積進行具體分析和估算。

4.1.1? 車站

鐵路車站建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用區(qū)域主要包括站房、站臺雨棚、鐵路停車場及其他零星用地。根據(jù)這3條鐵路的整體設(shè)計，對3條鐵路站區(qū)內(nèi)建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用區(qū)域面積和有效面積進行估算，具體如表1所示。

4.1.2? 區(qū)間

鐵路區(qū)間建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可利用區(qū)域主要包括鐵路橋梁下方、場坪邊坡及其他零星用地。其中，鐵路橋梁下方是否適合建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要對鐵路走向、橋梁高度、周圍是否有遮擋等因素進行具體分析，一般高鐵沿線鐵路橋梁下方防護欄內(nèi)的區(qū)域選取高鐵線路南側(cè)，且線路東西向的角度不超過30°、橋梁高度大于4 m的區(qū)域；場坪護坡包括牽引變電所、分區(qū)所、AT所、中繼站、基站等四電工程場坪護坡；其他零星用地包括通所道路兩側(cè)、閑置的三角地等區(qū)域。

對3條鐵路區(qū)間內(nèi)建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效面積及單位有效面積（即百公里有效面積）進行估算，具體如表2所示。

結(jié)合表1、表2可以看出：受線路走向、橋梁高度、周圍光照條件等因素的影響，3條鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效面積差別較大。

4.1.3? 整條鐵路線

3條鐵路線整條線路建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效面積及百公里有效面積統(tǒng)計如表3所示。

4.2? 太陽能資源分析

參照文獻[6]，山東省年太陽總輻射量在4542.61～5526.32 MJ/m2。其中，成武地區(qū)的年太陽總輻射量最少，為4542.61 MJ/m2；蓬萊地區(qū)的年太陽總輻射量最高，為5526.32 MJ/m2，屬于II類太陽能資源區(qū)，為“很豐富”區(qū)。

山東省各地的太陽能資源豐富程度與太陽總輻射量的分布特征類似。膠東半島北部、魯東南、魯北區(qū)域的年總太陽輻照量可達到1400 kWh/m2，為太陽能資源“很豐富”區(qū)；其中，蓬萊地區(qū)的年總太陽輻照量最大可達1535.59 kWh/m2。魯中、魯西、魯西南區(qū)域的年總太陽輻照量不足1400 kWh/m2，為太陽能資源“豐富”區(qū)，其中魯西南區(qū)域的年總太陽輻照量最低；而魯西南區(qū)域中，成武地區(qū)的年總太陽輻照量最低，為1262.85 kWh/m2。為簡化計算，本文按全年平均水平面總太陽輻照量約為1400 kWh/m2進行測算。

4.3? 經(jīng)濟效益和社會效益分析

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量與光伏組件裝機容量、光伏組件安裝傾角等參數(shù)直接相關(guān)。本算例選擇當(dāng)前主流應(yīng)用的單晶硅光伏組件進行測算，額定功率為550 W；單塊光伏組件尺寸為2256 mm×1133 mm×35 mm，面積約為2.556 m2。

參照文獻[7-9]及GB 50797—2012《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》，計算分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的上網(wǎng)發(fā)電量Ep，其計算式為：

式中：HA為水平面總太陽輻照量，kWh/m2；Es為標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）下的太陽輻照度，kW/m2，取值為1；PAZ為光伏組件裝機容量，kW；K為綜合效率系數(shù)，取83.87%。

關(guān)于光伏組件安裝傾角，考慮到鐵路沿線光伏組件的安裝位置特殊，無法按照最佳安裝傾角來安裝，因此本算例均按照光伏組件平鋪進行測算。

算例中各鐵路線的光伏組件總裝機容量及單位裝機容量（即百公里裝機容量）統(tǒng)計如表4所示。

從表4可以看出：每條鐵路線的光伏組件裝機容量受線路條件、站房規(guī)模、鐵路停車場規(guī)模、場坪高程等因素的影響較大，因此百公里裝機容量的差別較大；3條鐵路線平均百公里光伏組件裝機容量可達到17.0 MW。

通過計算可得，山東地區(qū)（以3條鐵路線為表征通過計算可得，山東地區(qū)（以3條鐵路線為表征）鐵路每百公里分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量約為1996 萬kWh，每年每百公里可減少碳排放量1.9 萬t；按“50%自發(fā)自用，50%余電上網(wǎng)”計算，每年每百公里可減少電費支出約1100萬元。綜上所述，鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

5? 結(jié)論

有效利用鐵路空閑用地資源，在合適區(qū)域建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，有利于盤活鐵路沿線土地資源，降低鐵路能耗水平，既符合國家政策，也是鐵路系統(tǒng)作為大型央企承擔(dān)社會責(zé)任的表現(xiàn)。本文分析了鐵路沿線各個區(qū)域建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的可行性；然后研究了鐵路沿線分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)方案，并分析了供電可靠性；最后以山東地區(qū)3條鐵路沿線正在建設(shè)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，對其經(jīng)濟效益和社會效益進行了分析。研究得到以下結(jié)論：

1）鐵路沿線能夠建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域主要包括：站房、站臺雨棚、鐵路停車場、路基邊坡、場坪邊坡、橋梁下方、生產(chǎn)生活房屋、料庫、車庫、其他空閑用地，以及其他空間等區(qū)域。

2）鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)重點考慮接入鐵路電力供電系統(tǒng)和直接接入地方電力系統(tǒng)，不推薦接入鐵路牽引供電系統(tǒng)。

3）以山東地區(qū)的萊榮高速鐵路、濰煙高速鐵路和鄭濟高速鐵路（山東段）3條鐵路沿線建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，經(jīng)過測算，山東地區(qū)每百公里鐵路可建設(shè)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量約17.0 MW，百公里年發(fā)電量約為1996萬kWh，每年每百公里可減少碳排放量1.9萬t；按“50%自發(fā)自用，50%余電上網(wǎng)”計算，每年每百公里可減少電費支出約1100萬元，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。但由于每條鐵路線的實際情況不同，因此差別也較大。

目前鐵路系統(tǒng)對可再生能源的利用尚無相關(guān)鐵路規(guī)范支持，因此要在鐵路系統(tǒng)中推廣可再生能源應(yīng)用，需要鐵路管理部門的大力支持，否則很難建設(shè)。建議開展試點建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上盡快完善建設(shè)、驗收、運維等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，推動可再生能源在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用。

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