淺談太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在高速公路特長隧道的應用

1、    淺談太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在高速公路特長隧道的應用    馬俊摘 要：公路隧道，尤其是特長隧道位于偏遠地區(qū)，電力資源匱乏，無法滿足規(guī)范對于公路隧道供電系統(tǒng)的要求。本文旨在依托敦當高速公路項目，結(jié)合項目所在地環(huán)境地理條件，提出太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方案，討論太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在高速公路特長隧道的應用。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；太陽能；特長隧道中圖分類號：tm615 文獻標識碼：a 文章編號：1671-2064（2019）15-0119-02隧道作為公路的重要組成部分，能夠縮短公路里程、提高運輸效益，高速公路建設(shè)過程中多采用隧道形式。甘肅省地形地貌復雜，因此我

2、省高速公路隧道較多，部分隧道屬于特長隧道，且部分隧道位于人煙稀少地區(qū)。這些隧道附近市電線路較少，電力資源匱乏，實際運營中電能消耗巨大，就近供電線路無法滿足隧道實際運營用電需求。若采用架設(shè)專用供電線路方式，建設(shè)投資較大，因此如何解決特長隧道引電困難、能耗較高等問題，同時考慮降低后期運營費用成為主要問題。遵循國務院、交通部對公路工程建設(shè)過程中積極應用節(jié)能技術(shù)和清潔能源的相關(guān)要求，本文結(jié)合敦當高速公路項目，研究太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在公路隧道，尤其是在特長隧道中的應用。1 項目概況敦煌至當金山口公路是柳格高速g3011的組成部分，路線起點位于敦煌市呂家堡楊家梁村，與柳格公路瓜州至敦煌段ak116+800

3、順接，路線向西上跨g215線和黨河，經(jīng)肅州堡后出綠洲區(qū)，從敦煌市工業(yè)園區(qū)及物流園區(qū)北側(cè)戈壁繞行至敦煌試驗場，主線推薦方案長197.467公里，項目地處河西走廊內(nèi)陸，氣候干燥，降雨量小，蒸發(fā)量大，多風沙，太陽輻射強，氣溫日差較大，設(shè)置當今山隧道（長度為4441m）、阿爾金山隧道（長度為7527m）。根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查，該項目距離青海省界大于100km而且屬于戈壁，無法引入另一路電源，只能引入一路外接電源，不能滿足規(guī)范對于一級負荷要求雙電源供電的要求。結(jié)合項目環(huán)境條件，經(jīng)研究采用光伏發(fā)電技術(shù)對隧道的照明及監(jiān)控系統(tǒng)進行用電，同時將市電電源座為備用電源。2 設(shè)計方案經(jīng)計算，當金山隧道用電負荷如下：加強照

4、明功率為53.16kw，基本+應急照明功率為82kw，監(jiān)控設(shè)備功率為75kw，有源誘導標功率為14kw；阿爾金山隧道用電負荷如下：加強照明功率為53.16kw，基本+應急照明功率為138.31kw，監(jiān)控設(shè)備功率為110kw，有源誘導標功率為20kw?？紤]隧道照明采用智能調(diào)光系統(tǒng)，加強照明只在夏日晴天正午時分滿功率運行；同時考慮其他因素，隧道加強照明平均工作時間為6小時，基本+應急照明、監(jiān)控設(shè)備、有源誘導標需要24小時運行，滿功率平均工作時間為24小時，則日耗電量為（53.16+53.16）×6+（82+75+14+138.31 +110+20）×24=11181.36kwh

5、。由于項目所在地為甘肅省阿克塞地區(qū)，根據(jù)權(quán)威部門提供的甘肅省阿克塞縣區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，具體詳見圖1。根據(jù)nasa光伏計算管理軟件分析，該地區(qū)地面年平均日照指數(shù)詳見圖2。由圖1、圖2可知，全年日照平均峰值日照時數(shù)為5.66h。日實際需電量應為 k×e（其中k為光伏電站系統(tǒng)總效率，e為日發(fā)電量）?？傂蔾是各個部件及分系統(tǒng)效率之積，即：電纜輸送線損kc（0.97）、太陽能電池組件表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)kx（0.95）、太陽電池方陣組合損耗系數(shù)kz（0.95）、逆變器的轉(zhuǎn)換效率kn（0.90）之積?？傂蔾=kc*kx* kz*kn=0.97*0.95*0.95*0.90=0.7

6、9，所以求得光伏電站系統(tǒng)總效率k=0.79。綜上，則日發(fā)電量為：e=11181360/5.66/0.79=2500415.977wp，擬建 2.508mwe=2.508mw*5.66h*0.79=11214.27kwh根據(jù)組件規(guī)格選型，則選擇275w的太陽能組件9120塊。日實際發(fā)電量應為11214kw/h。太陽能光伏系統(tǒng)裝機容量2.5mw，占地面積約44000平方米（約66畝），系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、并網(wǎng)逆變器、直流/交流配電設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。本電站設(shè)計考慮到電站建設(shè)周期長，使用模塊化管理，故將整個電站分為76個模塊組成，每個模塊建成后即可使用。本系統(tǒng)選用多

7、晶硅太陽電池組件，峰值功率為275wp，共9120塊。分為76個模塊，則每個模塊為120塊太陽能組件，將9120塊組件分為20塊一串組成456個子串方陣，每6個組串方陣接入1臺直流匯流箱，共76個直流匯流箱，每個直流匯流箱接入到1臺并網(wǎng)逆變器，共76臺并網(wǎng)逆變器，4臺并網(wǎng)逆變器再接入到1臺交流配電柜，共19臺交流配電柜。考慮當金山隧道及阿爾金山隧道長度較長，為保證遠端設(shè)備正常使用，從交流配電柜引出到變壓器進行升壓，升壓后的高壓電傳輸?shù)截撦d旁的變電站降壓供負載使用。用電負載余電采用就地升壓，高壓輸電，接入變電站上傳到高壓電網(wǎng)上，滿足國家的并網(wǎng)的要求。夜晚時，切換到市電取電，給負載供電，主要設(shè)備如

8、表1所示。3 結(jié)語進入21世紀以來，國際光伏工業(yè)在過去平均年增長率為15%。世界市場出現(xiàn)了供不應求的局面，發(fā)展更加迅速，世界上一些發(fā)達國家紛紛宣布了自己的光伏發(fā)展計劃。到2030年，光伏發(fā)電在世界總發(fā)電量中將占到520%，我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場經(jīng)過近20年的發(fā)展已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，特別是經(jīng)過2002年國家光明工程的牽引，我國太陽電池組件的年生產(chǎn)能力躍上20兆峰瓦；目前的產(chǎn)能還在擴大，系統(tǒng)平衡部件的技術(shù)水平也在不斷的提高，這些都為我們解決遠離電網(wǎng)的公路隧道供電問題提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本項目太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應用為我省公路特長隧道利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)提供借鑒，解決公路特長隧道引電困難、

9、運營費用高等問題。同時，本項目太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應用能夠有效貫徹國務院質(zhì)量發(fā)展綱要（2011-2020）的主體思想，積極響應交通運輸部關(guān)于打造公路水運品質(zhì)工程的指導意見，對于建設(shè)節(jié)約型社會，保證特長隧道安全、節(jié)能運行具有重要意義。參考文獻1 中華人民共和國交通運輸部s.公路隧道照明設(shè)計細則（jtg/t d70/2-01-2014）.2014：37-40.2 m.a. green. third generation for photovoltaics：high conversion efficiency for low costc.2003年中國太陽能學會學術(shù)年會論文集，2003：1-8.3 趙玉文，崔容強.我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展c.200