太陽能光伏發電系統與電氣化鐵路融合探討

摘要：日前，《2004BP世界能源統計年鑒》測算世界石油總儲量為1.15萬億桶，以目前的開采速度計算，可供生產41年。面對環境的污染、生存空間的日益縮減，人們必須重新審視不可再生的化石能源帶來的種種問題。文章闡述了太陽能光伏發電系統與電氣化鐵路融合的設計方案，僅供參考。

關鍵詞：太陽能；光伏發電系統；電氣化鐵路；光伏組件；新能源 文獻標識碼：A

中圖分類號：U665 文章編號：1009-2374（2015）12-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.041

1 光伏發電系統建設的方式

1.1 光伏發電系統的組成形式

當南廣和貴廣鐵路開通后，廣東境內鐵路運營里程突破3900km。考慮到電氣化鐵路運行的特殊性以及能夠保證其通訊不受干擾，采用間歇式建設拱形構架（頂部安裝，兩側不封閉）。以16m長作為一個建設單元、5m長作為一個間隔段進行建造，這樣1km電氣化鐵路裝機容量約為2300kW。電氣化鐵路段為南北走向時，在鐵路段兩側可以安裝不超過1.8m高的太陽能光伏組件，在一定程度上可以充當隔音墻。

1.3 分布式光伏發電的性能

分布式光伏發電特指在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發自用、多余電量上網，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。分布式光伏發電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，充分利用當地太陽能資源，替代和減少化石能源消費。

分布式光伏發電具有以下特點：（1）輸出功率相對較小；（2）污染小，環保效益突出；（3）能夠在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況；（4）可以發電用電并存。分布式光伏發電是接入配電網，發電用電并存，且要求盡可能地就地消納。1km電氣化鐵路光伏發電工程裝機容量為2472.5kWp，屬于輸出功率相對較小的情況，正符合分布式光伏發電的模式。建議在鐵路沿線各小站配電房作為并網接入點。本期工程裝機容量為2472.5kWp，本工程以交流并網柜為界，本方案主要包括交流并網柜至并網點的接入系統方案，綜合考慮發電系統的裝機容量及發電原理與相應規范，接入系統示意圖如下：

1.4 接入電網電壓等級

根據《南方電網10kV及以下中業擴受電工程典型設計圖集（2014版）》第十部分：“200kW以上分布式光伏發電系統電源，宜接入10kV電壓等級系統。”《廣東電網公司分布式光伏發電接入計量方案（試行）》：“單個接入點的分布式光伏發電容量為100kVA及以上時，可采用10（20）kV電壓等級接入或0.4kV電壓等級接入，但接入點電壓等級應與用戶的原供電電源電壓等級一致。”本方案采用站內自發自用、余電上網的方式，并入站內配電網，本項目光伏發電采用10kV接入系統，就地消納是合適的。

1.5 光伏組件主要性能參數

2 光伏發電系統電氣參數要求

2.1 電壓偏差

為了使當地交流負載正常工作，光伏系統輸出電壓應與電網相匹配。光伏發電站接入電力系統后，應使電網接口處的電壓偏差符合《電能質量供電電壓允許偏差（GB/T12325-2008）》的規定。三相電壓的允許偏差為額定電壓的±7%，單相電壓的允許偏差為額定電壓的-10%～+7%。

2.2 頻率

當分布式光伏發電系統并網點頻率在49.5～50.2Hz范圍之內時，分布式光伏發電系統應能正常運行。

2.3 功率因數

分布式光伏發電系統功率因數應在0.95（超前）～0.95（滯后）范圍內連續可調。

2.4 諧波和波形畸變

光伏系統的輸出應有較低的電流畸變，以確保對連接到電網的其他設備不造成不利影響。光伏發電站并網運行時，向電網注入的諧波電流應滿足GB/T14549-1993的要求。

2.5 直流分量

分布式光伏發電系統向公共連接點注入的直流電流分量不應超過其交流額定值的0.5%。

2.6 電壓波動和閃變

分布式光伏發電系統接入后，所接入公共連接點的電壓波動和閃變值應滿足GB/T12326的要求。

2.7 電壓不平衡度

分布式光伏發電系統接入后，所接入公共連接點的電壓不平衡度應滿足GB/T15543-2008的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。

3 光伏發電系統建設的必要性及其在配電網中的地位和作用

3.1 適應負荷發展的需要，減輕電網供電壓力

經濟的迅速發展勢必帶來電力負荷的迅速增長，供電壓力也將進一步加大。發達地區范圍內110kV及以下電源容量少，負荷的用電大部分依靠電網下送。本方案在電氣化鐵路部分路段安裝太陽能光伏組件，無需額外征地，在節約了大量的土地的同時，也降低了工程的整體投資。分布式光伏電站可為電氣化鐵路沿線站點設備提供電能，可以降低電氣化鐵路沿線站點設備對外部電源供電的依賴，在一定程度上減輕當地電網的供電壓力。規模適當后并網發電，改善沿海地區的電能結構。

3.2 開發清潔能源，調整能源結構

本項目位置處于沿海地區，具有很好的光伏資源開發優勢和前景，應予以優先安排開發，充分利用太陽能這種可再生資源，節能減排，因此，太陽能光伏發電系統與電氣化鐵路融合設計方案是必要的和可行的。

4 結語

中國大部分城市出現了霧霾，超越省界的大氣污染，形成了廣泛的環境酸化，水體、土壤遭到不同程度的污染，嚴重的地方直接威脅到了人類的飲水安全。石化能源終將枯竭，嚴重影響我們的未來發展。能源問題是亟待解決的問題，光伏發電是一種清潔、環保、節能的新的發電形式，積極推進，鼓勵發展是有意義的。作為電力的設計人員，我們應該積極推進新型可再生能源的推廣和應用。改善現有的能源結構既是改善我們的居住環境，也是唯一能留給后代的禮物。分布式光伏發電雖然局部功率過小，但是星星之火一定可以燎原。

參考文獻

[1] 鄭詩程，丁明，蘇建徽，茆美琴.戶用光伏并網發電系統的研究與設計[J].電力電子技術，2005，（1）.

[2] 陳偉，石晶，任麗，唐躍進，石延輝.微網中的多元復合儲能技術[J].電力系統自動化，2010，（1）.

作者簡介：朱曄澍（1984-），男，湖南婁底人，供職于惠州電力勘察設計院有限公司，研究方向：電力勘察設計。

（責任編輯：黃銀芳）